氧化鋁微晶陶瓷是指以高純α-Al2O3粉為主要原料，經(jīng)陶瓷工藝制成的晶相晶粒尺寸小于6μm，并以剛玉為主晶相的氧化鋁陶瓷材料，其具有高熔點(diǎn)、高硬度、機(jī)械性能好、耐蝕、絕緣等優(yōu)良特性。

耐磨氧化鋁微晶陶瓷球

    氧化鋁微晶陶瓷通常分可為高純型與普通型兩種。高純型微晶氧化鋁陶瓷指Al2O3含量在99.9％以上的氧化鋁陶瓷材料，其燒結(jié)溫度高達(dá)1650～1990℃，透射波長在1～6μm范圍，利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕等性能，常用作高壓鈉燈燈管。普通型微晶氧化鋁陶瓷按Al2O3含量不同可分為99、95、92、90、85瓷等品種（有時Al2O3含量在80％或75％者也被劃為普通氧化鋁陶瓷系列）。其中，99氧化鋁陶瓷材料常被用于制作高溫坩堝、耐火爐管及其他特殊耐磨材料（如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片），在電子工業(yè)中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料，在化工行業(yè)常用于催化劑載體等；95、92、90氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨損材料與耐磨部件；85瓷中由于常摻入部分滑石，提高了電性能與機(jī)械強(qiáng)度，可與鈮、鉭等金屬封接，用作電真空裝置器件等。

    一、氧化鋁微晶陶瓷材料制備工藝

    氧化鋁微晶陶瓷材料制備工藝如下：

圖2 氧化鋁微晶陶瓷材料制備工藝流程圖

    1 原料制備

    一般應(yīng)用于陶瓷工業(yè)的氧化鋁原料主要有工業(yè)氧化鋁和電熔剛玉。

    （1）工業(yè)氧化鋁

    工業(yè)氧化鋁一般是以含鋁量高的天然礦物鋁土礦（由鋁的氫氧化物，如一水硬鋁石、一水軟鋁石、三水鋁石等氧化鋁的水化物組成））為原料，通過化學(xué)法（主要是堿法，多采用拜爾堿石灰法）處理，除去硅、鐵、鈦等雜質(zhì)，制備出氫氧化鋁經(jīng)煅燒而制得，其礦物成分絕大部分是γ-Al2O3。工業(yè)氧化鋁是白色松散的結(jié)晶粉末，顆粒是由許多粒徑小于0.1μm的γ-Al2O3晶體組成的多孔球形聚集體，其孔隙率約為30%，平均顆粒粒徑為40～70μm。工業(yè)氧化鋁的三項(xiàng)主要雜質(zhì)成分中，Na2O和Fe2O3會降低氧化鋁瓷件的電性能。Na2O的含量應(yīng)在0.5%～0.6%，F(xiàn)e2O3含量應(yīng)小于0.04%。另外，在電真空瓷件中，工業(yè)氧化鋁中不得含有氯化物、氟化物等，因?yàn)樗鼈兡芮治g電真空裝置。

    （2）電熔剛玉

    電熔剛玉是以工業(yè)氧化鋁或富含鋁的原料在電弧爐中熔融，緩慢冷卻使晶體析晶出來，其Al2O3含量可達(dá)99%以上，Na2O含量可減少至0.1%～0.3%。電熔剛玉的礦物組成主要是α-Al2O3，純正的電熔剛玉呈白色，稱為白剛玉；熔制時加入氧化鉻，可制成紅色的鉻剛玉；加入氧化鋯時可制成鋯剛玉；電熔剛玉中含有TiO2則稱鈦剛玉。這一系列的電熔剛玉由于熔點(diǎn)高硬度大，是制造高級耐火材料、高硬磨料磨具的優(yōu)質(zhì)原料。

    2 氧化鋁粉體制備

    將合格的高溫氧化鋁粉體，根據(jù)產(chǎn)品性能的要求與成型工藝的特點(diǎn)，按配方配料后經(jīng)研磨設(shè)備（球磨機(jī)、攪拌磨等）加工至要求細(xì)度，制備出合格的坯用粉體漿料。采用半自動或全自動干壓成型，對粉體有一定的工藝參數(shù)要求，需要采用噴霧造粒法對粉體進(jìn)行處理（粉料顆粒呈現(xiàn)圓球狀），以利于提高粉體流動性便于成型中自動充填模壁。此外，為減少粉料與模壁的摩擦，還需添加1%～2%的潤滑劑（如硬脂酸鋁等）及粘結(jié)劑PVA。噴霧造粒后的粉體必須具備流動性好、密度松散、顆粒級配比理想等條件，以獲得較大素坯密度。采用擠壓成型或注射成型時，粉料中需引入粘結(jié)劑與可塑劑；有機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)與氧化鋁粉體均勻混合，以利于成型操作。采用熱壓鑄工藝成型時可不加入粘結(jié)劑。

