中國(guó)粉體網(wǎng)訊  目前，冶煉稀有金屬常用的是石墨坩堝，但在高溫熔煉過(guò)程中，坩堝內(nèi)壁易脫落而進(jìn)入稀有金屬中，影響金屬品質(zhì)，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。氧化鎂熔點(diǎn)2800℃，力學(xué)性能優(yōu)良，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此，氧化鎂陶瓷坩堝具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性和抵抗熔融金屬侵蝕性，近年來(lái)在冶煉稀有金屬方面得到重視。

此外，氧化鎂陶瓷還是性能優(yōu)良的透明陶瓷材料、泡沫陶瓷過(guò)濾材料、微波介質(zhì)陶瓷材料及陶瓷芯型材料。

美中不足的是，氧化鎂的熱膨脹系數(shù)較大（（13～15）×10^-6℃），導(dǎo)致其抗熱震性能較差。

因此，改善氧化鎂陶瓷高溫性能特別是抗熱震性，是進(jìn)一步拓寬氧化鎂應(yīng)用需要解決的技術(shù)瓶頸。

稀土氧化物作添加劑

針對(duì)氧化鎂陶瓷抗熱震性差的問(wèn)題，最常用的措施便是通過(guò)加入添加劑加以改善。

稀土氧化物作為常用添加劑，具有穩(wěn)定性高、高溫?fù)]發(fā)性較弱、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高等優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性有較大程度的提升，且可降低燒結(jié)溫度而降低生產(chǎn)成本，從而廣泛應(yīng)用于陶瓷材料的生產(chǎn)中。另外稀土氧化物主要分布在陶瓷的晶界處，從而阻礙晶粒長(zhǎng)大細(xì)化晶粒，有利于致密結(jié)構(gòu)的形成。

Nd₂O₃

狄玉麗等以微米級(jí)輕質(zhì)氧化鎂粉末為主要原料，Nd₂O₃作為添加劑，聚乙烯醇為粘結(jié)劑制備出氧化鎂陶瓷。結(jié)果表明，氧化鎂陶瓷的最佳燒結(jié)條件是壓制壓強(qiáng)為242MPa，燒結(jié)溫度為1580℃；當(dāng)Nd₂O₃添加量為8%時(shí)氧化鎂的燒結(jié)性能最好，而當(dāng)添加量為4%時(shí)氧化鎂陶瓷的抗熱震次數(shù)高達(dá)16次。

Y₂O₃

稀土氧化物Y₂O₃的熔點(diǎn)較高，電價(jià)高，半徑大，極化能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)活潑，常用于改善材料的顯微結(jié)構(gòu)和提高材料的高溫性能。

薛宗偉等以高純納米氧化鎂為主要原料，高純納米Y₂O₃粉為添加劑制備了氧化鎂陶瓷試樣，研究了氧化釔添加量（外加，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、2%、3%和4%）和煅燒溫度（1350℃、1450℃和1550℃）對(duì)氧化鎂陶瓷性能的影響。結(jié)果表明：Y₂O₃與方鎂石形成有限置換型固溶體，提高了燒結(jié)試樣致密度； Y₂O₃抑制了燒結(jié)試樣中方鎂石晶粒生長(zhǎng)； Y₂O₃通過(guò)第二相增韌和微裂紋增韌提高了氧化鎂陶瓷的抗熱震性。

La₂O₃

La₂O₃作為稀土氧化物可與其它陶瓷原料形成固溶體，使內(nèi)部產(chǎn)生晶體缺陷，活化晶格，促進(jìn)陶瓷材料的燒結(jié)。

于忞等以納米氧化鎂為主要原料，La₂O₃為添加劑制備出氧化鎂陶瓷。結(jié)果表明： La₂O₃加入后可與氧化鎂形成固溶體及一些不定形態(tài)物質(zhì)，均勻分布在晶界處，減緩試樣在熱震時(shí)裂紋的尖端應(yīng)力，阻礙裂紋延伸，有效提高氧化鎂陶瓷的抗熱震穩(wěn)定性。

CeO₂

鄭博等采用輕質(zhì)氧化鎂粉末為原料，稀土CeO₂為添加劑，聚乙烯醇為粘結(jié)劑，常壓燒結(jié)法制備氧化鎂陶瓷，研究了陶瓷燒結(jié)性能與抗熱震性能的變化，在確定了氧化鎂陶瓷的最佳燒結(jié)條件后，添加不同含量的稀土CeO₂制備氧化鎂陶瓷，陶瓷的抗熱震性能得到較大程度提升。

