氧化铝陶瓷件，凭借其高硬度、耐高温、耐腐蚀、绝缘性好等卓越性能，广泛应用于电子、医疗、航空航天等领域。从精密的电子元件到严苛环境下的机械部件，氧化铝陶瓷件的身影无处不在。然而，单一的氧化铝粉末加点水高温烧制，可无法直接成就这些性能优异的高性能陶瓷件。在这背后，添加剂起着至关重要的作用，它们就像是氧化铝陶瓷件制作过程中的“魔法助手”，只有辅助打好，才能实现最终成品的出炉。
氧化铝陶瓷熔断器壳体（图源湖南省美程新材料）
纯净的氧化铝熔点高达2050℃，烧结温度通常需1600℃以上，这不仅能耗高，还容易导致晶粒粗大、性能下降。此外，氧化铝本身脆性大，直接烧结的陶瓷易开裂，难以满足精密器件的要求。添加剂的作用在于：
①降低烧结温度（节能降本）
②提高致密度（减少气孔，增强强度）
③优化晶界结构（改善韧性、抗热震性）
④调控电学/热学性能（如绝缘性、导热性）。
本文就几种常用的添加剂进行介绍：
1 助熔剂：降低烧结温度，提高致密度
氧化铝具有高熔点，直接烧结不仅能耗巨大，对设备的要求也极高。助熔剂的出现，有效解决了这一问题。它就像是一位“温度调节师”，能够降低氧化铝陶瓷的烧结温度，让烧结过程更加高效、节能。
（1）二氧化钛（TiO₂）是常见的助熔剂之一。在烧结过程中，它能够与氧化铝发生反应，形成低共熔物，从而降低液相出现的温度。这就好比在烹饪时，加入一些特殊的调料，能让食材更快地达到理想的烹饪状态。使用二氧化钛作为助熔剂，不仅可以降低烧结温度，还能在一定程度上提高氧化铝陶瓷的硬度。例如，在一些用于切削加工的氧化铝陶瓷刀具中，添加适量的二氧化钛，可以让刀具在保持高硬度的同时，更加耐磨，延长使用寿命。
（2）氧化钇（Y₂O₃）也是一种重要的助熔剂。它能够抑制氧化铝在高温下的晶型转变，保持陶瓷结构的稳定性。对于热稳定性要求极高的氧化铝陶瓷制品中，如用于高温环境的电子元件基座，添加氧化钇可以赋予陶瓷件良好的抗热震性能，使其在温度急剧变化的环境下也不易开裂。
（3）氧化钙（CaO）同样具有降低烧结温度的作用。它可以与氧化铝形成低共熔物，减少能耗，同时还能防止晶粒过度长大，有利于获得细晶结构的陶瓷。细晶结构的陶瓷通常具有更高的强度和韧性，某些需要承受较大外力的氧化铝陶瓷零件中，如机械设备的耐磨部件，添加氧化钙可以提升零件的性能。
2 增强增韧剂：提高断裂韧性，减少脆性
氧化铝陶瓷虽然硬度高，但韧性相对较差，容易在受到外力冲击时发生脆性断裂。增强增韧剂的出现，就像是为氧化铝陶瓷件穿上了一层“铠甲”，能够有效提升其强度和韧性。
碳化硅（SiC）是一种常用的增强增韧剂。它的颗粒均匀分布在氧化铝基体中，当陶瓷件受到外力作用时，碳化硅颗粒能够阻碍裂纹的扩展。就像在道路上设置了一些障碍物，当裂纹遇到这些颗粒时，会改变扩展方向，从而消耗更多的能量，使陶瓷件不易断裂。在用于高负载环境的氧化铝陶瓷轴承中，添加碳化硅可以显著提高轴承的承载能力和使用寿命。
氮化硼（BN）也是增强增韧剂家族中的一员。它能够改善陶瓷的摩擦性能，提升强度和韧性。在一些需要良好摩擦性能的氧化铝陶瓷部件中，如用于密封的陶瓷环，添加氮化硼可以减少部件之间的摩擦磨损，提高密封效果，同时还能增强部件的强度，使其更加耐用。不过添加量超过10%可能降低硬度，需权衡润滑性与强度。
3 功能性添加剂：调整电学、热学或光学性能
除了提升基本性能，功能性添加剂还能赋予氧化铝陶瓷件一些独特的性能，满足不同领域的需求。
稀土氧化物，如镧、铈等，是改善电学性能的“魔法师”。在部分电子领域的氧化铝陶瓷件中，如用于高频电路的陶瓷基板，添加稀土氧化物可以调节陶瓷的介电常数和损耗角正切值，提高陶瓷的电学性能，使其更适合在高频环境下工作，扩大在电子领域的应用范围。
着色剂则是为氧化铝陶瓷件增添色彩的“艺术家”。氧化铬、氧化钴等着色剂能够与氧化铝发生反应，制备出不同颜色的陶瓷。在一些对装饰性有要求的陶瓷制品中，如陶瓷餐具、装饰摆件等，添加着色剂可以让陶瓷件更加美观多样，满足不同消费者的审美需求。
4 结合剂与成型助剂：改善粉体流动性、成型强度
在氧化铝陶瓷件的成型过程中，结合剂与成型助剂起着至关重要的作用，它们就像是一群“幕后英雄”，默默地将氧化铝粉末转化为各种形状的结构件。
有机结合剂，如聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等，就像胶水一样，在坯体成型时将氧化铝粉末粘结在一起，赋予坯体一定的强度，便于后续的加工和烧结。以流延成型为例，聚乙烯醇能够使氧化铝粉末均匀地分散在溶剂中，形成具有一定粘度和流动性的浆料，然后通过流延工艺将浆料制成坯膜。在坯膜干燥后，聚乙烯醇等结合剂能够保持坯膜的形状和结构，使其在后续的加工过程中不易变形。
成型助剂则包括润滑剂、分散剂等。润滑剂能够降低粉末与模具之间的摩擦，减少模具的磨损，同时还能保证坯体的密度均匀。在干压成型中，添加适量的润滑剂可以让粉末更容易填充到模具中，提高坯体的致密度。分散剂则能够确保粉末在浆料中均匀分散，避免团聚现象的发生。在注射成型中，分散剂的作用尤为重要，它能够使浆料具有良好的流动性，便于注射到模具中，形成形状复杂的陶瓷件。
结语
添加剂在氧化铝陶瓷件的制作过程中扮演着不可或缺的角色。它们从降低烧结温度、提升性能到赋予独特性能、塑造形状等方面，全方位地为氧化铝陶瓷件的制作提供了支持。随着科技的不断进步，未来或会出现更多新型的添加剂，为氧化铝陶瓷件的性能提升和应用拓展带来更多的可能。
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