Gốm sứ nhôm oxit thường chỉ các vật liệu gốm sứ có hàm lượng α-Al₂O₃ từ 70% trở lên. Gốm sứ nhôm oxit có hàm lượng α-Al₂O₃ cao đôi khi được đặt tên theo tên khoáng vật của pha tinh thể chính, được gọi là corundum.

So với gốm sứ thông thường, gốm sứ nhôm oxit có sự khác biệt lớn về thành phần và quy trình sản xuất. Gốm sứ thông thường thường được sản xuất qua ba công đoạn: trộn nguyên liệu, tạo hình phôi và nung trong lò, trong khi gốm sứ nhôm oxit chủ yếu được sản xuất bằng công nghệ nung kết bột.

Gốm sứ nhôm oxit có cấu trúc ổn định, là loại gốm sứ oxit được ứng dụng rộng rãi nhất và có sản lượng lớn nhất. Nói chung, hàm lượng nhôm oxit trong gốm sứ nhôm oxit càng cao thì tính chất của nó càng tốt.

Aluminium oxide được gọi là gốm sứ chủ yếu vì nó có các đặc tính cơ bản và cấu trúc đặc trưng của vật liệu gốm sứ. Mặc dù aluminium oxide là một hợp chất cụ thể (Al₂O₃), nhưng khi nó trải qua quá trình chế tạo gốm sứ (như tạo hình, nung kết), nó sẽ hình thành vật liệu có đặc tính gốm sứ.

Gốm sứ nhôm oxit có các đặc tính cơ bản của gốm sứ truyền thống như độ cứng cao, khả năng chống mài mòn cao, chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn, đồng thời cũng có tính cách điện điện tốt. Những đặc tính này khiến vật liệu nhôm oxit phù hợp với định nghĩa rộng của gốm sứ.

Giống như gốm sứ công nghệ cao hiện đại, gốm sứ oxit nhôm sử dụng nguyên liệu có độ chính xác cao, do đó còn được gọi là gốm sứ chính xác, gốm sứ đặc biệt hoặc gốm sứ công nghệ cao. Nó có thể kiểm soát chính xác thành phần và có tính chất đặc biệt, điều này khác biệt đáng kể so với gốm sứ truyền thống.

Gốm sứ nhôm oxit và thủy tinh đều là vật liệu vô cơ phi kim loại, nhưng có sự khác biệt đáng kể: gốm sứ thuộc loại vật liệu đa tinh thể, bao gồm pha tinh thể và một lượng nhỏ pha thủy tinh, trong khi thủy tinh thông thường là vật liệu vô định hình điển hình; gốm sứ thường có tính dị hướng, có tính chất cơ học tốt (độ cứng cao, chống mài mòn, độ bền uốn cao), trong khi thủy tinh có tính đồng nhất, độ bền kéo và độ bền uốn yếu, dễ bị gãy giòn; Về tính ổn định hóa học, gốm sứ nhôm oxit có khả năng chống ăn mòn axit và kiềm tốt hơn thủy tinh thông thường; về độ trong suốt, gốm sứ thông thường không trong suốt, chỉ có nhôm oxit có độ tinh khiết cao và mật độ cao mới có thể tạo ra độ trong suốt, trong khi thủy tinh có độ trong suốt tự nhiên nhưng tính chất cơ học kém.

Alumina và zirconia (ZrO₂) là hai loại gốm kỹ thuật phổ biến, chúng có những đặc điểm riêng về thành phần, tính chất và chi phí:

