由表1测试结果可以看出，随着MgO含量的增加，样品的硬度及抗析强度先提高后降低；随着ZrO₂含量的增加，抗折强度提高，超过1.2%，基本保持不变，但硬度略有下降。综合来看，性能最佳时所对应的配方是图中的4^#点，其组成为MgO 0.6%、TiO₂0.8%、ZrO₂1.2%、Cr₂O₃ 0.4%。

表1   样品性能测试结果

    2、添加剂其对显微结构的影响

    由图2中1^#样的SEM结果可以看出，在未加复合添加剂Zr-Cr-Ti-Mg时，刚玉晶粒异常生长，粒径大而不规则，从其对应的XRD图可看出样品中只有刚玉相；由图3中4^#样的SEM结果看出，加入复合添加剂Zr-Cr-Ti-Mg后，刚玉晶粒小而规则，自行程度很好。由XRD结果显示，样品中除了含有刚玉相外还含有少量的镁铝尖晶石相，且刚玉相的衍射峰有偏移。由图4中1^#样的OM照片可以看出样品中的晶粒大小不等且有较多的气孔；图5所示4^#样的晶粒细小且分布均匀，闭口气孔较少，说明复合添加剂有细化晶粒，致密结构之作用。

    3、添加剂对刚玉瓷烧结性能的影响

    纯氧化铝很难烧结，为了降低烧成温度，需通过添加多种添加剂改善其烧结性能。采用复合添加剂Zr-Cr-Ti-Mg降低刚玉瓷的烧成温度，复合添加剂在烧成过程中有的与Al₂O₃生成二元、三元或更复杂的低共融物（液相），如CaO、SiO₂等。由于在较低的温度下生成CaO-Al₂O₃-SiO₂玻璃相，液相对刚玉相表面的湿润能力及表面张力作用，促进了颗粒重排和传质过程，使固相粒子靠紧并填充气孔，从而促进烧结。同时TiO₂、MgO、Cr₂O₃等又能与Al₂O₃形成置换型或缺位型固溶体，由于电价及原子半径不同而使Al₂O₃晶格得到活化也能促进刚玉瓷的烧结。实验证明，添加复合添加剂比单一添加剂效果更好。如MgO、TiO₂对ZTA有很大的促进烧结作用。同时各添加剂的用量都有一个合适的范围，否则就达不到相互制约的作用。当MgO含量较少时，形成的MgO·Al₂O₃尖晶石量较少，不足以阻止刚玉晶粒的生长，所以其晶料粗大，反之，当MgO的含量过多时，就有大量的MgO·Al₂O₃尖晶石生成而悬浮在液相中，使液相粘度增大，烧结受阻；随着ZrO₂含量的增加，刚玉瓷的抗折强度有所提高，而硬度有所下降；TiO₂含量的增加有利于烧成温度的降低，但对机械强度不利。

    4、添加剂的作用机理

    对陶瓷产品来说影响强度的因素很多，其主要由气孔和晶粒尺寸决定，这一点可以分别从Duckucerth及Carnigia公式看出：

    式中 、 表示气孔率为P和O时的强度。

    由上式可以看出，强度随气孔率增加呈指数规律降低。

    式中： --强度；

     、 --常数；

    G--晶粒尺寸。

    由上式可以看出，强度随晶粒尺寸呈幂函数规律变化，G越大强度越低。在Al₂O₃的烧结过程中，引入复合添加剂有控制晶粒尺寸及降低气孔率之作用，所以可以提高材料的强度。

    复合添加剂Zr-Cr-Ti-Mg中，各个氧化物的作用机理不尽相同，如MgO在烧成过程中形成高镁液相，其粘度较大，而且MgO在形成液相时易使Al₂O₃颗粒表面形成一层MgO·Al₂O₃反应层，而这个反应层象补钉一样包裹在刚玉晶体的晶界上，由于浓度梯度的存在，从而阻止了Al₂O₃向液相扩散、液相向MgO·Al₂O₃/Al₂O₃界面扩散以及MgO·Al₂O₃尖晶石向液相扩散，所以抑制了刚玉晶粒的异常生成；ZrO₂离子加入到Al₂O₃中，由于ZrO₂离子被分散到Al₂O₃晶界上而有效的抑制了刚玉晶粒的长大，其关系为： （其中D为Al₂O₃晶粒尺寸； 、 分别为分散相ZrO₂的体积分数和离子半径）。

信息来源：中国陶瓷信息资源网