氧化铝为什么叫陶瓷?
氧化铝被称为陶瓷,主要是因为它具有陶瓷材料的基本特性和结构特征。虽然氧化铝是一种特定的化合物(Al₂O₃),但当它经过陶瓷制备工艺(如成型、烧结)后,就形成了具有陶瓷特性的材料。
氧化铝陶瓷具有高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀等传统陶瓷的基本特性,同时也具备优良的电绝缘性能。这些特性使得氧化铝材料符合陶瓷的广义定义。
与现代高技术陶瓷一样,氧化铝陶瓷采用高精度的原料,因此也被称为精密陶瓷、特种陶瓷或高技术陶瓷。它能够精确控制组成和具有异性能,这与传统陶瓷有很大区别。
氧化铝陶瓷的主要性能特点
与玻璃材料的区别
氧化铝陶瓷与玻璃同为无机非金属材料,但两者有显著差异:陶瓷属于多晶材料,包含晶相和少量玻璃相,而普通玻璃是典型的非晶材料;陶瓷多呈各向异性,力学性能优良(硬度高、耐磨、抗折强度高),而玻璃各向同性、抗拉及抗折性能较弱,易发生脆性断裂;在化学稳定性上,氧化铝陶瓷比一般玻璃更耐酸碱腐蚀;透明度方面,一般陶瓷不透明,只有高纯致密氧化铝可制半透明,而玻璃天然透明但机械性能较差。
氧化铝与氧化锆陶瓷的区别
氧化铝和氧化锆(ZrO₂)是两种常见的工程陶瓷,它们在成分、性能和成本上各有特点:
- 成分与外观:氧化铝主要成分为Al₂O₃,纯品为白色或淡黄色;氧化锆为ZrO₂,通常为乳白色,高纯时接近白色,两者均可添加着色剂(如铬)制成彩色陶瓷。
- 密度:氧化锆的密度远大于氧化铝(约6.0 g/cm³ vs 3.9 g/cm³),约为后者的1.3–1.5倍,因此同样体积的氧化锆制品更重。
- 机械性能:氧化铝较硬(莫氏硬度≈9)且耐磨,但韧性一般;氧化锆韧性优异,可通过相变增韧使材料获得高断裂韧性。通常氧化锆的抗压强度和抗弯强度比氧化铝高,适用于承受冲击的场合;而氧化铝在抗折强度上略逊于氧化锆。行业对比认为:“氧化铝通常具有更高的硬度和耐磨性,而氧化锆则具有更高的抗弯强度和韧性”。
- 耐高温:氧化锆熔点约2715℃,明显高于氧化铝(2050℃)。这使得氧化锆在极高温环境下更稳定,但实际应用中氧化铝已经足以覆盖绝大多数高温需求。
- 热导和电绝缘:氧化铝的热导率高于氧化锆,并且是优秀的电绝缘体;氧化锆热导率较低,但具有出色的热冲击和化学稳定性。
- 成本:氧化铝原料来源丰富,制备工艺成熟,价格相对较低;氧化锆制备成本高(须稳定化处理,如掺加稀土),价格更昂贵。总体而言,两者各擅胜场,选择时需权衡材料性能与成本。
氧化铝陶瓷的加工工艺
氧化铝陶瓷的加工是一项精密技术,由于陶瓷材料的硬度高,对于形状复杂的非对称制品的切割加工很困难。
原料制备:氧化铝粉料的纯度、颗粒大小及分布与活性是影响氧化铝陶瓷工艺和制品性能的重要因素。常用的氧化铝粉料可分为工业用的普通氧化铝粉料和高纯、超细活性粉料。
烧结过程:纯氧化铝粉在烧结过程中,伴随有晶粒的长大,且一些晶粒异常长大(称之为二次重结晶),会造成制品开裂或气孔被包入晶粒内形成缺陷而达不到充分致密。
添加MgO等添加剂后,可抑制二次重结晶,使氧化铝陶瓷接近理论密度并成为半透明陶瓷。
气氛和压力控制:即使添加了MgO及稀土氧化物的Al₂O₃陶瓷,在空气中烧结也只能接近理论密度;只有在真空或氢气中烧结才具有较好的透光性。
氧化铝陶瓷的应用领域
99氧化铝陶瓷与95氧化铝陶瓷
99氧化铝陶瓷和95氧化铝陶瓷是两种常见的高纯度氧化铝陶瓷材料,它们在性能和应用上有所不同。
- 99氧化铝陶瓷:指Al₂O₃含量在99%左右的氧化铝陶瓷。这种材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等。
- 95氧化铝陶瓷:指Al₂O₃含量在95%左右的氧化铝陶瓷。主要用作耐腐蚀、耐磨部件。85瓷中由于常掺入部分滑石,提高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有的用作电真空装置器件。
高纯型氧化铝陶瓷指Al₂O₃含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1700℃,透射波长为1~6μm,一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚。
新型电子陶瓷材料的发展
随着技术进步,新型电子陶瓷材料正在不断发展。氧化铝陶瓷作为应用最广泛的电子陶瓷之一,也在不断改进和创新。
氧化铝陶瓷不仅是传统的耐火材料,工程陶瓷,而且是应用最为广泛的电子陶瓷,也是一种生物陶瓷。它的本征脆性正通过与ZrO₂、CeO₂、TiC、SiC等复合而得到改善,一种韧性好、抗机械冲击,而高温强度又好的复相陶瓷正在出现。
近年来,随着对透明氧化铝陶瓷和蓝宝石晶体的需求不断增长,高纯超细甚至纳米氧化铝粉体的制备技术得到了迅速发展。
透明氧化铝陶瓷采用纯度达4N(99.99%)、粒径小于100nm的高纯超细粉体制备,而蓝宝石晶体生长则需粉体纯度达到5N(99.999%)。
如何选择氧化铝陶瓷生产厂家
选购氧化铝陶瓷时应考察厂家的生产工艺能力、原料纯度控制、质量管理水平及其在特定应用领域的经验。高性能氧化铝陶瓷要求精细的粉体配制和高温烧结工艺,厂家的制备设备、技术水平和研发创新能力直接影响产品性能。
在致好陶瓷,我们专注于高性能氧化铝陶瓷片的研发与生产,能够为客户提供从95氧化铝陶瓷到99.8氧化铝陶瓷的全系列产品解决方案。
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