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氧化鋁陶瓷的性能及應用領域

發布時間:2021-04-25 10:50:20

中國陶瓷CMF設計研究應用平臺

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在熔點超過2000℃的氧化物中,氧化鋁是最靈活和廉價的材料。而氧化鋁陶瓷是氧化物陶瓷中應用最廣、用途最寬、產量最大的陶瓷材料。




一、氧化鋁陶瓷簡介


據研究報道,Al2O3有12種同質多晶變體,但應用較多的主要有3種,即α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3,這3種晶體的結構不同,故它們的性質具有很大的差異。

α-Al2O3是三方晶系,其結構最緊密、化學活性低、高溫穩定性好、電學性能優良并且機械性能也最佳。  

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,并且還可以呈現離子型導電。  

γ-Al2O3是尖晶石型立方結構。在高溫下不穩定、力學和電學性能差。但它有較高的比表面積和較強的化學活性,經過技術改進可以作為吸附材料使用。


二、氧化鋁陶瓷的特點


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三、氧化鋁陶瓷的應用


(一)機械方面


Al2O3瓷燒結產品的抗彎強度可達250MPa,熱壓產品可達500MPa。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可達到9,加上具有優良的抗磨損性能等,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陶瓷刀具和工業用閥應用最廣。


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合金刀具高,可大幅提高對不同材料的切削效率。隨著科學工作者的大量研究,添加其它成分構成兩相或以固溶體形式存在于基體之中的Al2O3基復合陶瓷和晶須增強陶瓷中。這些技術彌補了純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材料。目前常用的增韌方法有:ZrO2相變增韌、晶須增韌、第二相顆粒彌散增韌等。


(二)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透明陶瓷和基片應用最廣。


1、Al2O3透明陶瓷

當前透明陶瓷是材料領域研究和應用的重要前沿方向。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,還具有高熱導率、低電導率、高硬度、高強度、低介電常數和介電損耗、耐磨性和耐腐蝕性好等一系列優點。


2、Al2O3陶瓷基片

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


(三)化工方面


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


Al2O3陶瓷膜

膜分為有機高分子膜和無機膜等,陶瓷膜與有機高分子膜相比有以下特點:

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(四)醫學方面


在醫學方面,Al2O3更多的是用于制造人工骨、人工關節、人工牙齒等。


優點:Al2O3陶瓷具有優良的生物相容性、生物惰性、理化穩定性及高硬度、高耐磨性,是制備人造骨和人造關節的理想材料。


缺點:脆性大、斷裂韌性低、機加工技術難度高、工藝復雜等。


(五)建筑/衛生/陶瓷方面


在建筑衛生陶瓷方面,產品隨處可見,如Al2O3陶瓷襯磚、研磨介質、輥棒、陶瓷保護管以及Al2O3質耐火材料等。其中以Al2O3球磨介質應用最廣。


(六)其它方面


Al2O3陶瓷是目前新材料中研究最多、應用最廣的材料之一,除了以上的幾種應用外,它還廣泛應用于其它一些高科技領域,如航空航天、高溫工業爐、復合增強等領域。





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