陶瓷材料｜氧化鋁陶瓷的性能和應(yīng)用

在熔點(diǎn)超過2000℃的氧化物中，氧化鋁是最靈活和廉價(jià)的材料。而氧化鋁陶瓷是氧化物陶瓷中應(yīng)用最廣、用途最寬、產(chǎn)量最大的陶瓷材料。

據(jù)研究報(bào)道，Al₂O₃有12種同質(zhì)多晶變體，但應(yīng)用較多的主要有3種，即α-Al₂O₃、β-Al₂O₃和γ-Al₂O₃，這3種晶體的結(jié)構(gòu)不同，故它們的性質(zhì)具有很大的差異。

• α-Al₂O₃是三方晶系，其結(jié)構(gòu)最緊密、化學(xué)活性低、高溫穩(wěn)定性好、電學(xué)性能優(yōu)良并且機(jī)械性能也最佳。   

• β-Al₂O₃是一種 Al₂O₃含量很高的多鋁酸鹽礦物，它的化學(xué)組成中含有一定量的堿土金屬氧化物和堿金屬氧化物，并且還可以呈現(xiàn)離子型導(dǎo)電。   

• γ-Al₂O₃是尖晶石型立方結(jié)構(gòu)。在高溫下不穩(wěn)定、力學(xué)和電學(xué)性能差。但它有較高的比表面積和較強(qiáng)的化學(xué)活性，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)可以作為吸附材料使用。
  
  

機(jī)械方面：

• Al₂O₃瓷燒結(jié)產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度可達(dá)250MPa，熱壓產(chǎn)品可達(dá)500MPa。Al₂O₃陶瓷的莫氏硬度可達(dá)到9，加上具有優(yōu)良的抗磨損性能等，所以廣泛地用于制造刀具、球閥、磨輪、陶瓷釘、軸承等，其中以Al₂O₃陶瓷刀具和工業(yè)用閥應(yīng)用最廣。

• 1、純Al₂O₃陶瓷刀具

• Al₂O₃陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬質(zhì)合金刀具高，可大幅提高對(duì)不同材料的切削效率。隨著科學(xué)工作者的大量研究，添加其它成分構(gòu)成兩相或以固溶體形式存在于基體之中的Al₂O₃基復(fù)合陶瓷和晶須增強(qiáng)陶瓷中。這些技術(shù)彌補(bǔ)了純Al₂O₃陶瓷的不足，從而提高了它的切削性能和耐用度。

  
  

• 2、復(fù)合Al₂O₃陶瓷刀具

• Al₂O₃-碳化物陶瓷刀具，是在Al₂O₃中添加一定的碳化物，以提高它的強(qiáng)度、耐磨性、抗沖擊性以及高溫性能等。由于添加了金屬，提高了Al₂O₃與碳化物的連接強(qiáng)度，改善了使用性能，此類陶瓷刀具適合于加工淬火鋼、合金鋼、錳鋼、冷硬鑄鐵、鎳基和鈷基合金以及非金屬材料等。

  
  

• 3、增韌Al₂O₃陶瓷刀具

• 增韌Al₂O₃陶瓷刀具是指在Al₂O₃基體中添加增韌或增強(qiáng)材料。目前常用的增韌方法有：ZrO₂相變?cè)鲰g、晶須增韌、第二相顆粒彌散增韌等。

電子/電力方面

• 在電子、電力方面，有各種Al₂O₃陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各種Al₂O₃陶瓷電絕緣瓷件、電子材料、磁性材料等，其中以Al₂O₃透明陶瓷和基片應(yīng)用最廣。

• 1、Al₂O₃透明陶瓷

• 當(dāng)前透明陶瓷是材料領(lǐng)域研究和應(yīng)用的重要前沿方向。透明陶瓷作為一種新興材料，除了本身具有寬范圍的透光性外，還具有高熱導(dǎo)率、低電導(dǎo)率、高硬度、高強(qiáng)度、低介電常數(shù)和介電損耗、耐磨性和耐腐蝕性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。

  
  

• 2、Al₂O₃陶瓷基片

• Al2O3陶瓷基片具有機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性好、避光性高等優(yōu)良性能，廣泛用于多層布線陶瓷基片、電子封裝及高密度封裝基片。

化工方面

• 在化工應(yīng)用方面，Al₂O₃陶瓷也有較廣泛的用途，如Al₂O₃陶瓷化工填料球、無機(jī)微濾膜、耐腐蝕涂層等，其中以Al₂O₃陶瓷膜和涂層的研究和應(yīng)用最多。

醫(yī)學(xué)方面

• 在醫(yī)學(xué)方面，Al₂O₃更多的是用于制造人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工牙齒等。

• 優(yōu)點(diǎn)：Al₂O₃陶瓷具有優(yōu)良的生物相容性、生物惰性、理化穩(wěn)定性及高硬度、高耐磨性，是制備人造骨和人造關(guān)節(jié)的理想材料。

• 缺點(diǎn)：脆性大、斷裂韌性低、機(jī)加工技術(shù)難度高、工藝復(fù)雜等。
  
  

建筑/衛(wèi)生/陶瓷方面

• 在建筑衛(wèi)生陶瓷方面，產(chǎn)品隨處可見，如Al₂O₃陶瓷襯磚、研磨介質(zhì)、輥棒、陶瓷保護(hù)管以及Al₂O₃質(zhì)耐火材料等。其中以Al₂O₃球磨介質(zhì)應(yīng)用最廣。

其他方面
Al₂O₃陶瓷是目前新材料中研究最多、應(yīng)用最廣的材料之一，除了以上的幾種應(yīng)用外，它還廣泛應(yīng)用于其它一些高科技領(lǐng)域，如航空航天、高溫工業(yè)爐、復(fù)合增強(qiáng)等領(lǐng)域。