在熔点超过2000℃的氧化物中,氧化铝是最灵活和廉价的材料。而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。
一、氧化铝陶瓷简介
据研究报道,有12种同质多晶变体,但应用较多的主要有3种,即α-、β-和γ-,这3种晶体的结构不同,故它们的性质具有很大的差异。
α-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-是一种 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-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。
二、氧化铝陶瓷的应用
机械方面
瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。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,其中以陶瓷刀具和工业用阀应用最广。
1、纯陶瓷刀具
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基复合陶瓷和晶须增强陶瓷中。这些技术弥补了纯陶瓷的不足,从而提高了它的切削性能和耐用度。
2、复合陶瓷刀具
-碳化物陶瓷刀具,是在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。
3、增韧陶瓷刀具
增韧陶瓷刀具是指在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。
电子/电力方面
在电子、电力方面,有各种陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等,其中以透明陶瓷和基片应用最广。
1、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、陶瓷基片
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。
化工方面
在化工应用方面,陶瓷也有较广泛的用途,如陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等,其中以陶瓷膜和涂层的研究和应用最多。
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:
医学方面
在医学方面,更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。
优点: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。
缺点:脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等。
建筑/卫生/陶瓷方面
在建筑卫生陶瓷方面,产品随处可见,如陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及质耐火材料等。其中以球磨介质应用最广。
其它方面
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。