论文总字数：19536字

摘 要

氧化铝陶瓷具有机械强度高、耐腐蚀能力强、绝缘性能优异、耐高温、造价低廉等特点，在工业上得到了广泛的应用。氧化铝陶瓷作为一种优良的绝缘材料，可以用于制备氧化铝电阻陶瓷。针对公司现有70瓷氧化铝陶瓷成型性不佳的问题，本论文采用挤出成型方法制备氧化铝陶瓷坯体，研究原配方中分散剂和粘土的种类和用量对泥料性能的影响，探究优化后陶瓷基体的烧结性能。

本研究以氧化铝粉、碳酸钡、碳酸钙、滑石、白云石和粘土作为原料，球磨混合得到陶瓷浆料，再经过压滤后得到泥料。练泥和陈腐后，采用挤出成型方法制备坯体，最后烧结得到陶瓷基体。首先对比SP分散剂和水玻璃作为陶瓷分散剂对浆料粘度和陶瓷表面针孔率的影响。结果表明用量为0.5%的SP分散剂制备得到的浆料粘度为17s，用量为0.5%水玻璃制备得到的浆料粘度为19s。SP分散剂的浆料表现出更好的流动性，其生坯断面均匀性也得到提升。1340℃（保温3小时）烧结样品中，SP分散剂的样品也表现出更好的性能，3015型基体的针孔率从原配方的4.58%降至1.78%。

本文研究了新会土和黑土作为塑性粘土对浆料性质和坯体烧结性能的影响。结果表明新会土制备得到的浆料具有较好的流动性，但其泥料的塑性较差、易出现裂纹。与新会土制备得到的坯体相比，黑土坯体在较低温度下烧结即可达要求，其陶瓷样品的密度达到3.2g/cm³以上，且陶瓷样品的显微结构均匀，有利于改善陶瓷样品的针孔率（3015型陶瓷基体的针孔率为0.92%）。

关键词：氧化铝陶瓷电阻；挤出成型；分散剂；塑性粘土

Abstract

Alumina ceramics, as an excellent insulating material, can be prepared as alumina resistance ceramics. Aiming at the problems of poor formability of existing 70 alumina ceramic, this paper adopts extrusion molding method to prepare alumina ceramic body, studies the type and amount of dispersant and clay in the original formula, as well as researches into the sintering performance of the optimized ceramic matrix.

Aluminum oxide powder, barium carbonate, calcium carbonate, talc, dolomite and clay were used as raw materials to make slurry. After puddling and decay, the ceramic body was prepared by extrusion molding and then sintered into the ceramic matrix. In this study, we compared SP dispersing agent and sodium silicate as ceramic dispersing agent to study the effect on slurry’s viscosity and ceramics’ surface pinhole ratio. The results show that the slurry prepared with 0.5% SP dispersant had a viscosity of 17s, which is more fluidity than the sample prepared with 0.5% sodium silicate. In addition, the pinhole ratio of the 3015 ceramic matrix is reduced from 4.58% to 1.78% under the condition of holding at 1340℃ for 3 hours.

The effects of the XinHui clay and Hei clay as plastic clay on the properties of the slurry and the sintering performance of the body were studied in this paper. The results show that compared with Hei clay, the slurry of XinHui clay has better fluidity, but its mud is less plastic and prone to crack. Compared with the body made by XinHui clay, the black clay body is easier to meet the requirements when sintered at a lower temperature. The density of the ceramic sample can reach more than 3.2g/cm³ and the microstructure of the ceramic sample is balanced, which is conducive to improving the pinhole ratio of the 3015ceramic sample (0.92%).

Key words: Alumina ceramic resistance; Extrusion molding; Dispersant; Plastic clay

