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        氧化鋁陶瓷的應用

        作者: 華夏九九 時間:2018-11-29 來源:未知
        摘要: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。 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 -Al2O3、-Al2O3和-Al2O3,這3種晶體的結構不同...

        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。

        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。 

        基于Al2O3陶瓷的一系列優良性能,其廣泛應用于機械、電子電力、化工 、醫學、建筑以及其它的高科技領域,本文對Al2O3陶瓷在以上6個方面的應用進行了闡述。

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        Al2O3陶瓷的應用

        2.1  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。

        2.1.1  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。

        2.1.2  純Al2O3陶瓷刀具

        純Al2O3陶瓷刀具是指僅含有少量氧化物的高純Al2O3陶瓷。在純Al2O3陶瓷中,可以添加ZrO2作為燒結助劑來提高它的斷裂韌性。純Al2O3陶瓷刀具高溫性能、耐磨損性較好,但抗彎強度較低、抗沖擊能力差,目前它越來越多被各種復合Al2O3陶瓷刀具所替代。

        2.1.3  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。

        2.1.4  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。

        2.2  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。

        2.2.1 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。

        2.2.2 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。

        2.3  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。

        2.3.1 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:

        (1)耐高溫、熱穩定性好 ;

        (2)高強度,在很大壓力梯度操作下,不會被壓縮,機械性能好;

        (3)化學穩定性好,能耐強酸強堿溶液、有機溶劑和氯化物腐蝕,并且不被微生物降解;

        (4)可反復使用,易清潔,制備時孔徑大小和孔徑尺寸分布容易控制。

        2.4  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。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。但它具有和其他陶瓷材料一樣的缺點如脆性大、斷裂韌性低、機加工技術難度高、工藝復雜等,因此需要進一步研究應用。

        2.5  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。

        2.6  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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        小結

        Al2O3陶瓷材料是應用得較多的陶瓷材料之一。國外對Al2O3材料的研究起步較早,尤其是在科技含量高的領域如機械加工、醫學、航空航天等。而國內對Al2O3材料研究相對較晚,技術相對落后,且制造業中生產工藝較落后、裝備不精,所以產品質量跟西方發達國家相比還是存在一定的差距。因此,提高我國Al2O3材料的研究水平及大力推廣Al2O3材料的應用已迫在眉睫。

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