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鄒小姐：13326633089 -
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莫(mo)來石陶瓷是主相為莫(mo)來石（3Al2O3·2SiO2）的一(yi)類陶瓷的總稱。可簡單分為(wei)普通莫來(lai)石(shi)瓷和高純莫來(lai)石(shi)瓷兩大類，普通莫來(lai)石(shi)瓷以鋁(lv)硅酸鹽系天然礦物作為(wei)主要原料(liao)，因原料(liao)純度(du)低，雜質含量高，其組分除A12O3、SiO2外(wai)，還(huan)含(han)有TiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O等(deng)不(bu)確定雜質，因而(er)制品中有相當(dang)數量的(de)(de)(de)玻璃相，致使(shi)其力學、熱學性(xing)(xing)(xing)質較差，使(shi)莫來(lai)石(shi)(shi)陶瓷(ci)在高(gao)溫下的(de)(de)(de)優良性(xing)(xing)(xing)能不(bu)能得(de)到充分發揮。高(gao)純(chun)莫來(lai)石(shi)(shi)陶瓷(ci)采用人工合成的(de)(de)(de)超細高(gao)純(chun)莫來(lai)石(shi)(shi)粉末制備而(er)成，它具(ju)有膨脹均(jun)勻、熱震穩(wen)定性(xing)(xing)(xing)極好、荷(he)重軟化(hua)點高(gao)、高(gao)溫蠕變(bian)值(zhi)小、硬度(du)(du)大、抗化(hua)學腐(fu)蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)好等(deng)特點。高(gao)性(xing)(xing)(xing)能莫來(lai)石(shi)(shi)在1300℃時(shi)抗彎強(qiang)度(du)(du)可達570MPa，斷裂(lie)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)KIC達5.7MPa，均(jun)比常溫時(shi)高(gao)1.6倍(bei)，這種隨溫度(du)(du)升(sheng)高(gao)、強(qiang)度(du)(du)和韌(ren)性(xing)(xing)(xing)不(bu)僅(jin)不(bu)衰減反而(er)大幅度(du)(du)提高(gao)，是高(gao)純(chun)莫來(lai)石(shi)(shi)陶瓷(ci)作為高(gao)溫材料極佳(jia)的(de)(de)(de)特性(xing)(xing)(xing)。
更為(wei)精細的原材料(liao)讓莫(mo)來(lai)石突破了其作為(wei)普通耐火材料應用局(ju)限，高溫(wen)下強度衰(shuai)減較小，并且有(you)很好的抗蠕變(bian)和抗熱震性能的特性(xing)使高純莫來石陶瓷作為(wei)一種高溫結(jie)構材料也受到越來越多的重(zhong)視。此外，莫來石陶瓷還在(zai)電子封(feng)裝(zhuang)材料、汽車(che)領域等有著重要的(de)應用。
表：先來看看莫來石陶瓷(ci)的物理性(xing)質
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性質 |
理論值(zhi) |
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理(li)論密度（g/cm3） |
3.16~3.22 |
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熔點（°C） |
1850 |
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泊松比 |
0.238~0.276 |
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線膨脹系(xi)數（10-6/K）（25~1500°C） |
5.6 |
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熱導(dao)率（W/(m?K)） |
5.45 |
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介(jie)電常數（25°C，1MHz） |
6.4~7.0 |
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電阻(zu)率（20°C，??cm） |
1018 |
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抗彎強度（0 %氣孔率，MPa） |
250~500 |
