氧化鋁陶瓷常見缺陷分析及解決

氧化鋁陶瓷是一種以a-Al₂O₃為主晶相的陶瓷材料，由于其本身具有高熔點(diǎn)、高硬度、耐熱、耐腐蝕、電絕緣性特性，可以在較苛刻的條件下使用。氧化鋁陶瓷的價(jià)格低廉，生產(chǎn)工藝成熟，是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用面最廣的陶瓷材料之一，主要應(yīng)用于刀具、耐磨部件、及生物陶瓷領(lǐng)域。此外，它還廣泛應(yīng)用于能源、航空航天、化學(xué)化工電子等方面。特別是氧化鋁瓷95瓷和99瓷，無論在結(jié)構(gòu)陶瓷或是電子陶瓷均是應(yīng)用范圍最廣，用量最大的陶瓷材料之一。

氧化鋁陶瓷的制備會(huì)經(jīng)歷較多生產(chǎn)工序，在過程中物料與機(jī)械、設(shè)備、工具、器皿、環(huán)境接觸機(jī)會(huì)較多，因此，出現(xiàn)污染及瓷件質(zhì)量問題的因素也較多。一般情況下，氧化鋁陶瓷燒成后常見的有關(guān)顏色的質(zhì)量問題有：

01瓷件表面有斑點(diǎn)，如黑點(diǎn)、棕點(diǎn)、紅點(diǎn)；

常見現(xiàn)象：在氧化鋁瓷生產(chǎn)過程中，經(jīng)常在瓷件表面會(huì)有黑色、褐色、棕色和粉紅色斑點(diǎn)，仔細(xì)觀察內(nèi)部也有，此斑點(diǎn)是造成氧化鋁瓷制品不合格的主要原因之一。

成因分析：上述斑點(diǎn)，一般比較明顯，采集樣品分析也比較容易，可用電鏡、能譜分析或化學(xué)分析，一般定性分析即可。產(chǎn)生黑色、棕色和褐色斑點(diǎn)的主要雜質(zhì)成分為Fe，粉紅色斑點(diǎn)的主要雜質(zhì)為Fe，Cr、Ni。通過分析斑點(diǎn)成分和追蹤生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程，可以初步判定黑色、棕色、褐色斑點(diǎn)主要在原料及陶瓷生產(chǎn)過程中混入機(jī)械鐵粒子造成。而粉紅色斑點(diǎn)從成分分析可以判斷是由不銹鋼材料的細(xì)小顆粒造成。機(jī)械雜質(zhì)混入主要有兩方面：一是原料；二是生產(chǎn)過程。

預(yù)防和解決措施：在模壓成型時(shí)要注意以下

原料：盡量選擇質(zhì)量好含鐵低的原料，必要時(shí)進(jìn)行磁選除鐵。

研磨：注意觀察球磨機(jī)襯磚是否脫落，并及時(shí)修補(bǔ)。

造粒：料漿輸送加裝磁選除鐵，熱風(fēng)爐、熱風(fēng)過濾以避免熱風(fēng)系統(tǒng)鐵銹進(jìn)入物料。造粒粉在最終產(chǎn)品包裝前進(jìn)行磁選除鐵。

管道：所有輸送管道盡可能加襯聚氨酯。

02瓷件表面產(chǎn)生斑塊，如暗斑(陰斑)，黑色云斑等；

常見現(xiàn)象：95瓷在生產(chǎn)過程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種暗斑缺陷，也稱陰斑，云斑，油斑等。如圖形似墨水或油滴在紙上的感覺，大小不一，最大者甚至有瓷件面積一半以上。這種暗斑常常出現(xiàn)在管狀瓷件或比較厚，面積比較大的瓷件上，尤其是以造粒，等靜壓成型工藝的比較常見。暗斑一般隱藏在瓷件內(nèi)部，要在燈光照射下才能發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重的瓷件表面也會(huì)出現(xiàn)。

成因分析：95瓷產(chǎn)生暗斑的原因比較復(fù)雜，但可以肯定的是此現(xiàn)象并不是原料中的雜質(zhì)引起的，應(yīng)該同陶瓷的配方有一定的關(guān)系，主要還是陶瓷的生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝有問題。

