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α—氧化铝在新型氧化铝陶瓷中的应用

胡一
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楼主 发表于:2018-07-02 14:48:36
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新型陶瓷材料尽管品种繁多,但按其功能和用途大致可分为三类:功能陶瓷(又称电子陶瓷)、结构陶瓷(又称工程陶瓷)和生物陶瓷。按其使用的原料成分的不同可分为氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷、碳化物陶瓷和金属陶瓷等。其中氧化铝陶瓷为其中非常重要的一种,其原料即为各种规格的α一氧化铝粉体。

α一氧化铝以其强度高、硬度大、耐高温、耐磨损等一系列优异特性,在各种新型陶瓷材料的生产中得到广泛的应用。它不但是做集成电路基片、人造宝石、切削刀具、人造骨骼等高级氧化铝陶瓷的粉体原料,而且可用作荧光粉载体、高级耐火材料、特殊研磨材料等。随着现代科学技术的发展,α一氧化铝的应用领域正在迅速拓宽,市场需求量也在日益增大,其前景非常广阔。


α一氧化铝在功能陶瓷中的应用


功能陶瓷是指利用其电、磁、声、光、热等性质或其藕合效应,以实现某种使用功能的先进陶瓷,其具有绝缘性、介电性、压电性、热电性、半导体、离子传导性以及超导性等多种电气性能,因此有多方面的功能和极广泛的用途。目前已大规模实用化的主要是集成电路基板和封装用绝缘陶瓷、汽车火花塞绝缘陶瓷、在电视机和录像机中广泛使用的电容器介电陶瓷、有多种用途的压电陶瓷和各种传感器用敏感陶瓷,此外还用于高压钠灯发光管等。


1、火花塞绝缘陶瓷


火花塞绝缘陶瓷是目前陶瓷在发动机中唯一最大的一项应用。因氧化铝具有优良的电绝缘、高机械强度、耐高压和耐热冲击等特性,因此,目前世界上广泛使用氧化铝绝缘火花塞。火花塞用α—氧化铝的要求为普通低钠一氧化α铝微粉,其中氧化钠含量≤0.05%,平均粒径325目。


2、集成电路基板和封装材料


陶瓷用作基板材料和封装材料在以下几个方面优于塑料:高绝缘电阻、高抗化学腐蚀、高密封性、能阻止湿气透过、无反应活性、不会污染超纯半导体硅。集成电路基板和封装材料所要求α一氧化铝的性能为:热膨胀系数7.0x10-6/℃,导热率20-30W/K·m(室温),介电常数9一12(IMHz),介质损耗3~10-4(IMHz),体积电阻率>1012-1014Ω·cm(室温)。

随着集成电路高性能化、高集成度化,对基板和封装材料提出了更严格的要求:


随芯片的发热量增大,要求更高的导热率。

随运算元件的高速化,要求低介电常数。

要求热膨胀系数接近硅。这就对α一氧化铝的要求更高,即向高纯、精细的方向发展。


3、高压钠发光灯管


由高纯超细氧化铝为原料制成的精细陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、绝缘性好、强度高等特性,是一种优良的光学陶瓷材料。由高纯氧化铝加人少量氧化镁、氧化斓或氧化铱等添加剂,采用气氛烧结和热压烧结等方法制成的透明多晶体,能耐高温钠蒸气的腐蚀,可用作高压钠发光灯管,其照明效率高。


α一氧化铝在结构陶瓷中的应用


生物陶瓷材料作为无机生物医学材料,与金属材料、高分子材料相比没有毒副作用,与生物体组织有良好的生物相容性、耐腐蚀性等优点,已越来越受到人们的重视,生物陶瓷材料的研究与临床应用,已从短期的替换与填充发展成为永久性牢固种植,从生物惰性材料发展到生物活性的材料及多相复合材料。


近年来,氧化铝多孔陶瓷由于具有耐化学侵蚀、耐磨,具有良好的高温稳定性以及热电特性,被用于制作人工骸关节、人造膝关节、人工股骨头、其他人工骨、人工牙根和骨骼固定螺钉及修补角膜等。氧化铝多孔陶瓷的制备过程中对孔径的控制方法为:将不同粒径的氧化铝颗粒混合,泡沫浸渍和喷雾干燥颗粒。也可对铝板进行阳极氧化制成定向的纳米级微孔的通道型气孔。


同上述方法相比,溶胶一凝胶法可进一步改善氧化铝多孔陶瓷孔径分布的控制、相变、纯度及显微结构。用溶胶一凝胶法制备氧化铝多孔陶瓷的工艺为:采用铝粉在氯化铝溶液中水解,得到铝溶胶,并直接将成孔剂与之混合,进行成型、烧成制得产品。


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