視頻：常用做坩堝材料的氧化鎂陶瓷都有啥特點

知識點名稱：氧化鎂陶瓷

關(guān)鍵詞：氧化鎂, MgO，magnesium oxide ceramics

相關(guān)概念和介紹：

以氧化鎂為主成分的陶瓷，屬立方晶系，NaCl型結(jié)構(gòu)。MgO是良好的絕緣體，室溫下電阻率>10的14次方Ω·cm，隨溫度升高，電阻率急劇降低。氧化鎂陶瓷是典型的堿性耐火材料，在氧化氣氛或氮氣保護(hù)下可穩(wěn)定工作到2400℃；在還原氣氛中MgO會分解，以金屬鎂的形式揮發(fā)，在真空中于1600℃開始大量揮發(fā)；Fe、Zn、Pb、Cu、M等金屬對它不起還原作用。氧化鎂陶瓷的主晶相為MgO，理論密度為3.85g/cm，熔點達(dá)2800℃，莫氏硬度為5-6.。MgO屬于弱堿性物質(zhì)，對堿性金屬溶液有較強(qiáng)的抗侵蝕能力。氧化鎂晶格中離子堆積密度緊密，離子排列對稱性高，晶格缺陷少，難以燒結(jié)。所以在氧化鎂陶瓷的制備過程中，為了降低燒結(jié)溫度，需要加入一定量的燒結(jié)助劑，一般以混合稀土金屬氧化物（RxOY）、TiO2、ZrO2、SiO2作為燒結(jié)助劑。氧化鎂陶瓷的高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性能優(yōu)于氧化鋁陶瓷，可以在強(qiáng)堿金屬腐蝕性環(huán)境下使用?？估瓘?qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度都比燒結(jié)Al2O3低得多，它的高溫強(qiáng)度也較低。

自然界中含鎂的化合物很豐富，它以多種礦物形式存在于地殼和海洋之中，如菱鎂礦（MgCO3）、白云石（CaMg(CO3)2）、水鎂石（Mg(OH)2）、滑石（Mg[Si4O10](OH)2）等。工業(yè)上主要從上述礦物中提取MgO,近來發(fā)展從海水中提取。從礦物或海水中提取MgO，大多先制成氫氧化鎂或碳酸鎂，然后經(jīng)煅燒分解成MgO，將這種MgO通過進(jìn)一步化學(xué)處理或熱處理可得到高純MgO。為了促進(jìn)燒結(jié)以及能使晶粒稍微長大些，同時為了減少制備的水化傾向，可加入一些添加劑，如TiO2、Al2O3、V2O3等。如果要求具有高純度的MgO陶瓷，就不能采用加入添加劑的方法來促進(jìn)燒結(jié)和晶粒長大，而是采用活化燒結(jié)的方法，即將Mg(OH)2在適當(dāng)溫度下煅燒，得到具有很多晶格缺陷的活性MgO，用以制造燒結(jié)氧化鎂陶瓷。一般在1200℃煅燒分解Mg(OH)2為宜。

MgO化學(xué)活性強(qiáng)，易溶于酸，水化能力大，因此MgO陶瓷制造工藝須考慮原料的這種特性。為了降低MgO的活性，應(yīng)預(yù)燒到1100~1300℃。研磨原料時用的磨襯及磨球都要用陶瓷材料制成，不能采用鋼球。采用干法研磨以防水化，最好用振動磨細(xì)碎，可以得到較多的細(xì)顆粒。成型方法可以采用半干壓法、注漿法、熱壓鑄法和熱壓法。半干壓法采用的粘結(jié)劑為甘油、聚乙烯醇、蜂蠟的四氯化碳溶液等，選用細(xì)粒配料，在50~70MPa壓力下成型。制備注漿成型的漿料，需要無水乙醇作介質(zhì)以免MgO水化膨脹。制備熱壓鑄用的原料最好在細(xì)磨時加入2%~3%的油酸（一般用量14%左右），細(xì)磨時間不宜過長，以防MgO顆粒團(tuán)聚。熱壓法得到的產(chǎn)品體積密度可接近理論密度值。一般壓力為20~30MPa，溫度1300~1400℃，加壓時間20~40min。

