佳木斯氧化鎂是一種相當常見的堿(jian)性氧化物,是生產氫佳木斯氧化鎂和金屬鎂的主要原料。在陶瓷材料運用中,由(you)於氧化鎂的熔點高達2800℃,具有一些特殊優異(yi)的性能,因此在先(xian)進陶瓷領域內(na)也(ye)相當吃(chi)香(xiang),它可直(zhi)接燒結成氧化鎂陶瓷,也(ye)可作為添加劑(ji)使用。
氧化鎂粉(fen)體(ti)製備
氧化鎂的製備分為鹵水-氨水沉澱法、白雲石碳化法、鎂鹽熱分解和菱美礦(kuang)熱分解法等。製備方麵,原材料源(yuan)於礦(kuang)物或海(hai)水,從礦(kuang)物或海(hai)水中提取MgO,大多先(xian)製成氫氧化鎂或碳酸鎂,然後經煆燒分解成MgO,將這種MgO通過進一步化學處(chu)理或熱處(chu)理可得到高純MgO,如果(guo)要求具有高純度的MgO陶瓷,就不能采用加入添加劑(ji)的方法來促進燒結和晶粒長大,而是采用活化燒結的方法,即將Mg(OH)2在適當溫度下煆燒,得到具有很多晶格缺(que)陷的活性MgO,用以製造燒結氧化鎂陶瓷。
氧化鎂陶瓷
(1)MgO透明陶瓷
MgO透明陶瓷透明性和紅外透光過性好,它是一種光學各向同性體(ti),具有較好的耐(nai)堿(jian)金屬蒸氣腐蝕(shi)性、高熔點、高導熱性、較小的理論密度、高絕(jue)緣及高紅外透過性等優點。在可見光及紅外透光材料領域具有廣(guang)泛的應用,性能優於氧化鋁陶瓷,是一種很有前景的材料。
典型應用:是製備宇(yu)航器及火(huo)箭(jian)導彈的紅外窗口和整(zheng)流罩(zhao)、高溫爐紅外窗口、高溫紅外光學裝(zhuang)置、光學濾光片和光學檢(jian)波器、高壓鈉燈發光管(guan)和紅外探測器罩(zhao)的重(zhong)要材料。
(2)MgO泡沫陶瓷
泡沫陶瓷材料作為一種新型陶瓷功能材料,它的發展從20世紀70年代就開始了(liao)。MgO泡沫陶瓷具有獨有的三維(wei)立體(ti)網狀骨架結構,使其具有60%-90%的開孔率,可高效(xiao)的清除金屬液中的大塊雜物和大部(bu)分微小懸(xuan)浮夾(jia)雜物,具有高耐(nai)火(huo)度、高氣孔率、低熱傳導率、製造成本低、製備工(gong)藝簡單,具備良(liang)好的機械性能。在國內(na)北京(jing)大學的李文(wen)霞(xia)等人以氧化鎂為骨料,加入適量的ZrO2製備出氧化鎂部(bu)分穩定氧化鋯(gao)泡沫陶瓷過濾器,其在鎳基合(he)金單晶片生產中取得了(liao)很好的效(xiao)果(guo),填補了(liao)國內(na)的技(ji)術空白。
典型應用:
a、過濾器。利用濾餅(bing)效(xiao)應、吸附效(xiao)應和整(zheng)流效(xiao)應,來過濾鎂合(he)金熔體(ti)中的雜質(zhi),提高過濾效(xiao)率。
b、節能隔熱材料。可做窯爐內(na)襯,在航天航空行業中可隔熱保(bao)護航天器材。
c、吸聲材料。據研究,其降噪係數接近玻璃棉(mian),具有良(liang)好的應用前景。
d、催(cui)化劑(ji)載體(ti)材料。良(liang)好的吸附能力,可作為汽車(che)尾氣淨化器載體(ti)廣(guang)泛應用。
e、食(shi)品及醫藥(yao)行業。用於醫藥(yao)行業中酶(mei)、疫苗、核酸等生理活性物質(zhi)的濃縮、分離、精製等,為食(shi)品安全(quan)做保(bao)障(zhang)。
(3)MgO係微波介質(zhi)陶瓷
隨著移動通信,衛(wei)星(xing)通信技(ji)術的更新迭(die)代,人們對(dui)於通信時頻(pin)段(duan)的要求越來越高,使得低介高Q陶瓷成為研究熱點。一方麵,MgO陶瓷本身具有優越的介電性能(εr=9.1,tanδ<1.6×10-6),是一種理想(xiang)的5G通訊用微波介質(zhi)基板材料。
MgTiO3係微波介質(zhi)陶瓷具有空間群R3的鈦鐵礦(kuang)結構,該(gai)材料因具有低tanδ、高頻(pin)率熱穩定性而被研究並應用於陶瓷電容(rong)器和諧振(zhen)器。此外,MgTiO3具有應用於濾波器、通信天線、雷達、直(zhi)接廣(guang)播衛(wei)星(xing)和微波頻(pin)率全(quan)球定位係統的潛(qian)力。
