如何制備氧化鎂陶瓷材料?
制備氧化鎂陶瓷材料的方法包括高純氧化鎂粉體的制備、不同形貌氧化鎂粉體的制備、氧化鎂陶瓷成型工藝以及燒結方法等。下面將詳細介紹制備氧化鎂陶瓷的具體步驟和方法:
高純氧化鎂粉體的制備
直接煅燒法:這種方法是將優質菱鎂礦在煅燒爐中進行第一步煅燒,溫度控制在1273K左右,生成輕燒氧化鎂。然后通過機械粉碎和球磨,盡可能降低氧化鎂粉體的粒徑。
鹵水沉淀法:該方法通過向海水或鹵水中加入沉淀劑,再經洗滌和化學精制除去雜質離子,保證獲得的堿式碳酸鎂或氫氧化鎂的純度,最終制備出純度高達99.9%以上的氧化鎂粉體。
鹵水直接熱解法:此方法利用氯化鎂在逐漸升溫過程中失去結晶水并伴隨水解,最后生成氧化鎂和氯化氫氣體。該工藝原料成本低,但過程控制復雜。
電熔法:將輕質氧化鎂或輕燒鎂粉壓團后放入電熔爐中,在大電流、低電壓條件下電熔,可獲得高純鎂砂,其純度可達99.9%,密度可超過3.50g/cm³。
不同形貌氧化鎂粉體的制備
立方塊狀氧化鎂粉體:通過電熔法制備,粉體粒徑分布均勻,適用于透明氧化鎂陶瓷及電子材料填料的制備。
球狀氧化鎂粉體:具有高導熱性能,適用于下一代導熱填料。Denka推出的兩種球形氧化鎂(60μm和120μm為中位徑)大大增強了材料設計的靈活度。
片狀氧化鎂粉體:以低品位白云石為原料,采用鹵水沉淀法制備前驅體氫氧化鎂,經煅燒得到菱面片層狀多空隙結構的納米MgO晶體,廣泛應用于高級陶瓷材料等領域。
氧化鎂陶瓷成型工藝
半干壓法:采用甘油、聚乙烯醇、蜂蠟溶液作為粘結劑,在50~70MPa壓力下成型。
注漿法:需要無水乙醇作為介質,以避免氧化鎂水化膨脹。具體步驟包括制備料漿、澆注成型、調節pH值至7~8。
熱壓鑄法:在細磨時加入2%~3%的油酸,細磨時間不宜過長,以防顆粒團聚。熱壓法可在20~30MPa壓力、1300~1400℃溫度下加壓20~40分鐘,獲得接近理論密度的產品。
氧化鎂陶瓷燒結方法
常壓燒結:在空氣氣氛下,經1400℃無壓燒結2小時,可得到相對密度為98.1%的半透明陶瓷。該方法成本較低,但對設備要求不高,較為常用。
熱壓燒結:以納米氧化鎂為原料,在790℃和150MPa下熱壓燒結30分鐘,得到相對密度達99.5%的透明氧化鎂陶瓷。該方法能顯著提高材料性能,但設備要求高。
熱等靜壓燒結:采用高壓氮氣或惰性氣體為介質,在1000~2000℃、200MPa的共同作用下實現材料致密化。適合生產形狀復雜的制品。
放電等離子燒結:通過瞬時產生的放電等離子使燒結體內部顆粒自身放熱并活化,在短時間內實現致密化。這是一種新型快速燒結方法。
綜上所述,制備氧化鎂陶瓷材料涉及從高純氧化鎂粉體的制備、不同形貌的氧化鎂粉體的調控,到氧化鎂陶瓷的成型與燒結等多個環節。這些工藝步驟相互關聯,共同決定了最終氧化鎂陶瓷的性能和應用。在選擇制備方法和工藝參數時,需綜合考慮材料性能需求和實際應用背景,以求得最佳效果。
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