เซรามิกอะลูมินาโดยทั่วไปหมายถึงวัสดุเซรามิกที่มีปริมาณ α-Al₂O₃ ไม่น้อยกว่าร้อยละ 70 เซรามิกอะลูมินาที่มีปริมาณ α-Al₂O₃ สูงอาจถูกตั้งชื่อตามแร่ที่เป็นเฟสผลึกหลักของมัน ซึ่งเรียกว่าโคโรนดัม

เมื่อเปรียบเทียบกับเซรามิกทั่วไป เซรามิกอะลูมินามีความแตกต่างอย่างมากในด้านองค์ประกอบและกระบวนการผลิต ในขณะที่เซรามิกทั่วไปมักผลิตผ่านสามขั้นตอน—การผสมวัตถุดิบ การขึ้นรูปเป็นชิ้นงานดิบ และการเผาในเตาเผา—เซรามิกอะลูมินาส่วนใหญ่ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปผง

เซรามิกอะลูมินามีความเสถียรทางโครงสร้าง และถือเป็นวัสดุเซรามิกที่มีการใช้งานแพร่หลายที่สุดและมีปริมาณการผลิตมากที่สุดในกลุ่มเซรามิกออกไซด์ โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งมีปริมาณอะลูมินาสูงในเซรามิกเหล่านี้ ประสิทธิภาพของเซรามิกก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย

ออกไซด์ของอะลูมิเนียมถูกเรียกว่าเซรามิกเป็นส่วนใหญ่เนื่องจากมีสมบัติพื้นฐานและลักษณะโครงสร้างของวัสดุเซรามิก แม้ว่าออกไซด์ของอะลูมิเนียมจะเป็นสารประกอบเฉพาะ (Al₂O₃) แต่เมื่อผ่านกระบวนการเตรียมเซรามิก เช่น การขึ้นรูปและการเผาผนึก จะก่อให้เกิดวัสดุที่มีสมบัติของเซรามิก

เซรามิกอะลูมินามีคุณสมบัติพื้นฐานเช่นเดียวกับเซรามิกแบบดั้งเดิม ได้แก่ ความแข็งสูง ความต้านทานการสึกหรอสูง ความทนต่ออุณหภูมิสูง และความต้านทานการกัดกร่อน นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมอีกด้วย คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้วัสดุอะลูมินาตรงตามนิยามกว้างของเซรามิก

เช่นเดียวกับเซรามิกไฮเทคสมัยใหม่ เซรามิกอะลูมินาใช้วัตถุดิบที่มีความแม่นยำสูง จึงมักถูกเรียกว่าเซรามิกความแม่นยำสูง เซรามิกพิเศษ หรือเซรามิกไฮเทค เซรามิกเหล่านี้ช่วยให้สามารถควบคุมองค์ประกอบได้อย่างแม่นยำและมีคุณสมบัติพิเศษที่โดดเด่น ซึ่งแตกต่างจากเซรามิกแบบดั้งเดิมอย่างมีนัยสำคัญ

เซรามิกอะลูมินาและแก้วเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่ไม่มีธาตุโลหะเหมือนกัน แต่มีความแตกต่างที่สำคัญ: เซรามิกเป็นวัสดุหลายผลึกที่ประกอบด้วยเฟสผลึกและเฟสแก้วเล็กน้อย ในขณะที่แก้วทั่วไปเป็นวัสดุที่ไม่มีรูปร่างแน่นอน; เซรามิกส่วนใหญ่มีลักษณะไม่เป็นทิศทางเดียวและมีคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยม (ความแข็งสูง, ความต้านทานการสึกหรอ, และความแข็งแรงในการดัด) ในขณะที่แก้วมีลักษณะเป็นทิศทางเดียวและมีคุณสมบัติในการรับแรงดึงและแรงดัดที่ค่อนข้างอ่อนแอ, มีแนวโน้มที่จะแตกหักอย่างเปราะ; เกี่ยวกับความเสถียรทางเคมี เซรามิกอะลูมินามีความต้านทานต่อการกัดกร่อนของกรดและด่างได้ดีกว่าแก้วทั่วไป ในแง่ของความโปร่งใส เซรามิกมาตรฐานโดยทั่วไปจะทึบแสง มีเพียงอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีความหนาแน่นสูงเท่านั้นที่สามารถผลิตเป็นแบบโปร่งแสงได้ ในทางตรงกันข้าม แก้วมีความโปร่งใสโดยธรรมชาติแต่มีคุณสมบัติทางกลที่ด้อยกว่า

