Hebei Messi Biology Co., Ltd. gab bekannt, dass Magnesiumoxid ein gängiger Zusatzstoff bei der Herstellung und Produktion von Hochleistungskeramiken ist. Welche Rolle spielt es? Welche Veränderungen bringt es während des Sinterprozesses mit sich? Wir betrachten dies anhand einiger Beispiele.
Einfluss von Magnesiumoxid auf Aluminiumoxidkeramik
1. Einfluss von Magnesiumoxid auf die Sintertemperatur und Verdichtung von Aluminiumoxidkeramik
Magnesiumoxid kann als gängiges Sinterhilfsmittel die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramiken effektiv senken. Aus hochreinem α-Al₂O₃-Pulver als Rohstoff und Magnesiumoxid als Sinterhilfsmittel wurde Aluminiumoxidkeramik mittels Funkenplasmasintertechnologie (SPS) hergestellt. Die Auswirkungen der Magnesiumoxidzugabe und der Sintertemperatur auf den Verdichtungsprozess und die Mikrostruktur der Aluminiumoxidkeramik wurden untersucht, und die Diffusion und Porenbildung während des Sinterns wurden analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe einer geeigneten Menge Magnesiumoxid die Sintertemperatur von Aluminiumoxidkeramiken senken, das Kornwachstum hemmen und die Dichte verbessern kann. 0,25 % (Massenanteil) sind die optimale Zugabemenge an Magnesiumoxid.
2. Einfluss von Magnesiumoxid auf die mechanischen Eigenschaften und das Kornwachstum von Aluminiumoxidkeramiken
Aluminiumoxidkeramiken wurden in einem zweistufigen Sinterprozess mit Aluminiumoxidpulver als Rohstoff und Magnesiumoxid als Zusatzstoff hergestellt. Der Einfluss von Änderungen des Zusatzstoffs auf Dichte, mechanische Eigenschaften und Mikrostruktur der Aluminiumoxidkeramiken wurde analysiert.
Die Studie ergab, dass mit zunehmender Magnesiumoxidzugabe die relative Dichte, Biegefestigkeit und Härte gesinterter Aluminiumoxidkeramikproben zunächst zunahmen und dann leicht abnahmen. Liegt der Magnesiumoxidgehalt unter der Löslichkeitsgrenze, beschleunigt Magnesium die Korngrenzendiffusion, hat einen gewissen Kornverfeinerungseffekt und weist gute Dichte und mechanische Eigenschaften auf. Übersteigt der Magnesiumoxidgehalt die Löslichkeitsgrenze, wird zwar der Kornverfeinerungseffekt verstärkt, der an den Korngrenzen gebildete Magnesium-Aluminium-Spinell behindert jedoch die Porenbildung.
Bezüglich des Kornwachstums nehmen Korngröße und Gleichmäßigkeit der Probe mit zunehmender Magnesiumoxidzugabe zunächst zu und anschließend leicht ab. Bei einem Magnesiumoxidgehalt von 0,25 % ist die durchschnittliche Partikelgröße am kleinsten, die Kornverteilung konzentrierter und die Leistung am besten; bei einem Magnesiumoxidgehalt von 0,5 % sind die Körner feiner, die Kornverteilung gleichmäßiger und die größte Korngröße beträgt nur 2,2 μm, die Dichte ist jedoch am schlechtesten.
3. Einfluss von Magnesiumoxid auf die optischen Eigenschaften transparenter Aluminiumoxidkeramiken
Der Einfluss von Magnesiumoxid auf die mechanischen Eigenschaften und die Dichte transparenter Aluminiumoxidkeramiken ähnelt dem von gewöhnlichen Aluminiumoxidkeramiken. Die entsprechende Magnesiumoxidzugabe wirkt sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften, die Dichte und die Hemmung des Kornwachstums aus.