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斷裂韌性（MPa?m1/2） |
2~3 |
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蠕變(bian)活(huo)化能（KJ/mol） |
687~699 |
莫來石(shi)的應用(yong)前景(jing)
一、莫來石高(gao)溫工程材料(liao)
莫來石(shi)陶(tao)瓷的室溫(wen)(wen)(wen)強度較(jiao)低，限制了其室溫(wen)(wen)(wen)應用，但是(shi)由于它(ta)具(ju)有優良的抗蠕(ru)變和抗熱震性，并且(qie)高溫(wen)(wen)(wen)下室溫(wen)(wen)(wen)強度衰減較(jiao)小(xiao)，再加上它(ta)在氧化(hua)環境下獨(du)特(te)的熱穩(wen)定性，因而莫來石(shi)陶(tao)瓷材料(liao)作為獨(du)特(te)的高溫(wen)(wen)(wen)材料(liao)日益(yi)引起了人們(men)的重視。
應用(yong)案例
①我國研制(zhi)的莫(mo)來石陶瓷(ci)缸蓋底板在(zai)沙漠車上試(shi)用(yong)成(cheng)(cheng)功，初步(bu)顯示該材料(liao)較好的應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)。德國采用(yong)鋁(lv)硅酸(suan)鹽長纖(xian)維(wei)增(zeng)韌的莫(mo)來石復合材料(liao)曾(ceng)在(zai)螺旋槳飛機的排氣裝(zhuang)置上測試(shi)使用(yong)獲得成(cheng)(cheng)功；
②日本的Chichbu水泥公司開發出了隧道窯中所用的莫來石陶瓷傳送帶，從而取代了不銹鋼傳送帶，這種陶瓷傳送帶由高純莫來石燒結制得，用于在 1000 ℃以上燒結制備電子器械用陶瓷元件；
③莫來石陶瓷具(ju)有(you)優異的抗高溫氣體腐(fu)蝕行(xing)，被廣泛應用于(yu)金屬(shu)熔融坩堝、高溫防護管以及熱電(dian)偶保護管等耐熱材料。
莫來石(shi)陶瓷法蘭管 高溫保護爐管
二、電子封裝材料
莫來石(shi)的膨脹系數(shu)(shu)和介電(dian)系數(shu)(shu)低(di)，恰好正是微電(dian)子工(gong)業中(zhong)IC（集(ji)成電路）技術(shu)和SMT（ 表面貼裝技術）技術發(fa)展所(suo)要求(qiu)的(de)。低的(de)介電常數可導(dao)致信號迅速傳遞。在IC基片的信號傳遞中，信號傳遞的時間和相對介電系數成正比，由于莫來石介電系數低，使得純莫來石基片傳遞信號速度比常用的氧化鋁基片更快。在吸波材料上增加莫來石陶瓷后，不僅擴展了吸波材料的吸收頻帶，同時顯著提高了吸波材料的吸收效率。
此外，莫來(lai)石(shi)的(de)熱膨脹(zhang)稍高(gao)于(yu)硅，但是通過制備(bei)莫(mo)來石(shi)與(yu)(yu)玻璃以(yi)及（或(huo)）與(yu)(yu)低膨脹陶(tao)瓷（堇青石(shi)或(huo)鋰輝石(shi)）復合材料(liao)，則可提(ti)高匹配性。
應用案例：
①日(ri)本Yamamar玻璃公司便開發出了承載半導體器件、感應線圈電容及電阻的莫來石玻璃陶瓷，其主要成分是45~50 wt%的Al2O3、20~35 wt%的SiO2和5~20 wt%的MgO。
②日本日立(li)公(gong)司(si)采用當前工藝已推出了莫來石多(duo)層陶瓷封裝(zhuang)材料(liao)。
③日本的(de)NGK火花塞公司也開發了多層莫來石陶瓷，用于電子線路板，可減少信號的傳播損失。
莫來石在電子封(feng)裝材料中(zhong)的應用
三、汽(qi)車領域
莫來石(shi)陶瓷(ci)合(he)金復合(he)材料(liao)還(huan)可用于(yu)剎車片內襯，這種材料(liao)以(yi)Cu-Sn或Cu-Fe合金作為基體，其他種類陶瓷作為分散介質。莫來石和或者不超過30 wt%的SiO2作為摩擦劑，石墨或鉛作為潤滑劑。比如通過擠壓和軋波紋的方法可以制備出多孔莫來石基陶瓷材料。由于該材料比聚合物制備的剎車材料具有較好的耐熱性和耐磨性，目前在飛機和高鐵系統以及汽車剎車片方面已經廣泛使用。因為這種材料比由石棉和高聚物制成的傳統剎車材料具有較好的耐熱性和耐久性且污染極少，所以在剎車盤、發動機和汽車汽輪機的高溫燃燒器中得到青睞。
莫來石粉(fen)體的制備方(fang)法
天然的莫(mo)來石礦物(wu)比(bi)較(jiao)少，這限制了(le)其應用，所以研究(jiu)者(zhe)通(tong)常采用不同的制備(bei)方(fang)法來人工合成各種類型的莫(mo)來石粉體(ti)（圖(tu)1）。其制備分為傳統方法及濕化學法。傳統方法（主要用于工業界）包括：電溶法、燒結法、固相反應合成法等；濕化學法（主要用于學術界）如：溶膠凝膠法、化學沉淀法、水熱法等，其具體的制備方法及細節如下：
一(yi)、固相燒結法
