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、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。氧化鋁陶瓷的價格低廉，生產工藝成熟，是目前產量最大，應用面最廣的陶瓷材料之一，主要應用于刀具、耐磨部件、及生物陶瓷領域。此外，它還廣泛應用于能源、航空航天、化學化工電子等方面。特別是氧化鋁瓷95瓷和99瓷，無論在結構陶瓷或是電子陶瓷均是應用范圍最廣，用量最大的陶瓷材料之一。

氧化鋁陶瓷的制備會經歷較多生產工序，在過程中物料與機械、設備、工具、器皿、環境接觸機會較多，因此，出現污染及瓷件質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顏色的質量問題有：

01瓷件表面有斑點，如黑點、棕點、紅點；

常見現象：在氧化鋁瓷生產過程中，經常在瓷件表面會有黑色、褐色、棕色和粉紅色斑點，仔細觀察內部也有，此斑點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，一般比較明顯，采集樣品分析也比較容易，可用電鏡、能譜分析或化學分析，一般定性分析即可。產生黑色、棕色和褐色斑點的主要雜質成分為Fe，粉紅色斑點的主要雜質為Fe，Cr、Ni。通過分析斑點成分和追蹤生產工藝和生產過程，可以初步判定黑色、棕色、褐色斑點主要在原料及陶瓷生產過程中混入機械鐵粒子造成。而粉紅色斑點從成分分析可以判斷是由不銹鋼材料的細小顆粒造成。機械雜質混入主要有兩方面：一是原料；二是生產過程。

預防和解決措施：在模壓成型時要注意以下

原料：盡量選擇質量好含鐵低的原料，必要時進行磁選除鐵。

研磨：注意觀察球磨機襯磚是否脫落，并及時修補。

造粒：料漿輸送加裝磁選除鐵，熱風爐、熱風過濾以避免熱風系統鐵銹進入物料。造粒粉在最終產品包裝前進行磁選除鐵。

管道：所有輸送管道盡可能加襯聚氨酯。

02瓷件表面產生斑塊，如暗斑(陰斑)，黑色云斑等；

常見現象：95瓷在生產過程中，有時會產生一種暗斑缺陷，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部，要在燈光照射下才能發現，嚴重的瓷件表面也會出現。

成因分析：95瓷產生暗斑的原因比較復雜，但可以肯定的是此現象并不是原料中的雜質引起的，應該同陶瓷的配方有一定的關系，主要還是陶瓷的生產過程和生產工藝有問題。

預防和解決措施：要根據生產現場的具體情況來分析，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間；

（2）加強窯爐的排風，保持適當氧化氣氛；

（3）在燒成溫度范圍內盡量提高燒成溫度，或者適度延長高溫段停留時間。

03瓷件表面有亮斑

常見現象：氧化鋁瓷(95、99瓷)薄片狀瓷件，特別是流延法生產工藝的基板，有時會產生亮斑，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現，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，產生亮斑。觀察凹陷形狀和結構，應該是機械損傷造成，如流延法成型時，基板坯體與基帶粘連或其它原因造成的機械損傷。

預防和解決措施：在坯體生產和存放及搬移過程中注意避免機械損傷。

04瓷件有色差現象，如整體發黃或發灰；

常見現象：氧化鋁95瓷一般為白色，由于配方不同白度略有差別。但有時在生產過程中會發現有些瓷件呈現發灰的現象，此現象一般是整批出現，單獨看不出來，只有和正常瓷件放在一起對比觀察才能發現。另外，瓷件的電性能、機械性能均無明顯差異，一般情況下并不影響用戶使用，但由于產品批次之間對比有色差，往往用戶會產生疑問，影響產品銷售。

成因探討：氧化鋁瓷件的色差主要是生產過程中引入的雜質污染造成。

預防和解決措施：

（1）調整改進研磨工藝，選擇磨耗較低的研磨介質，找出最佳研磨條件，如料球比、研磨時間、磨機工作參數等降低瓷球和瓷襯的磨耗，減少研磨過程雜質的引入；

（2）熱壓鑄成型時，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瓷件呈現淡黃色。

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

成因分析：很多人對此進行過檢測試驗，發現內部微量元素并無明顯差別，目前對此現象未找到確切原因，但一般會認為可能是有以下幾個原因：

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

（2）可能是氧化鋁陶瓷發生了潮解，從而產生了水合氧化鋁。其實不僅是陶瓷產品有這種特性，其他材料也會有，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象。

（3）高氧化鋁含量的99以上陶瓷以固相燒結為主，燒結助劑固熔到氧化物晶體并富集在晶界上，導致晶體純度下降，呈現出以黃為基調的顏色，并且由于表面晶格缺陷等原因導致表面處于亞穩定狀態，易于吸附各種微細的物質，呈現變色。

不過，對于以上幾種說法，還有沒找到直接相關的驗證資料，只是一些業內人士的推測。

參考來源：

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

[2]中國粉體網