Die optischen Eigenschaften transparenter Aluminiumoxidkeramiken weisen bei geringer Magnesiumoxid-Dotierung eine relativ hohe Lichtdurchlässigkeit auf. Dies liegt daran, dass die entsprechende Magnesiumoxidmenge die schnelle Bewegung der Korngrenzen hemmt, wodurch die Poren vollständiger entleert, die Keramik dichter und die Lichtdurchlässigkeit höher wird.
Übersteigt jedoch die Dotierung die Feststofflöslichkeit in Al₂O₃, bildet sich lokal eine zweite Phase, die ein Lichtstreuzentrum bildet und die Lichtdurchlässigkeit der transparenten Keramik verringert.
Einfluss der Magnesiumoxid-Dotierung auf lineare Zinkoxidkeramiken
Lineare Zinkoxidkeramikwiderstände bieten in der industriellen Fertigung die Vorteile eines großen Widerstandsvariationsbereiches, einer hohen Stromdichte, eines niedrigen nichtlinearen Koeffizienten und eines geringen Widerstandstemperaturkoeffizienten. Sie finden breite Anwendung in der Leistungselektronik, im Transportwesen, in der Kommunikation und in Haushaltsgeräten. Traditionelle Zinkoxid-Verbundkeramiken weisen jedoch noch viele Nachteile auf, wie z. B. mangelnde Strukturgleichmäßigkeit, geringe industrielle Produktionswiederholrate, mangelnde Stabilität und unzureichende theoretische Forschung. Der Einfluss der Magnesiumoxiddotierung auf den nichtlinearen Koeffizienten, den spezifischen Widerstand und den Widerstandstemperaturkoeffizienten von linearen Zinkoxid-Keramikwiderständen wurde untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zugabe von Magnesiumoxid den Widerstandstemperaturkoeffizienten von Zinkoxid-Keramikwiderständen verbessern kann. Eine angemessene Menge Magnesiumoxid kann das Sintern fördern und die Dichte der Keramik erhöhen, eine übermäßige Zugabe verringert jedoch die Dichte.
Lineare Zinkoxid-Keramikwiderstände mit der Grundformel Zinkoxid‒Al₂O₃‒Magnesiumoxid‒Fe₂O₃‒TiO₂‒SiO₂ wurden durch Festphasensintern hergestellt. Der Einfluss der Magnesiumoxiddotierung auf die Mikrostruktur, die Impedanz, die Widerstandstemperatur- und die Widerstandsfrequenzkennlinie von linearen Zinkoxid-Keramikwiderständen wurde untersucht. Das Experiment ergab außerdem, dass eine angemessene Menge dotierten Magnesiumoxids bei linearen Zinkoxid-Keramikwiderständen den spezifischen Widerstand und den Temperaturkoeffizienten der Probe effektiv verbessern kann.
Einfluss von Magnesiumoxid auf ferroelektrische Keramiken
1. Einfluss von Magnesiumoxid auf Struktur und Eigenschaften von Barium-Strontium-Titanat-Keramiken
Ferroelektrische Keramiken aus Barium-Strontium-Titanat (BST) bieten aufgrund ihrer hohen Einstellbarkeit und geringen dielektrischen Verluste hervorragende Anwendungsaussichten als Phasenschieber in Phased-Array-Antennen und einstellbaren Bauelementen im Mikrowellenbereich.
Da verschiedene ferroelektrische Materialien derzeit gewisse Mängel aufweisen, ist die Verbesserung ihrer Gesamtleistung durch verschiedene Maßnahmen zu einem zentralen Problem für die großflächige Anwendung von Barium-Strontium-Titanat-Materialien geworden.
Neben der Verwendung von Seltenerdionen zur Substitution von A-Stellen-Dotierungen können Verbindungen wie MgO, MgTiO₃ und Mg₂SiO₄ auch deren Dielektrizitätskonstante und dielektrischen Verlust reduzieren, wenn sie BST-Keramiken und -Filmen zugesetzt werden.
