特种陶瓷 课件 5.3 MgO，BeO 陶瓷（2009.11.13）

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5.3MgO、BeO陶瓷一、MgO陶瓷1.MgO原料的制备自然界中含镁的化合物很丰富，它以多种矿物形式存在于地壳和海洋之中，例如菱镁矿，滑石等。工业上主要从上述矿物中提取MgO。 从矿物或海水中提取MgO，大多是先制成氢氧化镁或碳酸镁，然后经煅烧分解成MgO，将这种MgO通过进一步化学处理或热处理可得到高纯MgO。制取MgO的煅烧分解过程大体可分为三个阶段：第一阶段200~300℃，开始分解，放出气体。第二阶段500~600℃，分解激烈，800℃时分解基本完成。这是得到很不完整的MgO结晶。第三阶段800℃以上，MgO的结晶逐渐长大并完整。如果要得到活性较大的MgO，煅烧温度则在1000℃以上，一般的煅烧温度为1400℃左右。 不同方法制得的MgO，其性能各异。其中，由氢氧化镁制取的MgO，体积密度最大。在实际中，往往将MgO用蒸馏水充分水化成氢氧化镁，经烘干，在1050~1800℃温度下煅烧，再在刚玉球磨罐内磨细。 2.MgO陶瓷的制造工艺配料：1）为了促进烧结以及使晶粒能稍微长大些，以及为了减少制备的水化倾向，可加入一些添加剂，如TiO2、Al2O3、V2O5等。2）为了改善MgO陶瓷的抗热冲击性，还可与Si3N4、BN进行复合试验。研磨：研磨原料时用的磨衬及磨球都要用陶瓷材料制成，不能采用钢球。采用干法研磨以防水化，采用振动磨细碎可得到较多的细颗粒。 成形：成型方法可采用半干压法、注浆法、热压铸法和热压法。1）半干压法采用的粘结剂为甘油、聚乙烯醇、蜂蜡的四氯化碳溶液等，成型压力为50~70MPa。2）制备注浆成型的浆料，要以无水乙醇作介质，以免MgO水化膨胀。3）制备热压铸用的原料在细磨时加入2~3%油酸，可减少石蜡用量。4）采用热压法得到的产品体积密度可接近理论密度值。一般压力为20~30MPa、温度1300~1400℃，加压时间为20~40分钟。 干燥：脱模后坯料在70℃温度下干燥，以排除坯体中的水分。烧成：先在1250℃温度下进行素烧，再装入刚玉瓷匣钵中在1750~1800℃温度下保温2小时烧结。 3.MgO陶瓷的性质与应用MgO陶瓷熔点2800℃，理论密度为3.58g/cm3。在高温下比体积电阻高，介质损耗低，介电系数为9.1。MgO在高于2300℃易挥发，因此MgO制品一般限制在2200℃以下使用。MgO陶瓷对碱性金属熔渣有较强的抗侵蚀能力，同时不少金属如铁、镍、钍、锌等都不MgO起作用。因此MgO陶瓷可用作熔炼金属的坩埚，浇注金属的模子，高温热电偶的保护管，以及高温炉的炉衬材料等。 MgO在空气中容易吸潮水化生成Mg(OH)2，在制造及使用过程中都必须注意。为了减少吸潮，应适当提高煅烧温度，增大粒度，或添加一些添加剂如TiO2、Al2O3、V2O5等。 二、BeO陶瓷1.BeO陶瓷的制造工艺原料颗粒大小。颗粒直径在1~2um时，活性大，但干燥和烧成收缩也大，易造成变形和开裂。颗粒直径在20~100um时，活性太小，难于烧结。只有颗粒直径为10~20um时，才具有良好的成型和烧结性能，其气孔率低，能获得性能良好的BeO陶瓷制品。预烧在1000~1200℃的氢气气氛中进行。 为了提高坯体的致密性，减少气孔率，最好采用等静压成型及热压烧结。BeO陶瓷的烧成是在约1800℃的煤气窑或油窑中进行。在烧成时，为避免BeO和某些氧化物形成低共熔物及水蒸气作用形成氢氧化铍而挥发，一般可用Al2O3或MgO匣钵封装烧成。由于BeO陶瓷的烧成温度较高，需要加入添加剂以降低烧成温度。Al2O3、MgO分别作为添加剂，对降低烧成温度不十分明显，若同时加入，降低BeO陶瓷烧成温度十分显著。此外，CaO能与BeO生成温度为1384℃的低共熔体，能有效地降低BeO陶瓷的烧成温度。 2.BeO陶瓷生产中的安全防护BeO粉末及其蒸气对人体有毒害，会引起呼吸道疾病、慢性铍肺以及皮肤溃疡等疾病。因此在生产BeO陶瓷时，要采取严格的保护措施：1）生产时，应使BeO原料呈潮湿状态，或者是容器及粉末带静电，可防止BeO粉尘产生和飞扬。2）各工序加强抽风除尘，净化生产场地的空气。各工序均采用密封装置及处于负压状态，可防止粉尘逸出。3）操作人员必须戴口罩和橡皮手套，防止直接接触和粉尘的侵入，上下班应换衣、洗澡。4）通风系统必须有过滤措施，防止BeO粉尘扩散，对污水和废渣进行专门的存放和处理。 3.BeO陶瓷的性质1）BeO晶体为无色，熔化温度范围为2530~2570℃，结构稳定，无晶形转变，密度为3.03g/cm3。在真空中可在2000℃下使用，在氧化气氛中，1800℃有明显挥发，当有水蒸气存在时，1500℃即大量挥发，这是由于BeO与水蒸气作用形成氢氧化铍。2）BeO陶瓷具有与金属相近的良好的导热系数，约为209.34W/m•K，热膨胀系数不大。3）BeO陶瓷的机械强度较低，在低温时约为氧化铝陶瓷的1/4，但在高温时下降不大，1000℃时为248.5MPa。 4）BeO陶瓷的高温绝缘性能良好，600~1000℃为4×1010~109Ω•m。介电常数较高，且随温度升高稍有增加。5)BeO陶瓷耐碱性强，能抵抗碱性物质的侵蚀（除苛性碱外）。还具有良好的核性能，对中子减速能力强，对X射线有很高的穿透力。6）BeO有剧毒，是由BeO粉尘和其蒸气引起的，但经过烧结BeO陶瓷无毒。 4.BeO陶瓷的应用1）利用其具有良好的导热性，可以用来作散热器件等；2）利用它的高温比体积电阻较大的性质可以用来作高温绝缘材料；3）利用它的耐碱性，可以用来作冶炼稀有金属和高纯金属铍、铂、钒的坩埚；4）利用它的核性能，可以用来作原子反应堆中的中子减速剂和防辐射材料等。