• Thành phần và hình thức: Thành phần chính của oxit nhôm là Al₂O₃, dạng tinh khiết có màu trắng hoặc vàng nhạt; oxit zirconium là ZrO₂, thường có màu trắng sữa, khi có độ tinh khiết cao thì gần như màu trắng. Cả hai đều có thể được thêm chất tạo màu (như crôm) để tạo ra gốm sứ màu.
• Độ đặc: Độ đặc của oxit zirconium cao hơn nhiều so với oxit nhôm (khoảng 6,0 g/cm³ so với 3,9 g/cm³), gấp khoảng 1,3–1,5 lần so với oxit nhôm, do đó các sản phẩm oxit zirconium có cùng thể tích sẽ nặng hơn.
• Tính chất cơ học: Nhôm oxit có độ cứng cao (độ cứng Mohs ≈ 9) và khả năng chống mài mòn tốt, nhưng độ dẻo dai trung bình; zirconium oxit có độ dẻo dai xuất sắc, có thể tăng cường độ bền gãy của vật liệu thông qua quá trình chuyển pha. Thông thường, độ bền nén và độ bền uốn của oxit zirconium cao hơn oxit nhôm, thích hợp cho các ứng dụng chịu va đập; trong khi đó, oxit nhôm có độ bền uốn thấp hơn oxit zirconium. So sánh trong ngành cho thấy: “Oxit nhôm thường có độ cứng và độ bền mài mòn cao hơn, trong khi oxit zirconium có độ bền uốn và độ dẻo dai cao hơn”.
• Chịu nhiệt độ cao: Điểm nóng chảy của oxit zirconium khoảng 2715℃, cao hơn đáng kể so với oxit nhôm (2050℃). Điều này khiến oxit zirconium ổn định hơn trong môi trường nhiệt độ cực cao, nhưng trong ứng dụng thực tế, oxit nhôm đã đủ để đáp ứng hầu hết các nhu cầu về nhiệt độ cao.
• Tính dẫn nhiệt và cách điện: Tính dẫn nhiệt của oxit nhôm cao hơn oxit zirconium và là chất cách điện tuyệt vời; oxit zirconium có tính dẫn nhiệt thấp hơn, nhưng có tính ổn định nhiệt và hóa học xuất sắc.
• Chi phí: Nguyên liệu nhôm oxit có nguồn cung dồi dào, quy trình sản xuất đã được hoàn thiện và giá thành tương đối thấp; trong khi đó, chi phí sản xuất zirconium oxit cao (cần xử lý ổn định, ví dụ như thêm các nguyên tố đất hiếm) và giá thành đắt hơn. Nhìn chung, cả hai loại vật liệu đều có ưu điểm riêng, do đó khi lựa chọn cần cân nhắc giữa tính năng vật liệu và chi phí.

Gia công gốm sứ oxit nhôm là một công nghệ chính xác. Do độ cứng cao của vật liệu gốm sứ, việc cắt gia công các sản phẩm không đối xứng có hình dạng phức tạp là rất khó khăn.

Chuẩn bị nguyên liệu: Độ tinh khiết, kích thước hạt và phân bố của bột nhôm oxit là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quy trình sản xuất gốm nhôm oxit và tính chất của sản phẩm. Bột nhôm oxit thông dụng có thể được chia thành hai loại: bột nhôm oxit thông thường dùng trong công nghiệp và bột nhôm oxit có độ tinh khiết cao, siêu mịn và hoạt tính cao.

Quá trình nung kết: Trong quá trình nung kết, bột nhôm oxit tinh khiết sẽ phát triển các hạt tinh thể, và một số hạt tinh thể phát triển bất thường (được gọi là tái kết tinh thứ cấp), dẫn đến sản phẩm bị nứt hoặc lỗ khí bị bao bọc trong các hạt tinh thể, tạo ra khuyết tật và không đạt được độ đậm đặc đầy đủ.

Sau khi thêm các chất phụ gia như MgO, có thể ức chế quá trình tái kết tinh thứ cấp, giúp gốm nhôm oxit đạt gần mật độ lý thuyết và trở thành gốm bán trong suốt.

Kiểm soát môi trường và áp suất: Ngay cả khi thêm MgO và oxit hiếm vào gốm Al₂O₃, quá trình nung trong không khí chỉ có thể đạt được mật độ gần với mật độ lý thuyết; chỉ khi nung trong chân không hoặc khí hydro mới có được độ truyền sáng tốt.

