纳米TiO2对Al2O3陶瓷烧结特性的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0641

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (1): 256-263.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0641

纳米TiO₂对Al₂O₃陶瓷烧结特性的影响

陈友梅¹(), 李镒成¹, 何婷¹, 刘应寿¹, 黎阳¹(), 肖汉宁², 袁谋云³, 张伟群⁴

1.贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵阳 550025
2.湖南大学材料科学与工程学院，长沙 410082
3.贵州新园特种陶瓷科技有限公司，凯里 556011
4.贵州群华九九特种陶瓷科技有限公司，凯里 556011

收稿日期:2025-07-02 修订日期:2025-09-02 出版日期:2026-01-20 发布日期:2026-02-10
通信作者: 黎　阳，博士，教授。E-mail：liyang3300@163.com
作者简介:陈友梅（2000—），女，硕士研究生。主要从事氧化铝陶瓷和固废资源化方面的研究。E-mail：2451059014@qq.com
基金资助:
贵州省科技计划项目(黔科合中引地〔2025〕020);贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教技〔2022〕045);贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教技〔2022〕012)

Effect of Nano-TiO₂ on Sintering Characteristics of Al₂O₃ Ceramics

CHEN Youmei¹(), LI Yicheng¹, HE Ting¹, LIU Yingshou¹, LI Yang¹(), XIAO Hanning², YUAN Mouyun³, ZHANG Weiqun⁴

1. School of Materials and Architectural Engineering，Guizhou Normal University，Guiyang 550025，China
2. College of Materials Science and Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China
3. Guizhou Xinyuan Special Ceramic Technology Co. ，Ltd. ，Kaili 556011，China
4. Guizhou Qunhuajiujiu Special Ceramic Technology Co. ，Ltd. ，Kaili 556011，China

Received:2025-07-02 Revised:2025-09-02 Published:2026-01-20 Online:2026-02-10

摘要/Abstract

摘要：

以煅烧α-Al₂O₃粉体为原料、纳米TiO₂为烧结助剂、羧甲基纤维素为成型黏结剂，采用模压成型-常压烧结制备了Al₂O₃陶瓷，研究了烧结温度及纳米TiO₂添加量对Al₂O₃陶瓷微观形貌、线收缩率、物相结构、体积密度、孔隙率、抗折强度和白度的影响，评估了烧结特性。结果表明，添加适量纳米TiO₂能够显著提高Al₂O₃陶瓷的烧结性能，而过量纳米TiO₂会造成Al₂O₃晶粒异常长大，进而导致收缩率和体积密度降低、孔隙率增大。当纳米TiO₂添加量为0.7%（质量分数）、烧结温度为1 500 ℃时，Al₂O₃陶瓷性能较为优异，其抗折强度达到最大值，为（188.89±5.87） MPa，体积密度、孔隙率和白度分别为3.45 g·cm^-3、7.78%和76.6。

关键词: Al₂O₃陶瓷, 纳米TiO₂, 模压成型, 烧结温度, 烧结助剂

Abstract:

Al₂O₃ ceramics were prepared by compression molding and pressureless sintering using calcined α-Al₂O₃ powder as raw material， nano-TiO₂ as sintering aid and carboxymethyl cellulose as binder. The effects of sintering temperature and nano-TiO₂ addition on microstructure， linear shrinkage， phase structure， bulk density， porosity， flexural strength and whiteness of Al₂O₃ ceramics were studied， and the sintering characteristics were evaluated. The results show that the addition of appropriate amount of nano-TiO₂ can significantly improve the sintering performance of Al₂O₃ ceramics， while excessive nano-TiO₂ will cause the abnormal growth of Al₂O₃ grains， which will lead to the decrease of shrinkage and bulk density and the increase of porosity. When the addition amount of nano-TiO₂ is 0.7% （mass fraction） and the sintering temperature is 1 500 ℃， the properties of Al₂O₃ ceramics are excellent. The flexural strength reaches the maximum value of （188.89 ± 5.87） MPa， and the bulk density， porosity and whiteness are 3.45 g·cm^-3， 7.78% and 76.6.

Key words: Al₂O₃ ceramics, nano-TiO₂, compression molding, sintering temperature, sintering additive

中图分类号:

TQ174

陈友梅, 李镒成, 何婷, 刘应寿, 黎阳, 肖汉宁, 袁谋云, 张伟群. 纳米TiO₂对Al₂O₃陶瓷烧结特性的影响[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(1): 256-263.

CHEN Youmei, LI Yicheng, HE Ting, LIU Yingshou, LI Yang, XIAO Hanning, YUAN Mouyun, ZHANG Weiqun. Effect of Nano-TiO₂ on Sintering Characteristics of Al₂O₃ Ceramics[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(1): 256-263.

图/表 9

图1 烧结温度为1 550 ℃时不同纳米TiO2添加量下Al2O3陶瓷断面的微观形貌

Fig.1 Cross-section microstructure of Al2O3 ceramics with sintering temperature of 1 550 ℃ and different nano-TiO2 addition

图2 纳米TiO2添加量为0.7时不同烧结温度下Al2O3陶瓷断面的微观形貌

Fig.2 Cross-section microstructure of Al2O3 ceramics with different sintering temperatures and 0.7% nano-TiO2 addition

图3 Al2O3陶瓷的线收缩率

Fig.3 Linear shrinkage of Al2O3 ceramics

图4 2.0%纳米TiO2添加量下Al2O3陶瓷的XRD谱

Fig.4 XRD patterns of Al2O3 ceramics with 2.0% nano-TiO2 addition

图5 Al2O3陶瓷的体积密度

Fig.5 Bulk density of Al2O3 ceramics

图6 Al2O3陶瓷的开口孔隙率及总孔隙率

Fig.6 Open porosity and total porosity of Al2O3 ceramics

图7 Al2O3陶瓷的白度

Fig.7 Whiteness of Al2O3 ceramics

图8 Al2O3陶瓷的抗折强度

Fig.8 Flexural strength of Al2O3 ceramics

表1 不同添加剂及烧结工艺制备的Al2O3陶瓷的抗折强度、体积密度、开口孔隙率及白度

Table 1 Flexural strength， bulk density， open porosity and whiteness of Al2O3 ceramics prepared by different additives and sintering processes

Additive	Sintering temperature/℃	Flexural strength/MPa	Bulk density/ （g·cm^-3）	Open porosity/%	Whiteness	Reference
Y₂O₃-TiO₂-MnO₂-ZnCO₃	1 550	218.50	3.68	0.48	—	［25］
Cr₂O₃-Y₂O₃-MgO	1 530	—	3.92	—	—	［26］
CaO-MgO-SiO₂-TiO₂	1 500	356.44	3.72	—	—	［27］
Nano-TiO₂	1 500	188.89±5.87	3.45	7.78	76.6	This work

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纳米TiO₂对Al₂O₃陶瓷烧结特性的影响

Effect of Nano-TiO₂ on Sintering Characteristics of Al₂O₃ Ceramics

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