อะลูมินาและเซอร์โคเนีย (ZrO₂) เป็นเซรามิกวิศวกรรมสองชนิดที่พบได้ทั่วไป แต่ละชนิดมีลักษณะเฉพาะตัวในด้านองค์ประกอบ คุณสมบัติ และต้นทุน:

• องค์ประกอบและลักษณะภายนอก: อะลูมิเนียมออกไซด์ประกอบด้วย Al₂O₃ เป็นหลัก โดยตัวอย่างบริสุทธิ์จะมีสีขาวหรือเหลืองอ่อน; ซิริงโคเมียมออกไซด์ประกอบด้วย ZrO₂ ซึ่งมีสีขาวขุ่นโดยทั่วไป และจะใกล้เคียงกับสีขาวเมื่อมีความบริสุทธิ์สูง. ทั้งสองอาจถูกทำให้มีสีโดยการเติมสี (เช่น โครเมียม) เพื่อผลิตเซรามิกสีต่างๆ.
• ความหนาแน่น: ความหนาแน่นของเซอร์โคเนียมออกไซด์มีค่ามากกว่าอะลูมิเนียมออกไซด์อย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 6.0 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร เทียบกับ 3.9 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร) โดยประมาณ 1.3–1.5 เท่าของอะลูมิเนียมออกไซด์ ดังนั้น ผลิตภัณฑ์เซอร์โคเนียที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีน้ำหนักมากกว่า
• คุณสมบัติทางกล: อะลูมิเนียมออกไซด์มีความแข็งค่อนข้างสูง (ความแข็งตามโมส์ ≈ 9) และทนต่อการสึกหรอ แต่มีความเหนียวอยู่ในระดับปานกลาง; ซิริงโคเมียมออกไซด์มีความเหนียวที่ยอดเยี่ยม โดยมีการเปลี่ยนแปลงเฟสทำให้เกิดการเหนียวตัวเพิ่มขึ้น ทำให้วัสดุสามารถทนต่อการแตกหักได้ดีมาก โดยทั่วไป ซิรโคเนียแสดงค่าความแข็งแรงในการรับแรงอัดและแรงดัดที่ดีกว่าอะลูมินา ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความทนทานต่อแรงกระแทก ในทางกลับกัน อะลูมินาจะมีความแข็งแรงในการรับแรงดัดสูงกว่าซิรโคเนียเล็กน้อย การเปรียบเทียบในอุตสาหกรรมระบุว่า: “อะลูมินามักมีความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอมากกว่า ในขณะที่ซิรโคเนียมีความแข็งแรงในการรับแรงดัดและความเหนียวที่ดีกว่า”
• ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง: ซิรโคเนียมีจุดหลอมเหลวประมาณ 2715°C ซึ่งสูงกว่าอะลูมินา (2050°C) อย่างมีนัยสำคัญ ทำให้ซิรโคเนียมีความเสถียรมากกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงมาก อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง อะลูมินาเพียงพอต่อความต้องการด้านอุณหภูมิสูงส่วนใหญ่แล้ว
• การนำความร้อนและการเป็นฉนวนไฟฟ้า: อะลูมิเนียมออกไซด์มีการนำความร้อนสูงกว่าเซอร์โคเนียและเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม; เซอร์โคเนียมีการนำความร้อนต่ำกว่าแต่มีความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันและความเสถียรทางเคมีที่ยอดเยี่ยม
• ต้นทุน: อะลูมิเนียมออกไซด์มีแหล่งวัตถุดิบที่อุดมสมบูรณ์ กระบวนการเตรียมที่สมบูรณ์ และราคาที่ค่อนข้างต่ำ; ขณะที่เซอร์โคเนียมออกไซด์มีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่า (ต้องผ่านการบำบัดเพื่อเสถียรภาพ เช่น การเติมธาตุหายาก) และมีราคาที่สูงกว่า โดยรวมแล้ว วัสดุแต่ละชนิดมีข้อดีที่โดดเด่นแตกต่างกัน จึงจำเป็นต้องพิจารณาเปรียบเทียบระหว่างสมรรถนะของวัสดุกับต้นทุนเมื่อต้องเลือกใช้