Gốm sứ nhôm oxit 99% và gốm sứ nhôm oxit 95% là hai loại vật liệu gốm sứ nhôm oxit có độ tinh khiết cao phổ biến, chúng có sự khác biệt về tính chất và ứng dụng.

• Gốm sứ nhôm oxit 99%: Là loại gốm sứ nhôm oxit có hàm lượng Al₂O₃ khoảng 99,1%. Loại vật liệu này được sử dụng để sản xuất nồi nấu nhiệt độ cao, ống lò chịu lửa và các vật liệu chịu mài mòn đặc biệt như vòng bi gốm, phớt gốm và van nước.
• Gốm sứ nhôm oxit 95: Là loại gốm sứ nhôm oxit có hàm lượng Al₂O₃ khoảng 95%. Chủ yếu được sử dụng làm các bộ phận chống ăn mòn và mài mòn. Trong gốm sứ 85, do thường được trộn thêm một phần talc, nên tính chất điện và độ bền cơ học được cải thiện, có thể hàn kín với các kim loại như molypden, niobi, tantali, v.v., một số được sử dụng làm thiết bị điện chân không.

Gốm sứ nhôm oxit có độ tinh khiết cao là loại vật liệu gốm sứ có hàm lượng Al₂O₃ trên 99,91% (TP3T). Do nhiệt độ nung cao lên đến 1700°C và bước sóng truyền qua từ 1 đến 6 μm, loại gốm sứ này thường được chế tạo thành thủy tinh nóng chảy để thay thế cho chén nung bạch kim.

Với sự tiến bộ của công nghệ, các vật liệu gốm điện tử mới đang không ngừng phát triển. Gốm nhôm oxit, một trong những loại gốm điện tử được ứng dụng rộng rãi nhất, cũng đang liên tục được cải tiến và đổi mới.

Gốm sứ nhôm oxit không chỉ là vật liệu chịu lửa truyền thống, gốm sứ kỹ thuật, mà còn là gốm sứ điện tử được ứng dụng rộng rãi nhất, đồng thời cũng là một loại gốm sứ sinh học. Tính giòn vốn có của nó đang được cải thiện thông qua việc kết hợp với ZrO₂, CeO₂, TiC, SiC, v.v., và một loại gốm sứ đa pha có độ bền cao, chống va đập cơ học tốt và độ bền nhiệt độ cao đang xuất hiện.

Trong những năm gần đây, cùng với sự gia tăng nhu cầu về gốm sứ oxit nhôm trong suốt và tinh thể sapphire, công nghệ sản xuất bột oxit nhôm siêu mịn, thậm chí nano, có độ tinh khiết cao đã phát triển nhanh chóng.

Gốm sứ oxit nhôm trong suốt được chế tạo từ bột siêu mịn có độ tinh khiết đạt 4N (99,991% TP3T) và kích thước hạt nhỏ hơn 100nm, trong khi quá trình phát triển tinh thể sapphire yêu cầu độ tinh khiết của bột đạt 5N (99,9991% TP3T).

Khi lựa chọn gốm sứ nhôm oxit, cần xem xét khả năng sản xuất của nhà sản xuất, kiểm soát độ tinh khiết của nguyên liệu, mức độ quản lý chất lượng và kinh nghiệm trong lĩnh vực ứng dụng cụ thể. Gốm sứ nhôm oxit hiệu suất cao đòi hỏi quá trình pha chế bột mịn và quá trình nung ở nhiệt độ cao. Thiết bị sản xuất, trình độ kỹ thuật và khả năng nghiên cứu phát triển của nhà sản xuất ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng của sản phẩm.

Tại Zhihao Ceramics, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu và phát triển cũng như sản xuất các tấm gốm nhôm oxit hiệu suất cao, có thể cung cấp cho khách hàng các giải pháp sản phẩm toàn diện từ gốm nhôm oxit 95% đến gốm nhôm oxit 99,8%.