陶瓷材料｜氧化鋁陶瓷的性能和應用

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。

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。
  
  

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。

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。

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。

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。
  
  

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。

其他方面
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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