    3 成型

    氧化鋁微晶陶瓷制品成型方法常采用的有：干壓、注漿、擠出、等靜壓（干法、濕法）、注凝、流延、熱壓鑄、離心注漿等。不同的產(chǎn)品，因其形狀、尺寸、造型復(fù)雜與精度各異，需要采用合理的成型方法。

    4 燒成

    目前除一些高附加值氧化鋁微晶陶瓷產(chǎn)品或國防軍工需用的特殊零部件，如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及槍管等制品采用熱等靜壓燒成方法外，大部分采用普通常壓燒結(jié)技術(shù)。有些氧化鋁微晶陶瓷材料在完成燒結(jié)后，尚需進(jìn)行冷加工。由于氧化鋁微晶陶瓷材料硬度較高，需用更硬的研磨拋光磚材料對其作精加工，如SiC、C或金剛鉆等。通常采用由粗到細(xì)磨料逐級磨削，最終表面拋光，一般可采用小于1μm微米的Al2O3微粉或金剛鉆膏進(jìn)行研磨拋光。此外激光加工及超聲波加工研磨及拋光方法亦可采用，有些氧化鋁微晶陶瓷零件還需與其它材料作封裝處理。

    二、氧化鋁微晶陶瓷的應(yīng)用

    1 非金屬礦深加工行業(yè)

    目前全世界每年通過破碎和磨礦的非金屬礦物達(dá)數(shù)十億噸，需要大量微晶氧化鋁陶瓷研磨介質(zhì)及其它各種研磨介質(zhì)。由于微晶氧化鋁陶瓷研磨介質(zhì)優(yōu)良的耐磨性能以及高品質(zhì)陶瓷產(chǎn)品對研磨介質(zhì)的要求，未來微晶氧化鋁陶瓷研磨介質(zhì)逐步取代其它研磨介質(zhì)將成為必然趨勢。

    2 石化行業(yè)

    在現(xiàn)代燃料工業(yè)和化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)中，80%以上采用了催化過程。催化劑是影響化學(xué)反應(yīng)的重要媒介物，是許多化工產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的關(guān)鍵。氧化鋁作為吸附劑、催化劑、催化劑載體具有比表面積大、活性高、吸附能力強(qiáng)和良好的耐壓、耐腐蝕等特點(diǎn)，廣泛用于石油煉制、石油化工、化肥、天然氣及環(huán)保等行業(yè)。

    3 電子行業(yè)

    氧化鋁電子陶瓷基片產(chǎn)品作為厚膜集成電路、聚焦電位器、致冷器、覆銅板、網(wǎng)絡(luò)電阻、臭氧發(fā)生器等的基礎(chǔ)元件廣泛應(yīng)用于微電子行業(yè)。隨著我國電子工業(yè)特別是微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對氧化鋁陶瓷基片的需求量不斷增大。

    4 其它行業(yè)

    氧化鋁微晶陶瓷的耐磨性是錳鋼的260倍、高鉻鑄鐵的171倍，在鋼鐵行業(yè)、火力發(fā)電的輸料、配料制粉、排灰除塵系統(tǒng)及其它防磨工程中應(yīng)用能大大減少設(shè)備的物料磨損，使設(shè)備使用壽命延長，生產(chǎn)運(yùn)營綜合成本下降，且不會對環(huán)境產(chǎn)生任何危害。在高速、高溫、重磨損、強(qiáng)腐蝕等惡劣工作環(huán)境下，設(shè)備的腐蝕毀壞嚴(yán)重。由于微晶氧化鋁陶瓷制品具有良好的防腐蝕性和耐磨性，是較強(qiáng)侵蝕環(huán)境下替代金屬及塑料的理想材料且其應(yīng)用已經(jīng)展現(xiàn)出不斷增長的勢頭，成為最具前景的耐磨損、抗腐蝕的材料之一。

    氧化鋁微晶陶瓷在軍事領(lǐng)域也有許多應(yīng)用，如作為飛機(jī)、車輛和人員的防彈裝甲。目前，國內(nèi)外已把高純氧化鋁微晶陶瓷作為高溫結(jié)構(gòu)的首選陶瓷材料，在軍用和民用領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)的研究與開發(fā)。

    參考文獻(xiàn)：

    1、張巨先，高純微晶氧化鋁陶瓷的研制，真空電子技術(shù)。

    2、朱志斌等，氧化鋁陶瓷的發(fā)展與應(yīng)用，陶瓷。

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