氧化铝陶瓷的应用

1、机械方面

Al2O3陶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较广。

1.1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，其中Al2O3的纯度大于99%。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。目前普通烧结所制备的Al2O3陶瓷晶粒尺寸都在微米级，而细晶Al2O3陶瓷能够获得较高的强度和断裂韧性以及较好的高温性能，是制备纯Al2O3陶瓷刀具的理想材料。

1.2复合Al2O3陶瓷刀具

在复合陶瓷中，有几种复合方向：Al2O3-碳化物陶瓷刀具、Al2O3-碳化物-金属陶瓷刀具、Al2O3-氮化物或硼化物陶瓷刀具等。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。

在添加物中，以添加TiC的应用较多，与纯Al2O3陶瓷相比，Al2O3-碳化物复合陶瓷的抗弯强度无论是在常温还是高温下都优于纯Al2O3陶瓷。此复合刀具适合于高速粗、精加工耐磨铸铁、淬硬钢及高强度钢等难加工材料。Al2O3-碳化物-金属陶瓷刀具，它是在Al2O3中除了添加碳化物外，还添加少量的粘结金属，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。

它是目前精加工冷硬铸铁轧辊的较佳刀具，并且可以应用于间断切削和有切削液的切削场合。

1.3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。ZrO2相变增韧是一种有效的增韧方式，当ZrO2在1150℃左右时发生相变时产生体积变化，在基体中诱导出许多裂纹，从而吸收其主裂纹顶端的大部分能量，达到增韧的目的。利用微米级或亚微米级ZrO2相变增韧Al2O3制成的Al2O3陶瓷刀具，可以有效改善刀具的断裂韧性。

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较广。

2.1 Al2O3透明陶瓷

透明陶瓷按其应用可以分为两大类：透光、透波性应用和特种光功能应用。

在透光、透波性应用方面，有用透明Al2O3陶瓷制造的新型节能灯具金卤灯、高强度透明装甲材料、红外透波材料等，这些材料是民用和国防装备中的重要材料。MgAl2O4透明陶瓷就是属于这类材料，它既具有陶瓷的特点又具有蓝宝石晶体、石英玻璃的光学性能，可用于透明装甲、照明灯具等。

在特种光功能特性应用方面，有薄膜发光材料、高功率全固态激光器、透明闪烁陶瓷等。薄膜发光材料中的Al2O3材料，已经被证明是较有前景的薄膜发光材料，这是因为它具有高透明、热稳定性好和相对高的发光亮度等性能。

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。在制备Al2O3陶瓷基片中常用的成形方法有干压、流延等，而流延成形是目前应用较广的成形方法。流延成形分为非水系和水系：非水系流延成形工艺简单，但会对环境造成污染且成本较高；水系流延成形较环保，且成本较低，但工艺较难。

目前，在工业应用中大部分都采用非水系流延成形Al2O3陶瓷基片，利用非水系流延成形可以制备表面光滑、平整、致密度高的Al2O3陶瓷基片，但在制备工艺中，基片的烧结温度高、耗能大。因此可以在Al2O3陶瓷基片中加入一些添加剂以降低烧成温度，如加入Fe-Cr-Mn系黑色色料来制备黑色Al2O3陶瓷基片，可以在其它性能一致的条件下有效地降低Al2O3陶瓷基片的烧结温度，减少能耗。

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较多。

Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量的应用，因此陶瓷无机膜日益受到科技界与工业界的广泛关注。Al2O3陶瓷膜的制备方法有很多，有溶胶-凝胶法、固态粒子烧结法、化学气相沉积法、阳极氧化法等。

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。

5、其它方面

Al2O3陶瓷是目前新材料中研究较多、应用较广的材料之一，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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