氧化铝陶瓷的应用

氧化铝陶瓷是氧化物陶瓷中应用最广、用途最宽、产量最大的陶瓷材料。

据研究报道，Al2O3有12种同质多晶变体，但应用较多的主要有3 种，即 α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有很大的差异。

α-Al2O3是三方晶系，其结构最紧密、化学活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机械性能也最佳。

 β-Al2O3是一种 Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物， 它的化学组成中含 有一定量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物， 并且还可以呈现离子型导电。

 γ-Al2O3是尖晶石型立方结构。在高温下不稳定、力学和电学性能差。但它有较高的比表面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作为吸附材料使用。 

基于Al2O3陶瓷的一系列优良性能，其广泛应用于机械、电子电力、化工 、医学、建筑以及其它的高科技领域，本文对Al2O3陶瓷在以上6个方面的应用进行了阐述。

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Al2O3陶瓷的应用

2.1  机械方面

Al2O3瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可达到9，加上具有优良的抗磨损性能等，所以广泛地用于制造刀具、球阀、磨轮、陶瓷钉、轴承等，其中以Al2O3陶瓷刀具和工业用阀应用最广。

2.1.1  Al2O3陶瓷刀具

Al2O3陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬质合金刀具高，可大幅提高对不同 材料的切削效率。随着科学工作者的大量研究，添加其它成分构成两相或以固溶体形式存在于基体之中的Al2O3基复合陶瓷和晶须增强陶瓷中。这些技术弥补了纯Al2O3陶瓷的不足，从而提高了它的切削性能和耐用度。

2.1.2  纯Al2O3陶瓷刀具

纯Al2O3陶瓷刀具是指仅含有少量氧化物的高纯Al2O3陶瓷。在纯Al2O3陶瓷中，可以添加ZrO2作为烧结助剂来提高它的断裂韧性。纯Al2O3陶瓷刀具高温性能、耐磨损性较好，但抗弯强度较低、抗冲击能力差，目前它越来越多被各种复合Al2O3陶瓷刀具所替代。

2.1.3  复合Al2O3陶瓷刀具

Al2O3-碳化物陶瓷刀具，是在Al2O3中添加一定的碳化物，以提高它的强度、耐磨性、抗冲击性以及高温性能等。由于添加了金属，提高了Al2O3与碳化物的连接强度，改善了使用性能，此类陶瓷刀具适合于加工淬火钢、合金钢、锰钢 、冷硬铸铁、镍基和钴基合金以及非金属材料等。

2.1.4  增韧Al2O3陶瓷刀具

增韧Al2O3陶瓷刀具是指在Al2O3基体中添加增韧或增强材料。目前常用的增韧方法有：ZrO2相变增韧、晶须增韧、第二相颗粒弥散增韧等。

2.2  电子/电力方面

在电子、电力方面，有各种Al2O3陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种Al2O3陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等，其中以Al2O3透明陶瓷和基片应用最广。

2.2.1 Al2O3透明陶瓷

当前透明陶瓷是材料领域研究和应用的重要前沿方向。透明陶瓷作为一种新兴材料，除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导率、低电导率、高硬度、高强度、低介电常数和介电损耗、耐磨性和耐腐蚀性好等一系列优点。

2.2.2 Al2O3陶瓷基片

Al2O3陶瓷基片具有机械强度高、绝缘性好、避光性高等优良性能，广泛用于多层布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。

2.3  化工方面

在化工应用方面，Al2O3陶瓷也有较广泛的用途，如Al2O3陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等，其中以Al2O3陶瓷膜和涂层的研究和应用最多。

2.3.1 Al2O3陶瓷膜

膜分为有机高分子膜和无机膜等，陶瓷膜与有机高分子膜相比有以下特点：

(1)耐高温、热稳定性好 ；

(2)高强度，在很大压力梯度操作下，不会被压缩，机械性能好；

(3)化学稳定性好，能耐强酸强碱溶液、有机溶剂和氯化物腐蚀，并且不被微生物降解；

(4)可反复使用，易清洁，制备时孔径大小和孔径尺寸分布容易控制。

2.4  医学方面

在医学方面，Al2O3更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。Al2O3陶瓷具有优良的生物相容性、生物惰性、理化稳定性及高硬度、高耐磨性，是制备人造骨和人造关节的理想材料。但它具有和其他陶瓷材料一样的缺点如脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等，因此需要进一步研究应用。

2.5  建筑/卫生/陶瓷方面

在建筑卫生陶瓷方面，产品随处可见，如Al2O3陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及Al2O3质耐火材料等。其中以Al2O3球磨介质应用最广。

2.6  其它方面

Al2O3陶瓷是目前新材料中研究最多、应用最广的材料之一，除了以上的几种应用外，它还广泛应用于其它一些高科技领域，如航空航天、高温工业炉、复合增强等领域。

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小结

Al2O3陶瓷材料是应用得较多的陶瓷材料之一。国外对Al2O3材料的研究起步较早，尤其是在科技含量高的领域如机械加工、医学、航空航天等。而国内对Al2O3材料研究相对较晚，技术相对落后，且制造业中生产工艺较落后、装备不精，所以产品质量跟西方发达国家相比还是存在一定的差距。因此，提高我国Al2O3材料的研究水平及大力推广Al2O3材料的应用已迫在眉睫。