MgO陶瓷大都采用注漿法進(jìn)行生產(chǎn)。但由于MgO容易水化，因此其工藝較為復(fù)雜。在準(zhǔn)備料漿時，為不使MgO與水接觸，需采用無水乙醇等有機(jī)液體作懸浮介質(zhì)。廣為采用的工藝過程如下：將MgO原料用足夠量的蒸餾水混合形成糊狀并充分水化成Mg(OH)2。存放一定時間后，在100℃以下烘干，在1450~1600℃于密封的條件下進(jìn)行煅燒，保溫8h，使氫氧化鎂重新分解為MgO。然后球磨45~90h，然后加入水（水的加入量為50%~60%）繼續(xù)磨70~90min。形成懸浮漿料，用于澆注成型。為了改善料漿性能，可以通過調(diào)節(jié)pH值的方法，使pH值達(dá)7~8。脫模后坯料在70℃溫度下干燥，為了使坯體中的水分迅速排除，應(yīng)將濕空氣盡快排除。陶瓷的燒成，是先在1250℃溫度下進(jìn)行素?zé)?，再裝入剛玉瓷匣缽中在1750~1800℃溫度下保溫2h燒結(jié)。

 

應(yīng)用:

MgO陶瓷可用作冶煉金屬的坩堝，在原子能工業(yè)中也適于冶煉高純度的鈾和釷；還可用作熱電偶保護(hù)套管。利用它能使電磁波通過的性質(zhì)，作雷達(dá)罩及紅外輻射的透射窗口材料等。

透明MgO陶瓷，可見光及紅外透光材料。

微波介質(zhì)陶瓷作為濾波器也在5G基站建設(shè)中被廣泛應(yīng)用。高純氧化鎂通常會影響到濾波器的三個參數(shù)：相對介電常數(shù)、品質(zhì)因數(shù)、諧振頻率溫度系數(shù)。

氧化鎂陶瓷型芯使用溫度不低于1600℃，高溫條件下不與澆注金屬反應(yīng)，鑄件表面光滑，彌補(bǔ)了使用硅基型芯澆鑄此類材料時，鑄件內(nèi)孔會產(chǎn)生大量氣孔和粘砂等缺陷;溶失性優(yōu)良，能很好的溶解于弱酸中，脫芯時間短，脫芯設(shè)備簡單，脫芯工藝無污染、安全可靠，降低了精密鑄造成本。

氧化鎂本身對堿性金屬溶液有較強(qiáng)的抗侵蝕能力，制備的氧化鎂陶瓷坩堝具有優(yōu)異的化學(xué)性能和抵抗金屬侵蝕的穩(wěn)定性，與鎂、鎳、鈾、鋁、鉬等不起作用。在氧化氣氛或氮氣保護(hù)下氧化鎂陶瓷可穩(wěn)定工作到2400℃，因此氧化鎂是現(xiàn)代冶金工業(yè)先進(jìn)工藝中的關(guān)鍵材料。鋼鐵、玻璃等冶煉行業(yè)中腐蝕性條件下的坩堝或者其他耐火材料。亦可做陶瓷燒結(jié)載體，特別是β-Al2O3等高溫下有腐蝕性、揮發(fā)性物質(zhì)的陶瓷產(chǎn)品的燒結(jié)保護(hù)。

 

信息來源：

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1.高純氧化鎂在電子陶瓷中的應(yīng)用

2.一文了解高純氧化鎂粉體及氧化鎂陶瓷制備方法及應(yīng)用

3.一文了解氧化鎂陶瓷材料的制備和應(yīng)用

4.氧化鎂陶瓷

延伸閱讀：

1. 高性能新型氧化鎂陶瓷生產(chǎn)技術(shù)
2. 氧化鎂在陶瓷中的作用有哪些？
3. 提升氧化鎂陶瓷抗熱震性所用不同種類添加劑