什么是陶瓷的晶界?
2010/3/4 22:58:33
陶瓷,一般是通過將粉末原料形成、燒成而獲得的。經(jīng)過這些工藝所制得的陶瓷,是由許多微晶聚集的多晶體構(gòu)成,這就不可避免的存在著晶界。晶界不僅在陶瓷燒成過程中起著重要作用,而且還對得到的燒結(jié)體之物理、化學(xué)性能有很大影響。以往,在利用多晶體時(shí),往往認(rèn)為這些晶界帶來不良影響,但近年來由于對屬于陶瓷特征的這些晶界從積極方面加以利用的方法的開發(fā)和實(shí)用化,從而產(chǎn)生了由“用陶瓷也是可能實(shí)現(xiàn)的”,到“只有用陶瓷才能實(shí)現(xiàn)“這樣的變化。
陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示,是由微晶、晶界、晶界析出物、晶界氣孔、晶粒內(nèi)析出物、晶粒內(nèi)氣孔等構(gòu)成的。構(gòu)成陶瓷主成分的微晶尺寸,一般由1微米至幾十微米,結(jié)晶軸方是任意的。微晶直徑與原料顆粒直徑、雜質(zhì)、燒成條件有關(guān)。陶瓷晶界有位錯(cuò)、空孔等晶格缺陷和晶格畸變存在。因而雜質(zhì)易容集中,形成圖1(b)、(c)、(d)所示的晶界偏析層、層狀析出物等。下面分項(xiàng)簡述之。
(1)晶界偏析層 一般,將在晶界由偏析的雜質(zhì)離子所形成的層稱為晶界偏析層。晶界偏析層厚度由20埃至1微米。在晶界,因?yàn)樾纬蛇h(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般固溶界限的固溶,所以,可以發(fā)現(xiàn)與結(jié)晶內(nèi)部晶相明顯不同的物質(zhì)。
(2)層狀析出物 在含有雜質(zhì)特別多而超過固溶界限時(shí),雜質(zhì)作為另外的結(jié)晶相在晶界析出。這種析出物有層狀和粒狀之分。層狀析出物通常由液相燒結(jié)所造成。晶界析出物的熔點(diǎn)比陶瓷的燒結(jié)溫度低時(shí),產(chǎn)生液相燒結(jié)。在液相的浸潤性良好時(shí),完全浸透微晶晶界,各個(gè)微晶被液相包圍,形成層狀偏析層。ZnO非線性電阻是熟知的實(shí)例。
(3)粒狀析出物 雜質(zhì)的量超過結(jié)晶固溶量,其熔點(diǎn)比燒結(jié)溫度高時(shí),雜質(zhì)呈粒狀在晶界析出。MgO作為添加劑可用于透明氧化鋁陶瓷,但如添加量較多,則會(huì)在晶界析出MgAl2O4,從而降低透光性。
晶界獨(dú)具的物理、化學(xué)現(xiàn)象是:(1)晶界擴(kuò)散;(2)控制晶界引起的生成反應(yīng);(3)晶界電勢;(4)晶界高電阻層;(5)由晶界形成結(jié)合,等。圖2所示是晶界的物理化學(xué)現(xiàn)象及其應(yīng)用實(shí)例。
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