預(yù)防和解決措施：要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來分析，基本措施如下

（1）制定合理的燒成曲線，在瓷件的燒成過程中要有足夠的排膠溫度和時(shí)間；

（2）加強(qiáng)窯爐的排風(fēng)，保持適當(dāng)氧化氣氛；

（3）在燒成溫度范圍內(nèi)盡量提高燒成溫度，或者適度延長高溫段停留時(shí)間。

03瓷件表面有亮斑

常見現(xiàn)象：氧化鋁瓷(95、99瓷)薄片狀瓷件，特別是流延法生產(chǎn)工藝的基板，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生亮斑，大小在1-2mm，在燈光照射下更加明顯。

成因探討：通過100倍以上的顯微鏡觀察可發(fā)現(xiàn)，亮斑處為瓷件表面呈凹陷狀。由于凹陷處較薄造成透光率大，產(chǎn)生亮斑。觀察凹陷形狀和結(jié)構(gòu)，應(yīng)該是機(jī)械損傷造成，如流延法成型時(shí)，基板坯體與基帶粘連或其它原因造成的機(jī)械損傷。

預(yù)防和解決措施：在坯體生產(chǎn)和存放及搬移過程中注意避免機(jī)械損傷。

04瓷件有色差現(xiàn)象，如整體發(fā)黃或發(fā)灰；

常見現(xiàn)象：氧化鋁95瓷一般為白色，由于配方不同白度略有差別。但有時(shí)在生產(chǎn)過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)有些瓷件呈現(xiàn)發(fā)灰的現(xiàn)象，此現(xiàn)象一般是整批出現(xiàn)，單獨(dú)看不出來，只有和正常瓷件放在一起對(duì)比觀察才能發(fā)現(xiàn)。另外，瓷件的電性能、機(jī)械性能均無明顯差異，一般情況下并不影響用戶使用，但由于產(chǎn)品批次之間對(duì)比有色差，往往用戶會(huì)產(chǎn)生疑問，影響產(chǎn)品銷售。

成因探討：氧化鋁瓷件的色差主要是生產(chǎn)過程中引入的雜質(zhì)污染造成。

預(yù)防和解決措施：

（1）調(diào)整改進(jìn)研磨工藝，選擇磨耗較低的研磨介質(zhì)，找出最佳研磨條件，如料球比、研磨時(shí)間、磨機(jī)工作參數(shù)等降低瓷球和瓷襯的磨耗，減少研磨過程雜質(zhì)的引入；

（2）熱壓鑄成型時(shí)，定期更換排蠟粉并選用專用排蠟粉，避免在排蠟過程中污染瓷件坯體。

05瓷件呈現(xiàn)淡黃色。

常見現(xiàn)象：正常來說，氧化鋁陶瓷燒成后為白色，但很多時(shí)候卻呈現(xiàn)出淡淡的黃色。隨著氧化鋁含量越高及瓷件的致密性越高，這種現(xiàn)象越明顯。而且經(jīng)過日光照射后會(huì)變色，與沒有照射的瓷件比較略顯黃色，并有隨著照射時(shí)間的增加，顏色愈深。

成因分析：很多人對(duì)此進(jìn)行過檢測(cè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部微量元素并無明顯差別，目前對(duì)此現(xiàn)象未找到確切原因，但一般會(huì)認(rèn)為可能是有以下幾個(gè)原因：

（1）陽光照射之后，其內(nèi)部的成分發(fā)生的變化，而這種變化又是不可逆的，因此顏色也會(huì)有所改變。

（2）可能是氧化鋁陶瓷發(fā)生了潮解，從而產(chǎn)生了水合氧化鋁。其實(shí)不僅是陶瓷產(chǎn)品有這種特性，其他材料也會(huì)有，所以我們也只能通過盡量減少外界因素的影響來克服氧化鋁精密陶瓷變色的現(xiàn)象。

（3）高氧化鋁含量的99以上陶瓷以固相燒結(jié)為主，燒結(jié)助劑固熔到氧化物晶體并富集在晶界上，導(dǎo)致晶體純度下降，呈現(xiàn)出以黃為基調(diào)的顏色，并且由于表面晶格缺陷等原因?qū)е卤砻嫣幱趤喎€(wěn)定狀態(tài)，易于吸附各種微細(xì)的物質(zhì)，呈現(xiàn)變色。

不過，對(duì)于以上幾種說法，還有沒找到直接相關(guān)的驗(yàn)證資料，只是一些業(yè)內(nèi)人士的推測(cè)。

參考來源：

[1]孫志昂，蔣曉輝.氧化鋁陶瓷燒成缺陷：斑點(diǎn)、色斑及色差的成因和預(yù)防解決方法的探討

[2]中國粉體網(wǎng)