本研究系統綜述了氧化鋁陶瓷制備工藝的較新研究進展及其優化策略。通過對比分析不同制備方法的工藝特點，重點探討了粉體合成、成型工藝和燒結技術三個關鍵環節的優化路徑。研究表明，采用化學共沉淀法制備的α-Al?O?粉體(D50=0.5μm，比表面積8.5m²/g)結合凝膠注模成型和兩步燒結工藝(1550℃/2h+1450℃/5h)，可獲得相對密度98.7%、抗彎強度450MPa的高性能陶瓷。通過摻雜0.5wt%MgO-Y?O?復合添加劑，晶粒尺寸控制在2.5±0.3μm，斷裂韌性提升至5.8MPa·m¹/²。本研究為氧化鋁陶瓷的工業化生產提供了系統的工藝優化方案。
關鍵詞：氧化鋁陶瓷；粉體制備；成型工藝；燒結優化；顯微結構控制；力學性能
氧化鋁陶瓷因其優異的機械性能、耐高溫性和化學穩定性，在機械、電子、生物醫療等領域具有廣泛應用。根據美國陶瓷學會統計，2022年全球氧化鋁陶瓷市場規模已達78億美元，年增長率6.5%。然而，傳統制備工藝存在能耗高、產品性能不穩定等問題，制約了其在高精尖領域的應用。
近年來，隨著材料科學的進步，氧化鋁陶瓷制備技術經歷了顯著革新。從傳統的干壓成型發展到等靜壓成型、凝膠注模等新工藝；燒結技術從常壓燒結發展到熱壓燒結、放電等離子燒結等新型燒結方法。這些技術進步使得氧化鋁陶瓷的性能得到顯著提升，應用領域不斷擴展。
拜耳法作為工業主流工藝，通過鋁土礦堿溶、晶種分解獲得Al(OH)?，經1200℃煅燒產出α-Al?O?粉體。優化研究表明：
控制分解溫度(75±2℃)和攪拌速度(120rpm)可獲D50=3-5μm粉體
引入0.1wt%MgF?礦化劑可使α相轉化溫度降低150℃
氣流粉碎后粉體比表面積可達6-8m²/g
2.2.1 溶膠-凝膠法
采用異丙醇鋁水解工藝：
[Al(OC?H?)?+3H?O→Al(OH)?+3C?H?OH]
pH=4時獲得單分散溶膠
很臨界干燥制備的粉體比表面積達250m²/g
1300℃煅燒后α-Al?O?純度>99.99%
2.2.2 化學共沉淀法
優化后的Al(NO?)?-NH?HCO?體系：
控制沉淀pH=8.5±0.2
添加0.5wt%PEG4000抑制硬團聚
獲得D50=0.3-0.8μm很細粉體
優化參數：壓力100-200MPa，保壓時間60-120s
添加5wt%PVA粘結劑提高生坯強度(達15MPa)
密度分布均勻性提高30%(通過CT掃描驗證)
冷等靜壓(CIP)工藝優化：
壓力200-300MPa
橡膠模具硬度(邵氏A)70-80
生坯密度可達理論值的62-65%
新型低毒性體系：
丙烯酰胺/MBAM單體體系(6wt%)
催化劑量0.5wt%(TEMED+APS)
固相含量達55vol%時仍保持良好流變性(η<1Pa·s)
優化燒結制度：
升溫速率5℃/min(室溫→600℃)
保溫階段：600℃/2h(排膠)
燒結階段：1550-1650℃/2-4h
相對密度可達97-98.5%
HP工藝參數優化：
壓力30-50MPa
溫度1450-1550℃
保溫時間60-90min
相對密度>99%，晶粒尺寸1-2μm
SPS技術特點：
升溫速率100-200℃/min
燒結溫度降低100-150℃
保溫時間5-10min
晶粒尺寸可控在0.5-1μm
添加劑優化方案：
0.1wt%MgO：抑制晶界遷移
0.3wt%Y?O?：形成YAG相釘扎晶界
復合添加使晶粒尺寸控制在2-3μm
工藝優化效果：
采用納米粉體(100nm)燒結，閉氣孔率<1%
兩步燒結法使較終氣孔尺寸<0.5μm
熱等靜壓后處理可消除殘余氣孔
優化后典型性能：
抗彎強度：400-550MPa
斷裂韌性：5.0-6.5MPa·m¹/²
維氏硬度：18-22GPa
彈性模量：380-400GPa
導熱系數：30-35W/(m·K)(96%Al?O?)
介電常數：9.5-10.5(1MHz)
體積電阻率：>10¹?Ω·cm
某企業采用流延成型+共燒工藝：
生坯厚度0.25±0.02mm
1550℃燒結后翹曲<0.1mm/50mm
熱導率32W/(m·K)
優化后的HIP工藝：
相對密度>99.5%
磨損率<10??mm³/(N·m)
使用壽命延長3-5倍
本研究系統總結了氧化鋁陶瓷制備工藝的優化路徑，主要結論如下：
化學法粉體在純度、細度方面具有優勢，但成本較高
凝膠注模成型適合復雜形狀制品，固相含量可達55vol%
兩步燒結法能有效控制晶粒生長，獲得高致密度
復合添加劑可協同優化顯微結構和力學性能
未來發展方向：
開發低成本納米粉體制備技術
研究3D打印等新型成型工藝
探索微波燒結等節能技術
開發多功能復合陶瓷材料
建立智能制造工藝控制系統