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烧结温度对氧化铝陶瓷试品陷阱分布的影响

发布日期:2013年12月16日

烧结温度对各类试品 TSC 特性和陷阱分布的影响如下:

1、烧结温度对各类试品的TSC峰值以及陷阱电荷量也有显著的影响。除C类试品外,其它类试品呈现出随着烧结温度提高,TSC 峰值增大及陷阱电荷量增加这一趋势。

2、对于配方 A、B、C 的试品,随着烧结温度的提高,它们仍然保持一个TSC峰。总体而言,它们的 TSC 主峰的位置朝高温区偏移,陷阱能级也有变深的趋势。

3、对于配方D在三个烧结温度下的三类试品,它们TSC峰的数量出现了变化,计算结果表明,除了主峰陷阱外,还有浅陷阱能级出现。它们的主峰的位置几乎没有变化。

微观结构可以影响到陶瓷的陷阱分布。烧结过程是形成陶瓷材料微观结构极其重要的一个环节。它是陶瓷生坯在高温下的致密化过程和现象的总称。陶瓷生坯随 着温度的上升和时间的延长,粉体颗粒相互键连,晶粒长大,孔隙(气孔)和晶界逐渐减少,并且通过物质的传递,总体积收缩,密度增加,最后成为致密、坚硬的具有某种微观结构的多晶烧结体,这种现象称为烧结。在烧结过程中,主要发生晶 粒尺寸及其形状的变化、气孔尺寸及其形状的变化,烧结完成后,在宏观上的变化是:体积收缩,致密度提高,强度增加。

根据陶瓷工程材料学的知识 ,当陶瓷材料的化学组成确定之后,陶瓷材 料的性能在很大程度上取决于烧结过程中形成的材料的微观结构。在显微镜下观察 到的陶瓷组织结构包括晶粒的大小、晶界结构的存在和分布,气孔的尺寸、形状和位置,各种杂质(包括添加剂)、缺陷和微裂纹的存在形式和分布,晶界的特征等等。 烧结温度越高,晶界的迁移率将有所提高,也就是说加快了晶粒生长的速度。 在较高的温度下,物质的传递过程也将加快,气孔的消失过程当然也会加快,不过 发展便不一定平衡(并不是刚好等到气孔消失,晶界才移开,而往往是快速移动的 晶界没等气孔消失就已离开),有可能将气孔包裹在晶粒之中。一般的,如果烧结 温度较低,则通常需要较长的保温时间;如果烧结温度较高,则保温时间就可以减 少。保温时间的过短或过长都会影响晶粒的正常生长。这些过程会造成不同的缺陷。 在清华大学摩擦学国家重点实验室的协助下,利用该试验室的日立 E450 电子扫描显微镜,对四类试品 HD、MD、MC和 MA的微观结构进行了观察。如图 3.14~3.17 是四类试品的 SEM 图。采用的最大放大倍数为10000倍,为了有一个整体的视角, 同样给出了在放大倍数为2000倍的 SEM 图。

对于同样的配方而烧结温度不同的试品 MD 和 HD,从它们的 SEM 图可以观察 到烧结温度所造成的差别。在 1600℃下烧结的试品 HD 粒径(约 2µm)明显大于1500 ℃下烧结的试品 MD,而且 HD 的晶粒大小差别较大。根据陷阱的试验结果可知, 它们之间的陷阱分布也有巨大差异。烧结温度越高,晶粒越大,缺陷越多,陷阱密度也越大。

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