氧化鋁自身陽離子電荷多，半徑小，離子鍵強的特點，導致其晶格能較大，擴散系數(shù)低，燒結(jié)溫度高。一般純氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度在1700℃以上，這樣高的燒結(jié)溫度在工業(yè)上較難普遍實現(xiàn)，而且不利于降低成本，同時結(jié)構(gòu)上也會有存在較多的缺陷，對氧化鋁陶瓷的材料力學性能不利，為了促進氧化鋁陶瓷致密化，降低燒結(jié)溫度，一般在原料里引入添加劑來降低其燒結(jié)溫度或改善其燒結(jié)性能。

添加劑的類型和特征

添加劑的作用機理與其離子半徑和化合價有關(guān)。根據(jù)作用機理的不同，可以把添加劑分為２類：一類是生成液相，這類添加劑如SiO₂、MgO、CaO、SrO、BaO等堿土金屬氧化物，在晶界形成低熔點的玻璃相，促進燒結(jié)，電性能良好，適于制備電子陶瓷；二類是生成固溶體，這類添加劑如Cr₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂、MnO等，它們與氧化鋁基體形成置換固溶體，降低燒結(jié)溫度，同時降低陶瓷的體積電阻率，適于有力學要求的場合。

1、生成液相添加劑的作用機理：

一類添加劑多為立方密堆積、NaCl型晶體結(jié)構(gòu)。由于晶體結(jié)構(gòu)的差異，它們在Al₂O₃中的“溶解度”極小，通過雜質(zhì)聚集在晶界處的方式，減少了它們在基體中的含量，隨著燒結(jié)的繼續(xù)進行，晶界數(shù)量和面積減少，晶界處雜質(zhì)的濃度相對增加，使晶界處的共溶溫度下降，當達到一定極限，就成為液相，促進了燒結(jié)，提高了材料的密度。這種材料內(nèi)部晶粒往往很大。

2、生成固溶體添加劑的作用機理：

這類添加劑如晶格類型與氧化鋁一樣或接近，Cr₂O₃、Fe₂O₃可與Al₂O₃形成無限置換固溶體，TiO₂、MnO可與Al₂O₃形成有限置換固溶體，使晶格發(fā)生一定程度的畸變，而且由于這些化合物為變價化合物，可以活化晶格，降低燒結(jié)溫度。它們主要是通過質(zhì)點擴散或界面移動來實現(xiàn)致密化，促進燒結(jié)；它們多為有色添加劑，加入它們后，會改變瓷片的白色狀態(tài)；由于這些化合物為變價化合物，在電場和高溫、高濕環(huán)境下易發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移，從而導致介電損耗增加，體積電阻率降低，在Al₂O₃陶瓷基板配方中，不用或者慎用這些化合物。

主要添加劑的作用

1、MgO的作用

MgO是Al₂O₃燒結(jié)過程中的顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑，它可以細化晶粒，大大減小晶界能的差異，削弱晶粒生長的各向異性，抑制不連續(xù)的晶粒生長。

人們對MgO抑制Al₂O₃晶粒生長的機理看法不一，大致有４種機理：①第二相釘扎在晶界，抑制氣孔與晶界脫附，避免氣孔被包裹；②）固溶雜質(zhì)偏析在晶界，抑制晶粒生長；③由于晶界能與表面能的比值在燒結(jié)時發(fā)生較小的變化，導致氣相形態(tài)的變化，產(chǎn)生氣相在晶界釘扎；④由于二價鎂產(chǎn)生缺陷結(jié)構(gòu)的變化，加快了致密化速率，該速率明顯大于晶粒生長速率。

由于MgO高溫揮發(fā)性較強，為了達到良好的效果，常將La₂O₃或Y₂O₃同MgO混合引入。La₂O₃或Y₂O₃的引入，可以細化晶粒，促進燒結(jié)致密化，但會降低致密化的速率。

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2、SiO₂的作用

原料中SiO₂的含量的提高，能明顯削弱或消除Na₂O雜質(zhì)對瓷體介電損耗的有害影響。在SiO₂存在的情況下，鈉離子可以轉(zhuǎn)移到硅酸鹽玻璃相中或者形成鈉長石(NaO·Al₂O₃·6SiO₂)之類的化合物，從而減少和消除陶瓷中的β-Al₂O₃，減少了其有害作用。

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3、CaO、SrO、BaO的作用

①對介電性能的影響

CaO的引入可有效地降低瓷料的介電損耗。但CaO、SrO、BaO等堿土金屬氧化物的加入量不宜過多，否則，會使瓷坯中的顯氣孔率迅速增大。文獻報道，CaO含量超過MgO的一半時，陶瓷基板的耐酸能力將下降。

②對燒結(jié)溫度的影響

種種研究表明，在氧化鋁陶瓷里，要得到顯微結(jié)構(gòu)致密、晶粒均勻細小的結(jié)構(gòu)，必須含有MgO和微量的CaO。這類添加劑通常用于與其他成分配伍形成低共熔點體系。

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4、TiO₂、Cr₂O₃、Fe₂O₃、MnO₂、V₂O₅的作用

這類添加劑與CaO、MgO、SiO₂不同，它們不形成液相，由于他們的晶體結(jié)構(gòu)與Al₂O₃接近或一樣，離子半徑接近，故它們在氧化鋁里形成有限或無限固溶體，導致晶格發(fā)生畸變，且它們均為變價化合物，在燒結(jié)過程中，電價還可以發(fā)生變化，活化晶格，可明顯促進燒結(jié)。

這類添加劑的作用規(guī)律：

①能與Al₂O₃形成有限固溶體的添加劑較形成連續(xù)固溶體的添加劑的降溫作用大；②可變價離子的添加劑比不變價的添加劑的作用大；③陽離子電荷多的、電價高的添加劑的降溫作用更大。

這類添加劑的缺點是：由于這類添加劑是在缺少液相的條件下燒結(jié)的（重結(jié)晶燒結(jié)），故晶體內(nèi)的氣孔較難填平，氣密性較差，且由于添加物為變價化合物，在潮濕或電場作用下，易發(fā)生電子的遷移，導致電性能下降很多。故在陶瓷電路基板行業(yè)中不用或慎用這類添加劑。

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