การขึ้นรูปเซรามิกอะลูมินาเป็นเทคโนโลยีที่มีความแม่นยำสูง เนื่องจากความแข็งสูงของวัสดุเซรามิก การตัดและขึ้นรูปชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและไม่สมมาตรจึงมีความยากลำบากอย่างมาก

การเตรียมวัตถุดิบ: ความบริสุทธิ์ ขนาดอนุภาค และการกระจายตัวของผงอะลูมินา รวมถึงความสามารถในการทำปฏิกิริยา เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อกระบวนการผลิตและประสิทธิภาพของเซรามิกอะลูมินา ผงอะลูมินาที่ใช้กันทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นผงอะลูมินามาตรฐานเกรดอุตสาหกรรม และผงอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงและละเอียดมากซึ่งมีความไวในการทำปฏิกิริยา

กระบวนการเผาผนึก: ในระหว่างการเผาผนึกผงอะลูมินาบริสุทธิ์ การเจริญเติบโตของเม็ดจะเกิดขึ้นควบคู่ไปกับการก่อตัวของเม็ดขนาดใหญ่ผิดปกติบางเม็ด (เรียกว่าการตกผลึกใหม่ทุติยภูมิ) ซึ่งอาจนำไปสู่การแตกร้าวของผลิตภัณฑ์หรือการกักเก็บรูพรุนภายในเม็ด ส่งผลให้เกิดข้อบกพร่องและไม่สามารถบรรลุความหนาแน่นที่เพียงพอได้

การเติมสารเติมแต่ง เช่น MgO ช่วยยับยั้งการตกผลึกทุติยภูมิ ทำให้เซรามิกอะลูมินาเข้าใกล้ความหนาแน่นตามทฤษฎีและกลายเป็นกึ่งโปร่งแสง

การควบคุมบรรยากาศและความดัน: แม้ว่าจะมีการเติม MgO และออกไซด์ของธาตุหายากลงในเซรามิก Al₂O₃ แล้วก็ตาม การเผาผนึกในอากาศจะให้ค่าความหนาแน่นใกล้เคียงค่าทฤษฎีเท่านั้น การส่งผ่านแสงที่เหนือกว่าจะเกิดขึ้นได้เฉพาะเมื่อเผาผนึกในสุญญากาศหรือในบรรยากาศไฮโดรเจนเท่านั้น

เซรามิกอะลูมินา 99% และเซรามิกอะลูมินา 95% เป็นวัสดุเซรามิกอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงสองประเภทที่พบได้ทั่วไป ซึ่งมีความแตกต่างในด้านคุณสมบัติและการใช้งาน