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 氧化铝陶瓷的概述 1

1.2.1 氧化铝的结构与性质 1

1.2.2 氧化铝陶瓷的应用 2

1.3 氧化铝陶瓷电阻的研究现状 3

1.3.1 陶瓷基体的分类和组成 3

1.3.2 陶瓷基体的制备工艺 4

1.4 本论文的研究内容 7

第2章 氧化铝陶瓷电阻的制备与测试表征 8

2.1 实验材料及设备 8

2.1.1 实验材料 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 氧化铝电阻陶瓷的制备过程 9

2.3 氧化铝电阻陶瓷的测试表征 9

2.3.1 密度测试 9

2.3.2 粘度测试 10

2.3.3 形貌观察 10

第3章 结果与讨论 11

3.1 氧化铝原料的形貌表征 11

3.2 原配方制备样品的结构 11

3.3 分散剂对陶瓷样品的影响 12

3.3.1 分散剂对泥浆粘度的影响 12

3.3.2 不同分散剂制得生坯的结构 13

3.3.3 SP分散剂制得陶瓷样品的结构 13

3.4 粘土对陶瓷样品的影响 14

3.4.1 粘土对浆料粘度和泥料塑性的影响 14

3.4.2 黑土制备陶瓷坯体的烧结性能 15

3.4.3 黑土制得陶瓷样品的结构 16

第4章 结论 18

参考文献 19

致谢 21

第1章 绪论

1.1 引言

随着电子技术、计算机、通信、信号和系统在全球的迅速发展，电子元器件作为电子技术的重要基石受到了越来越多的重视。如今，电子技术产品不断向小型化、集成化和功能化发展。因此现代电子工业对于电子元器件具备高速、微型、轻薄、可靠等特点的要求日益增高^[1]。在电子元器件开发中，最重要的核心就是那些具有电、磁、声、光、力、热等特性的电子材料，因此新型电子材料的优化与创新已经成为了必然趋势^[2]。

电子陶瓷已经实现了大规模市场化使用，与电子信息技术相互促进。氧化铝陶瓷材料具有机械强度高、稳定性好、绝缘性强、导热性强等特点，氧化铝陶瓷因其优异的性能在电子陶瓷领域占有重要的地位，被广泛的应用于工业与日常生活之中，是当前生产量最大，应用面最广的先进陶瓷之一。电阻器是电子元件的三个主要基本元件之一（包括电阻器、感应器和电容器）。电阻基体则是支撑电阻器所用的骨架，对于电阻性能有着至关重要的影响。氧化铝电阻陶瓷从原料纯度，配方，到制备工艺都与传统陶瓷有很大的不同，因此其化学组成、微观结构与电性能方面都与传统陶瓷有较大的区别^[3]。目前，如何提升氧化铝电阻陶瓷基体的生产工艺，提升基体良品率是一项迫切的需求。

1.2 氧化铝陶瓷的概述

1.2.1 氧化铝的结构与性质

地球上的铝元素的含量位列于氧和硅之后的第三位，含量按重量计约为8%。这使得氧化铝原料易得、价格低廉、来源非常广泛^[4]。氧化铝晶型大约有十二种以上，包括α、β、γ、δ及无定形相等^[5~7]：

α-Al₂O₃为所有晶型中的高温稳定晶型，又称为刚玉，是氧化铝的所有晶型中结构最为紧密、活性最低的一种晶型。α-Al₂O₃属于三方晶系，a₀=0.475nm，c₀=1.297nm，密度在3.96g/cm³~4.01g/cm³之间。结构中铝离子和氧离子的配位数分别为6和4，氧离子在三次轴平面内为六方密排结构，铝离子约填补了三分之二的间隙并被固定在氧离子围成的八面体状空隙之中。由于相邻八面体与氧离子所组成的面是共有的，所以α-Al₂O₃的晶体结构可以作为无数八面体[AlO₆]所堆叠组成，使得α-Al₂O₃具备非常高的耐腐蚀、稳定性、良好的介电性能等特点。需要注意的是由于α-Al₂O₃是氧化铝中最为稳定的晶型，因此氧化铝的其他不稳定的过渡晶型都会在高温下不可逆的转变为α-Al₂O₃。所以制备氧化铝陶瓷需要对氧化铝原料先进行预烧，使过渡晶型全部转变为α-Al₂O₃，减少烧结过程中的收缩与杂质。

β-Al₂O₃密度在3.30g/cm³~3.63g/cm³之间，其组成是由铝氧复合离子和碱土金属离子或部分一价、二价金属离子所组成的化合物。所以严格来说β-Al₂O₃是一种氧化铝含量很高的铝酸盐，而不是纯粹的氧化铝。β-Al₂O₃加热到1200℃便会开始分解出碱金属氧化物和α-Al₂O₃，加热到1650℃时则会剧烈挥发，性质不稳定。由于β-Al₂O₃类似于尖晶石结构堆积而成的层状结构,碱金属离子如钠离子被固定在了松散堆积的面，从而使β-Al₂O₃具有离子导电能力和松弛极化现象，这种结构使得β-Al₂O₃介质损耗大、具有良好的电绝缘性能、电导率高。所以工业上经常利用β-Al₂O的这种性质制备电池隔膜等材料。

γ-Al₂O₃属于尖晶石型结构，密度在3.42g/cm³~3.47g/cm³之间。γ-Al₂O₃为氢氧化铝低温煅烧下的产物，是氧化铝的低温形态，1450℃的条件下会完全转变为α-Al₂O₃。其结构疏松,有较强的吸水性,较高的比表面积。在自然界中不存在γ-Al₂O₃，可以通过铝硅酸盐、铝磷酸盐熔融冷却等方式获得。

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