MgAl2O4呈尖晶石型結構,具有高硬度、高熔點、高強度,且純MgAl2O4是透明的,可應用於透明裝(zhuang)甲(jia)、紅外窗、雷達罩(zhao)等領域。不僅如此,MgAl2O4還有低εr的特點,也(ye)可用作微波介質(zhi)陶瓷。采用微波燒結製備的MgAl2O4係陶瓷綜合(he)性能優良(liang),可以滿(man)足各個領域的使用要求。
(4)MgO陶瓷芯型
氧化鎂高溫性能好,用氧化鎂基陶瓷型芯腳(jiao)注不鏽(xiu)鋼鑄件時,即使澆(jiao)注溫度高達1650℃,芯型材料不會與(yu)合(he)金發生反應,鑄件內(na)部(bu)表麵光潔度高,並且其屬於弱堿(jian)性耐(nai)火(huo)材料,能溶於磷酸和醋酸等有機酸溶液,易於芯性脫(tuo)除,其不產生熱裂缺(que)陷、目前對(dui)鎂基陶瓷芯型研究較少(shao),具有很大的發展空間。
氧化鎂作為添加劑(ji)的應用
1、作為氧化鋁陶瓷的燒結劑(ji)
氧化鎂作為常見的燒結助劑(ji),對(dui)氧化鋁陶瓷有以下影響:
a、添加適量MgO可以降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度,抑製晶粒長大,提高致密度。
b、添加MgO,Mg加快了(liao)晶界擴(kuo)散,對(dui)晶粒有一定的細(xi)化作用,致密度與(yu)力學性能較好。
c、適量的MgO可以抑製晶界的快速移動,使得氣孔排出比較完全(quan),陶瓷更加致密,透過率較高。
2、作為高性能陶瓷散熱基板的燒結助劑(ji)
隨著高鐵、航空航天及軍(jun)工(gong)領域的大功率電子器件朝著高溫、高頻(pin)和高集(ji)成度等方向發展,高效(xiao)散熱成為迫(po)切需求。大功率器件通過陶瓷覆銅板實(shi)現(xian)與(yu)外界的熱交換(huan)。目前主流的陶瓷基板有Si3N4、AlN和Al2O3三種,都需要采用MgO作為燒結助劑(ji)。尤其是對(dui)於綜合(he)性能的Si3N4陶瓷,為避免Al2O3作為助劑(ji)產生的晶格缺(que)陷增加聲子散射(she),MgO成為製備高導熱Si3N4陶瓷的燒結助劑(ji),其使用量約為3%。
3、作為ZTA耐(nai)磨陶瓷的燒結助劑(ji)
Al2O3和ZrO2都具有耐(nai)高溫、耐(nai)磨損和較好的生物相容(rong)性等特性。以ZrO2增韌Al2O3製備ZTA納米複相陶瓷,可揚長避短,充分發揮其集(ji)成優勢,在航空航天、發動機耐(nai)磨部(bu)件及人工(gong)股骨球頭(tou)等方麵具有重(zhong)要應用。MgO在ZTA陶瓷中的致密化及晶粒細(xi)化機製與(yu)其在Al2O3中類似,其使用量約為2%。
4、作為鐵電陶瓷添加劑(ji)
(1)添加到BaTiO3基陶瓷中
采用均勻沉澱法將MgO均勻地包(bao)覆在BaTiO3基陶瓷粉(fen)體(ti)表麵,能有效(xiao)抑製晶粒長大,從而獲得晶粒均勻的陶瓷,此細(xi)晶效(xiao)應是由(you)於晶界區MgO的抑製作用;MgO有助於形成“殼一芯”結構晶粒,降低並展寬BaTiO3基陶瓷的ε峰,增加電阻率和擊穿電壓強度。
(2)添加到鈦酸鍶鋇陶瓷中
鈦酸鍶鋇(BST)鐵電陶瓷材料以它的高可調(diao)性和低介電損耗在作為相控(kong)陣中的移相器和微波頻(pin)率下的可調(diao)器件有非常好的應用前景。
由(you)於目前的各種鐵電材料均存在某些方麵的不足,通過各種手段(duan)提高其綜合(he)性能,成為鈦酸鍶鋇材料實(shi)現(xian)大規(gui)模應用必須(xu)解決(jue)的關鍵(jian)問題(ti)。
除了(liao)用稀土元(yuan)素離子進行A位摻雜取代, MgO、MgTiO3、Mg2SiO4等化合(he)物加入到BST陶瓷和薄膜中也(ye)可以降低其介電常數和介電損耗。
5、摻雜在氧化鋅線性陶瓷
ZnO線性陶瓷電阻具有電阻率變化範圍大,通流密度大,非線性係數低,電阻溫度係數小的優點,廣(guang)泛應用於電力-電子、交通、通信及家(jia)用電器等方麵。傳統的ZnO複合(he)陶瓷仍(reng)存在許多問題(ti),如結構均勻性差、工(gong)業生產重(zhong)複率低、穩定性差、理論研究不充分等
MgO的添加有助於改善ZnO陶瓷電阻的阻溫係數,適量的MgO可促進燒結,提高陶瓷的致密度,但過量添加反而會使陶瓷致密度下降。