埃尔派知识课堂：稀土对氧化铝陶瓷性能的影响有哪些

氧化铝陶瓷是一种成本低廉的陶瓷材料，因其耐磨、耐高温、耐腐蚀、硬度高、机械强度高、质量轻、绝缘性好，被广泛应用于纺织、煤炭、石油、化工、电子及建筑等行业。单纯的氧化铝陶瓷韧性差，强度和耐磨性也限制了其应用领域的进一步扩宽，多元相协同改性成为提高氧化铝陶瓷力学性能和耐磨性能的研究方向。

掺入晶界玻璃相的稀土氧化物能够改善玻璃相的强度，进而增强氧化铝陶瓷的力学性能。稀土阳离子的半径大于铝离子，离子半径的差距使二者难以固溶，因此，稀土元素主要存在于氧化铝晶界上。具有玻璃网状结构的稀土氧化物体积较大，难以移动，阻碍了其他离子迁移，使晶界迁移速率降低，抑制了晶粒畸形长大，从而使结构致密。

对陶瓷硬度的影响

添加适量的稀土氧化物可以细化晶粒，增加液相量，填充晶粒间隙，使致密度上升，硬度增加。但随着稀土氧化物的过量添加，晶粒尺寸增大、间隙增多对致密度和硬度的负面作用难以抵消，硬度逐渐降低。用氧化镧、氧化钇等稀土氧化物掺杂的氧化铝陶瓷硬度随着掺量的增加都会呈现先增加后降低的趋势。

对陶瓷相对密度的影响

稀土离子很难与氧化铝固溶，主要存在于液相中，能够促进氧化铝与其它添加剂组分的化学反应，增加液相量。添加少量稀土氧化物有利于生成液相，提高陶瓷密度。添加高熔点的稀土氧化物可提高陶瓷的烧结温度，但过量添加不利于陶瓷烧结，且会使致密化程度降低。氧化钇、氧化铈掺杂的氧化铝陶瓷的相对密度会随着掺杂量的增加呈现先升高后降低的趋势。

对陶瓷显微结构的影响

稀土离子的半径远大于铝离子，其主要存在于晶界玻璃相中，具有玻璃网状结构的稀土氧化物可阻碍离子迁移，抑制晶粒生长，细化晶粒。但添加过量的稀土氧化物会增加液相量，降低液相粘度，促进离子迁移，使晶粒过分生长，晶粒尺寸变大。用氧化镧、氧化钇、氧化铈掺杂后晶粒尺寸会减小，但随着稀土氧化物掺量的增加，陶瓷晶粒尺寸会逐渐增大，液相量也逐渐增加。

对陶瓷摩擦磨损性能的影响

氧化铝陶瓷磨损机制以磨粒磨损为主，适量的稀土氧化物掺杂可以提高陶瓷的耐磨性。氧化铝陶瓷磨损表面会经历晶粒断裂和拔出、摩擦层形成、摩擦层面积增加和裂纹增加四个过程，氧化铝陶瓷在磨损中脱落的晶粒会保留在摩擦界面上，在表面应力作用下形成光滑的摩擦层，摩擦层由两种对磨材料的磨屑组成，可以降低陶瓷的磨损率。

稀土是宝贵的资源，具有特殊的电子结构，利用其改性的氧化铝在催化材料、陶瓷材料等领域都有着重要用途。在稀土改性氧化铝中，要根据需要选择合适的稀土元素，同时也要注重不同稀土元素之间的复合，发挥协调作用。

来源：中国粉体网