• เซรามิกอะลูมินา 99%: หมายถึงเซรามิกอะลูมินาที่มีปริมาณ Al₂O₃ ประมาณ 99.1% วัสดุนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตเบ้าหลอมอุณหภูมิสูง ท่อเตาทนไฟ และชิ้นส่วนพิเศษที่ทนต่อการสึกหรอ เช่น ตลับลูกปืนเซรามิก ซีลเซรามิก และแผ่นดิสก์วาล์วน้ำ
• เซรามิกอะลูมินา 95: หมายถึงเซรามิกอะลูมินาที่มีปริมาณ Al₂O₃ ประมาณ 95% ใช้เป็นหลักเป็นชิ้นส่วนที่ทนต่อการกัดกร่อนและทนต่อการสึกหรอ เซรามิก 85 ซึ่งมักผสมกับทัลก์ มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความแข็งแรงทางกลที่ดีขึ้น สามารถปิดผนึกอย่างแน่นหนาด้วยโลหะเช่น โมลิบดีนัม ไนโอเบียม และแทนทาลัม โดยบางชนิดใช้ในอุปกรณ์สุญญากาศไฟฟ้า

เซรามิกอะลูมินาความบริสุทธิ์สูง หมายถึงวัสดุเซรามิกที่มีปริมาณ Al₂O₃ เกินกว่า 99.91% โดยน้ำหนัก เนื่องจากอุณหภูมิการเผาผนึกสูงถึง 1700°C และความยาวคลื่นการส่งผ่านในช่วง 1–6 ไมโครเมตร จึงมักถูกผลิตเป็นแก้วหลอมเพื่อใช้แทนเบ้าหลอมแพลทินัม

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี วัสดุเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่ ๆ กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เซรามิกออกไซด์อะลูมิเนียม ซึ่งเป็นหนึ่งในเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ก็กำลังได้รับการปรับปรุงและนวัตกรรมใหม่อย่างต่อเนื่องเช่นกัน

เซรามิกออกไซด์อะลูมิเนียมไม่เพียงแต่เป็นวัสดุทนไฟและเซรามิกทางวิศวกรรมแบบดั้งเดิมเท่านั้น แต่ยังเป็นเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดและเป็นรูปแบบหนึ่งของไบโอเซรามิกอีกด้วย ความเปราะบางโดยธรรมชาติของมันกำลังได้รับการปรับปรุงผ่านสูตรผสมเชิงซ้อนกับ ZrO₂, CeO₂, TiC, SiC และวัสดุอื่นๆ กำลังเกิดเซรามิกหลายเฟสใหม่ขึ้น ซึ่งแสดงถึงความเหนียวที่ยอดเยี่ยม ความต้านทานต่อแรงกระแทกทางกล และความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับเซรามิกอะลูมินาและผลึกแซฟไฟร์ที่มีความโปร่งใสสูง เทคโนโลยีการผลิตผงอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูง ขนาดละเอียดมาก และแม้กระทั่งขนาดนาโน ได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว

เซรามิกอะลูมินาโปร่งใสถูกผลิตขึ้นโดยใช้ผงที่มีความบริสุทธิ์สูงมากในระดับ 4N (99.991%) และมีขนาดอนุภาคต่ำกว่า 100 นาโนเมตร ในขณะที่การเติบโตของผลึกแซฟไฟร์ต้องการความบริสุทธิ์ของผงถึงระดับ 5N (99.999%)

เมื่อเลือกเซรามิกอะลูมินา ควรประเมินความสามารถในการผลิตของผู้ผลิต การควบคุมความบริสุทธิ์ของวัตถุดิบ มาตรฐานการจัดการคุณภาพ และประสบการณ์ในโดเมนการใช้งานเฉพาะ เซรามิกอะลูมินาประสิทธิภาพสูงต้องการการเตรียมผงอย่างพิถีพิถันและกระบวนการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง อุปกรณ์การเตรียมของผู้ผลิต ความเชี่ยวชาญทางเทคนิค และความสามารถในการวิจัยและพัฒนาของนวัตกรรมมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์

ที่ Zhihao Ceramics เราเชี่ยวชาญในการวิจัย พัฒนา และผลิตแผ่นเซรามิกอะลูมินาประสิทธิภาพสูง โดยนำเสนอโซลูชันผลิตภัณฑ์ที่ครอบคลุมตั้งแต่เซรามิกอะลูมินา 95% ไปจนถึงเซรามิกอะลูมินา 99.8% ให้กับลูกค้าของเรา