高溫(wen)(wen)固相反應法是以鋁鹽、硅鹽、以及其他(ta)助溶劑為(wei)原(yuan)料，首(shou)先在室溫(wen)(wen)下使(shi)原(yuan)料充分混合均勻，使(shi)原(yuan)料不產(chan)生團(tuan)聚，然后再高溫(wen)(wen)下（1500°C~1800°C）保溫一段時間，經過高溫煅燒合成莫來石。
優點：操作工藝簡單，工藝參(can)數很容易控制，并且容易實現大規模生(sheng)產。
缺點：粉體(ti)原料需要很長的時間混合均勻，且均勻度有限；產物(wu)在結構、粒(li)度分布差異很大。
溶(rong)膠-凝膠法制備的莫來石晶須
二、溶膠-凝膠法
此(ci)方法是(shi)以(yi)三價鋁或者(zhe)硅鹽經(jing)水解形(xing)成溶膠，按照(zhao)一定的計量數，并且用氨(an)水來調節PH控制溫度在374 °C、壓力21.7 MPa，當液相完全消失，只有氣相存在，最后將溶膠干燥所得。
優點：前驅體化學均勻性好，并且有較高(gao)的純度；此外，反應過(guo)程容(rong)易控制(zhi)，設備(bei)簡單。
缺點：干燥收縮大(da)，工業化生產難度大(da)，合成周期長。
溶膠-凝膠法制備的莫來石晶須
三、微波合成法(fa)
微(wei)波(bo)又稱超高(gao)頻電磁波(bo)，此種(zhong)工藝是將(jiang)鋁原和硅為(wei)原料，在微(wei)波(bo)爐中(zhong)以一(yi)定的條件，如波(bo)長頻率為(wei)1m的電磁波，接著進行加熱，使之發生反應，從而得到所需產品的一種新技術。
優(you)點：此技術能夠在短時(shi)間內、低溫下(xia)合成純(chun)度高、粒度細的陶瓷粉末。
缺點：大規模(mo)生產有(you)一定的困難。
微波合(he)成(cheng)莫來石(shi)
四、氧化物(wu)摻雜法
此(ci)方(fang)法(fa)是(shi)在鋁源和(he)硅源的原料中添(tian)加金屬(shu)氧化物，利(li)用在高溫煅燒過(guo)程中這些金屬(shu)氧化物能夠形(xing)成液相的特性，從而(er)起到高溫熔體(ti)粘度的作用，從而(er)使的莫來(lai)石晶體(ti)（晶須）從高溫熔體(ti)中析出來(lai)。
優點：設備簡單(dan)，時(shi)間周期短，原(yuan)則性較大。
缺點：產(chan)生的(de)液相較多(duo)，不利(li)于產(chan)品(pin)的(de)高溫性能。
氧化物摻雜物合成(cheng)莫來石
五、熔鹽法(fa)
熔(rong)(rong)融(rong)鹽是指以(yi)工藝氧化(hua)鋁為主(zhu)要原料，硫酸鹽為熔(rong)(rong)鹽，通(tong)過一定的(de)配(pei)方比，然(ran)后(hou)在球磨機中快速混(hun)料，造粒(li)，選擇粒(li)子(zi)，半干壓成型，然(ran)后(hou)在高溫(wen)(wen)爐中以(yi)一定的(de)溫(wen)(wen)度和升溫(wen)(wen)程序進(jin)行(xing)合成莫來石產(chan)品(pin)。
優點(dian)：熔融鹽具(ju)有(you)不同于水溶液的(de)諸多性(xing)，如(ru)高(gao)溫下的(de)穩定性(xing)，在較(jiao)寬溫度范圍內的(de)低(di)蒸汽(qi)壓，低(di)的(de)粘度，具(ju)有(you)良好(hao)的(de)導(dao)電性(xing)，較(jiao)高(gao)的(de)離子遷(qian)移(yi)和(he)擴(kuo)散速度，高(gao)的(de)熱(re)容量(liang)，具(ju)有(you)溶解各(ge)種(zhong)不同材(cai)料的(de)能力等。
缺點：制(zhi)備(bei)晶(jing)體(ti)時生長速度慢，生長周(zhou)期長，并且晶(jing)體(ti)尺寸較(jiao)小；此外，坩堝和(he)熔鹽(yan)對合成晶(jing)體(ti)有污染；許多熔鹽(yan)具有不同(tong)程度的毒性(xing)，其(qi)揮(hui)發物常腐蝕或污染爐體(ti)和(he)環境。
熔鹽(yan)法合成莫來石
在工業界，莫(mo)來(lai)石(shi)粉體(ti)制備中主要采(cai)用(yong)傳(chuan)統燒結法(fa)，但近年來(lai)隨(sui)著先進設備和制造(zao)業的發展(zhan)，普遍采(cai)用(yong)化學(xue)法(fa)，如溶膠-凝膠法和微波爐合成法，因為這樣得到的粉體更加均勻，顆粒微細，純度高，燒結程度好等優勢，為新型莫來石陶瓷以及相關材料的發展和應用開辟了廣闊的前景。
參考來源：
[1] 耐高(gao)溫陶(tao)瓷--金屬復合材(cai)料制備及性能研究(jiu) （華北(bei)電力(li)大學(北(bei)京)）
[2] 莫來(lai)石晶(jing)須的生長機理研究. （陶瓷學報）
作者：小(xiao)陳(chen)
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