氧化钇(Y₂O₃)应用在陶瓷装烧过程中(如窑具、垫板、匣钵等),主要是作为添加剂或基体材料,优化陶瓷产品的高温性能。
氧化钇作为高温窑具/匣钵的基体材料,通常与氧化铝(Al₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)或碳化硅(SiC)复合,它的低热膨胀系数(≈8×10⁻⁶/℃)可匹配陶瓷坯体,减少装烧过程中因温差导致的匣钵开裂等问题。在氧化锆基窑具中,添加3-8 mol% 的氧化钇Y₂O₃,可稳定四方相氧化锆,避免相变应力(如氧化锆匣钵在1200-1500℃反复使用时的体积变化)。
此外,电子陶瓷烧结通常需要持续数十小时,在这种情况下,添加氧化钇能够抑制高温下晶界滑移,提升窑具在长期高温负载下的外形稳定性。
氧化钇在陶瓷装烧过程中有诸多实际案例,例如多层陶瓷电容器(MLCC)烧制: Y₂O₃-Al₂O₃复合匣钵可耐受1600℃还原气氛,避免铁、硅等杂质污染。透明陶瓷烧结:添加氧化钇用于稳定氧化锆(YSZ)垫板,确保光学陶瓷表面无反应层。
氧化钇作为承烧板的表面涂层:通过等离子喷涂或溶胶-凝胶法在氧化铝承烧板上制备Y₂O₃涂层,能够起到防粘、防耐腐蚀性的作用。Y₂O₃与常见陶瓷釉料(如含硅、硼体系)反应活性低,减少烧成后坯体与承烧板的粘结。在锂电池粉的煅烧过程中,氧化钇涂层能够抵抗锂电正极材料(如LiCoO₂)高温分解产生的碱性蒸气侵蚀。
氧化钇作为特殊陶瓷的装烧辅助材料,可应用于一下场景:
- 氮化硅(Si₃N₄)陶瓷烧结:Y₂O₃作为烧结助剂(与Al₂O₃共用)时,残留的钇铝石榴石(YAG)相可提升承烧板的复用率。
- 稀土发光材料烧成:Y₂O₃匣钵能耐受稀土磷酸盐或铝酸盐的高温腐蚀(如YAG:Ce³⁺荧光粉的1500℃合成)。
氧化钇价格较平稳,截止2025年11月,氧化钇高纯产品(99.999%)吨价约¥6.6万元/吨,应用时应考虑其工艺适配性,例如需根据烧成气氛(氧化/还原)调整Y₂O₃含量,如在还原气氛中需避免Y³⁺部分还原导致性能下降。氧化钇Y₂O₃改性匣钵的寿命可比传统材料延长2-3倍,但需定期检测微观裂纹。