2. Einfluss von Magnesiumoxid auf die Eigenschaften von BaTiO₃-basierten Keramiken
Durch ein gleichmäßiges Abscheidungsverfahren wurde Magnesiumoxid gleichmäßig auf die Oberfläche von BaTiO₃-basiertem Keramikpulver aufgetragen, um mit Magnesiumoxid beschichtete BaTiO₃-basierte Keramikverbundpartikel herzustellen. Die Auswirkungen unterschiedlicher Beschichtungsmengen auf Mikrostruktur, Mikromorphologie, dielektrische Eigenschaften, Isolationseigenschaften und Durchschlagspannung von BaTiO₃-basierten Keramiken wurden untersucht.
Das Experiment zeigt, dass das Beschichtungsmittel Magnesiumoxid das Kornwachstum wirksam hemmen und so Keramiken mit gleichmäßigen Körnern erhalten kann. Dieser Feinkorneffekt ist auf die hemmende Wirkung von Magnesiumoxid im Korngrenzenbereich zurückzuführen. Magnesiumoxid trägt zur Bildung von Körnern mit Kern-Schale-Struktur bei, reduziert und verbreitert den ε-Peak von BaTiO₃-basierten Keramiken und erhöht den spezifischen Widerstand und die Durchschlagspannungsfestigkeit.
Einfluss von Magnesiumoxid auf die Sintereigenschaften von YAG-transparenten Keramiken
YAG-transparente Keramiken zeichnen sich durch einen hohen Schmelzpunkt (1950 °C), hohe Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit sowie stabile physikalische und chemische Eigenschaften aus. Sie bieten hervorragende Anwendungsaussichten, sowohl als Funktionswerkstoff als auch als Strukturwerkstoff. Magnesiumoxid (MgO) wird häufig als Sinterhilfsmittel bei der Herstellung verwendet.
YAG-transparente Keramiken wurden mittels Vakuum-Festphasenreaktionssintern hergestellt. Der Einfluss von Magnesiumoxid als Sinterhilfsmittel und dessen Zugabemenge auf die Mikrostruktur, die optische Transmission und weitere Eigenschaften der YAG-transparenten Keramiken wurde eingehend untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass hochwertige YAG-transparente Keramiken durch die Verwendung von Spuren von Magnesiumoxid als Sinterhilfsmittel und das Vakuum-Festphasenreaktionssintern hergestellt werden können.
Magnesiumoxid als Sinterhilfsmittel trägt zur Kontrolle der Korngrenzendiffusion, des Kornwachstums und der Porenbeseitigung bei. Mit steigendem Magnesiumoxidgehalt führt eine übermäßige Zugabe jedoch zur Bildung einer zweiten Phase in der Keramik oder führt zu einer zu schnellen Porenbildung durch Sinterschrumpfung, die nicht entfernt werden kann. Dadurch verringert sich die Lichtdurchlässigkeit der YAG-Keramik erheblich.
Einfluss von Magnesiumoxid auf die mechanischen Eigenschaften von Sialonkeramiken
Sialon ist eine feste Lösung auf Si3N4-Basis. Bei der Synthese von Sialon tritt aufgrund des niedrigen Diffusionskoeffizienten von Si3N4 in der Regel eine Zersetzungsreaktion auf, sobald die Sintertemperatur der Sialonkeramik (über 1800 °C) erreicht ist. Daher ist das Niedertemperatursintern die gängige Methode zur Herstellung von Sialonkeramiken.
Forschungsergebnisse zeigen, dass Magnesiumoxid die Dichte von β-Sialonkeramiken erhöht und die Sintertemperatur senkt. Mit steigender Sintertemperatur nehmen Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit der β-Sialonkeramiken zunächst zu und anschließend ab. Bei einer Sintertemperatur von 1600 °C war das hergestellte β-Sialon-Keramikmaterial fest verbunden, und Biegefestigkeit und Bruchzähigkeit erreichten ihr Maximum.
Dies ist eine kurze Einführung in die Auswirkungen von Magnesiumoxid auf die mechanischen Eigenschaften, die Mikrostruktur und andere Aspekte verschiedener Keramiken der Hebei Messi Biology Co., Ltd. Es zeigt sich, dass Magnesiumoxid als Zusatzstoff eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Hochleistungskeramik spielt.