氧化铝陶瓷通常指α-Al₂O₃含量为70%以上的陶瓷材料。含α-Al₂O3量高的氧化铝陶瓷有时以其主晶相的矿物名称命名,称为刚玉。

与普通陶瓷相比,氧化铝陶瓷在成分和制造工艺上有很大差别。普通陶瓷多采用原料配制、坯料成形和窑炉烧成三道工序完成,而氧化铝陶瓷大多数是采用粉末烧结技术法制造的。

氧化铝陶瓷的结构稳定,是氧化物陶瓷中应用最广、产量最大的陶瓷材料。一般来说,氧化铝陶瓷中氧化铝含量越高,其性能越好。

什么是氧化铝陶瓷?-先进陶瓷材料-致好陶瓷

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

氧化铝陶瓷的硬度极高,洛氏硬度达HRA80~90(莫氏硬度约9),仅次于金刚石;抗弯强度可达250MPa以上(热压制件可达500MPa)。正因硬度高,其耐磨性能远胜于一般钢材,适用于制作刀具、轴承、陶瓷密封件等耐磨零件。

氧化铝陶瓷电阻率极高,是极好的绝缘体。行业资料指出,其“具有优秀的电绝缘性能”(Excellent electrical insulation properties)。高纯氧化铝在高温下依然保持良好绝缘性,因此常用于电子元器件基板和高压绝缘部件。

刚玉熔点约2050℃,远高于普通陶瓷,具备优异的热稳定性和耐热震性能。在酸、碱、溶剂等腐蚀介质中也非常稳定。工业级氧化铝陶瓷可在800℃以上长期使用而不降解,广泛应用于高温炉管、坩埚等场合。

相比一般陶瓷,氧化铝陶瓷的热导率较高,热冲击强度好。这使得其在剧烈温度变化环境下仍能保持机械完整性。

超高纯度(99.99%)的氧化铝陶瓷可制得半透明结构,具有较宽的透光波段以及低介电损耗等优点。这种半透明陶瓷可用于制造高压钠灯等高温光源的灯管。

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

氧化铝陶瓷是电子陶瓷和绝缘材料的重要组成。如厚膜、多层印刷电路基板的基体、电子封装外壳、微波介质件、高压绝缘子、电子管及火花塞绝缘体等,都大量使用Al₂O₃基陶瓷。高纯氧化铝陶瓷基板因其高介电常数、高热导率和高机械强度,被认为是5G通讯设备和高频电路的核心材料。

氧化铝陶瓷用于制造刀具、阀门、密封件、轴承等耐磨零件。在各类工业阀门、泵阀、磨料、研磨介质(球、衬板)等防磨应用中也极为常见。一般92%~99%含Al₂O₃的陶瓷适合制造各种高温坩埚、炉管及特殊耐磨件。

由于耐腐蚀和耐高温,氧化铝陶瓷常用于化工填料球、管道内衬、微过滤膜、催化剂载体等领域。

半透明氧化铝陶瓷能耐高温和化学腐蚀,应用于高压钠灯、金属卤化物灯的陶瓷灯管,也用于激光窗口和红外窗等高端光学元件。随着LED和激光技术发展,高纯氧化铝粉体还被用作蓝宝石基板、激光元件衬底及荧光粉载体。

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。

  • 高纯度原料:选用国际优质氧化铝粉体,确保产品具有优异的电绝缘性、耐磨性与稳定性。

  • 精密加工能力:提供切割、打孔、研磨、金属化等深加工服务,可满足行业的定制化需求。

  • 批量供货保障:自动化生产设备与严格的品质管控体系,确保大批量订单的稳定交付。

  • 丰富应用案例:产品广泛应用于多个行业,并出口至欧美、日韩等市场。

  • 技术支持服务:我们拥有经验丰富的工程团队,可根据客户需求协助解决材料选型与应用难题。

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