ZrO₂作添加劑

由于ZrO₂發(fā)生馬氏體相變（t-ZrO₂轉(zhuǎn)為m-ZrO₂）時(shí)伴隨體積和形狀的變化，能吸收能量，減緩裂紋尖端應(yīng)力的集中，阻止裂紋擴(kuò)展，提高陶瓷的韌性。不少研究表明，加入ZrO₂可以提高鎂質(zhì)材料的抗熱震性或燒結(jié)性能。

趙志鵬等以高純氧化鎂粉為主原料，分別加入14%（ω）的m-ZrO₂納米粉、t-ZrO₂納米粉、c-ZrO₂納米粉為添加劑，經(jīng)配料、成型、1550℃保溫2h燒結(jié)制備氧化鎂陶瓷試樣，并研究加入不同晶型ZrO₂納米粉對(duì)氧化鎂陶瓷的燒結(jié)性和抗熱震性的影響。結(jié)果表明：加入的ZrO₂彌散分布于方鎂石晶粒晶界處，提高了試樣的致密度；加入m-ZrO₂的試樣中，ZrO₂與MgO形成了固溶體，活化了方鎂石晶體的晶格，大幅度促進(jìn)了試樣的燒結(jié), 且ZrO₂以相變?cè)鲰g和第二相增韌的復(fù)合增韌機(jī)制提高了抗熱震性。加入t-ZrO₂和c-ZrO₂的試樣中，ZrO₂以第二相增韌機(jī)制提高了抗熱震性。

Al₂O₃作添加劑

根據(jù)Al₂O₃和MgO的二元平衡相圖，Al₂O₃和MgO在1000℃時(shí)生成具有熔點(diǎn)高、熱膨脹小、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱震穩(wěn)定性好和抗渣蝕性強(qiáng)的鎂鋁尖晶石（MgAl₂O₄）材料，對(duì)于提高陶瓷材料的強(qiáng)度和抗熱震性具有積極作用。

王蒙蒙等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)Al₂O₃的添加改善了MgO陶瓷的燒結(jié)性能。Al₂O₃與MgO反應(yīng)生成起結(jié)合作用的MgAl₂O₄分布在MgO陶瓷晶粒的周圍，使顆粒間結(jié)合緊密并填充孔隙，從而降低氣孔率，提升致密度；Al₂O₃加入提高了MgO陶瓷的抗熱震性，當(dāng)Al₂O₃添加量為10%時(shí)，MgO陶瓷的抗熱震性最好。

TiO₂包覆氧化鎂粉體

于忞等以納米氧化鎂、硫酸鈦、氨水為原料，制備表面由TiO₂前驅(qū)體包覆的納米氧化鎂粉體，以聚乙烯醇為結(jié)合劑，將樣品壓制成型。結(jié)果表明，燒后試樣XRD圖譜中鈦酸鎂相峰強(qiáng)逐漸增強(qiáng)，顯微結(jié)構(gòu)中鈦酸鎂的生成減緩試樣在熱震時(shí)裂紋的尖端應(yīng)力，阻礙裂紋延伸，有效提高氧化鎂陶瓷的抗熱震穩(wěn)定性。1550℃燒結(jié)試樣的檢測(cè)結(jié)果好于1450℃燒結(jié)試樣，說(shuō)明在較高溫度下試樣燒結(jié)更加完全，鈦酸鎂晶體生長(zhǎng)更好，更有利于提高氧化鎂陶瓷燒結(jié)與抗熱震性能。

參考來(lái)源：
[1]狄玉麗等.燒結(jié)工藝及Nd₂O₃對(duì)氧化鎂陶瓷燒結(jié)及抗熱震性能的影響
[2]趙志鵬等.不同晶型ZrO₂納米粉對(duì)氧化鎂陶瓷燒結(jié)和抗熱震性的影響
[3]薛宗偉等.氧化釔對(duì)氧化鎂陶瓷燒結(jié)和抗熱震性能的影響
[4]于忞等.La₂O₃對(duì)氧化鎂陶瓷燒結(jié)性能與抗熱震性能的影響
[5]王蒙蒙等.Al₂O₃對(duì)MgO陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響
[6]鄭博等.稀土CeO₂對(duì)氧化鎂陶瓷燒結(jié)性能和抗熱震性能的影響
[7]于忞等.TiO₂對(duì)氧化鎂陶瓷燒結(jié)性能及抗熱震性能的影響