氧化鋁陶瓷件，憑借其高硬度、耐高溫、耐腐蝕、絕緣性好等卓越性能，廣泛應用于電子、醫療、航空航天等領域。從精密的電子元件到嚴苛環境下的機械部件，氧化鋁陶瓷件的身影無處不在。然而，單一的氧化鋁粉末加點水高溫燒制，可無法直接成就這些性能優異的高性能陶瓷件。在這背后，添加劑起著至關重要的作用，它們就像是氧化鋁陶瓷件制作過程中的“魔法助手”，只有輔助打好，才能實現最終成品的出爐。

氧化鋁陶瓷熔斷器殼體（圖源湖南省美程新材料）

純凈的氧化鋁熔點高達2050℃，燒結溫度通常需1600℃以上，這不僅能耗高，還容易導致晶粒粗大、性能下降。此外，氧化鋁本身脆性大，直接燒結的陶瓷易開裂，難以滿足精密器件的要求。添加劑的作用在于：

①降低燒結溫度（節能降本）

②提高致密度（減少氣孔，增強強度）

③優化晶界結構（改善韌性、抗熱震性）

④調控電學/熱學性能（如絕緣性、導熱性）。

本文就幾種常用的添加劑進行介紹：

1 助熔劑：降低燒結溫度，提高致密度

氧化鋁具有高熔點，直接燒結不僅能耗巨大，對設備的要求也極高。助熔劑的出現，有效解決了這一問題。它就像是一位“溫度調節師”，能夠降低氧化鋁陶瓷的燒結溫度，讓燒結過程更加高效、節能。

（1）二氧化鈦（TiO?）是常見的助熔劑之一。在燒結過程中，它能夠與氧化鋁發生反應，形成低共熔物，從而降低液相出現的溫度。這就好比在烹飪時，加入一些特殊的調料，能讓食材更快地達到理想的烹飪狀態。使用二氧化鈦作為助熔劑，不僅可以降低燒結溫度，還能在一定程度上提高氧化鋁陶瓷的硬度。例如，在一些用于切削加工的氧化鋁陶瓷刀具中，添加適量的二氧化鈦，可以讓刀具在保持高硬度的同時，更加耐磨，延長使用壽命。

（2）氧化釔（Y?O?）也是一種重要的助熔劑。它能夠抑制氧化鋁在高溫下的晶型轉變，保持陶瓷結構的穩定性。對于熱穩定性要求極高的氧化鋁陶瓷制品中，如用于高溫環境的電子元件基座，添加氧化釔可以賦予陶瓷件良好的抗熱震性能，使其在溫度急劇變化的環境下也不易開裂。

（3）氧化鈣（CaO）同樣具有降低燒結溫度的作用。它可以與氧化鋁形成低共熔物，減少能耗，同時還能防止晶粒過度長大，有利于獲得細晶結構的陶瓷。細晶結構的陶瓷通常具有更高的強度和韌性，某些需要承受較大外力的氧化鋁陶瓷零件中，如機械設備的耐磨部件，添加氧化鈣可以提升零件的性能。

2 增強增韌劑：提高斷裂韌性，減少脆性

氧化鋁陶瓷雖然硬度高，但韌性相對較差，容易在受到外力沖擊時發生脆性斷裂。增強增韌劑的出現，就像是為氧化鋁陶瓷件穿上了一層“鎧甲”，能夠有效提升其強度和韌性。

碳化硅（SiC）是一種常用的增強增韌劑。它的顆粒均勻分布在氧化鋁基體中，當陶瓷件受到外力作用時，碳化硅顆粒能夠阻礙裂紋的擴展。就像在道路上設置了一些障礙物，當裂紋遇到這些顆粒時，會改變擴展方向，從而消耗更多的能量，使陶瓷件不易斷裂。在用于高負載環境的氧化鋁陶瓷軸承中，添加碳化硅可以顯著提高軸承的承載能力和使用壽命。

氮化硼（BN）也是增強增韌劑家族中的一員。它能夠改善陶瓷的摩擦性能，提升強度和韌性。在一些需要良好摩擦性能的氧化鋁陶瓷部件中，如用于密封的陶瓷環，添加氮化硼可以減少部件之間的摩擦磨損，提高密封效果，同時還能增強部件的強度，使其更加耐用。不過添加量超過10%可能降低硬度，需權衡潤滑性與強度。

3 功能性添加劑：調整電學、熱學或光學性能

除了提升基本性能，功能性添加劑還能賦予氧化鋁陶瓷件一些獨特的性能，滿足不同領域的需求。

稀土氧化物，如鑭、鈰等，是改善電學性能的“魔法師”。在部分電子領域的氧化鋁陶瓷件中，如用于高頻電路的陶瓷基板，添加稀土氧化物可以調節陶瓷的介電常數和損耗角正切值，提高陶瓷的電學性能，使其更適合在高頻環境下工作，擴大在電子領域的應用范圍。

著色劑則是為氧化鋁陶瓷件增添色彩的“藝術家”。氧化鉻、氧化鈷等著色劑能夠與氧化鋁發生反應，制備出不同顏色的陶瓷。在一些對裝飾性有要求的陶瓷制品中，如陶瓷餐具、裝飾擺件等，添加著色劑可以讓陶瓷件更加美觀多樣，滿足不同消費者的審美需求。

4 結合劑與成型助劑：改善粉體流動性、成型強度

在氧化鋁陶瓷件的成型過程中，結合劑與成型助劑起著至關重要的作用，它們就像是一群“幕后英雄”，默默地將氧化鋁粉末轉化為各種形狀的結構件。

有機結合劑，如聚乙烯醇、聚丙烯酸酯等，就像膠水一樣，在坯體成型時將氧化鋁粉末粘結在一起，賦予坯體一定的強度，便于后續的加工和燒結。以流延成型為例，聚乙烯醇能夠使氧化鋁粉末均勻地分散在溶劑中，形成具有一定粘度和流動性的漿料，然后通過流延工藝將漿料制成坯膜。在坯膜干燥后，聚乙烯醇等結合劑能夠保持坯膜的形狀和結構，使其在后續的加工過程中不易變形。

成型助劑則包括潤滑劑、分散劑等。潤滑劑能夠降低粉末與模具之間的摩擦，減少模具的磨損，同時還能保證坯體的密度均勻。在干壓成型中，添加適量的潤滑劑可以讓粉末更容易填充到模具中，提高坯體的致密度。分散劑則能夠確保粉末在漿料中均勻分散，避免團聚現象的發生。在注射成型中，分散劑的作用尤為重要，它能夠使漿料具有良好的流動性，便于注射到模具中，形成形狀復雜的陶瓷件。

結語

添加劑在氧化鋁陶瓷件的制作過程中扮演著不可或缺的角色。它們從降低燒結溫度、提升性能到賦予獨特性能、塑造形狀等方面，全方位地為氧化鋁陶瓷件的制作提供了支持。隨著科技的不斷進步，未來或會出現更多新型的添加劑，為氧化鋁陶瓷件的性能提升和應用拓展帶來更多的可能。