氧化鋁微晶陶瓷是指以高純α-Al2O3粉為主要原料，經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、高硬度、機械性能好、耐蝕、絕緣等優良特性。

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，其燒結溫度高達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），在電子工業中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料，在化工行業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，提高了電性能與機械強度，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

    一般應用于陶瓷工業的氧化鋁原料主要有工業氧化鋁和電熔剛玉。

    （1）工業氧化鋁

    工業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，制備出氫氧化鋁經煅燒而制得，其礦物成分絕大部分是γ-Al2O3。工業氧化鋁是白色松散的結晶粉末，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。工業氧化鋁的三項主要雜質成分中，Na2O和Fe2O3會降低氧化鋁瓷件的電性能。Na2O的含量應在0.5%～0.6%，Fe2O3含量應小于0.04%。另外，在電真空瓷件中，工業氧化鋁中不得含有氯化物、氟化物等，因為它們能侵蝕電真空裝置。

    （2）電熔剛玉

    電熔剛玉是以工業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高硬度大，是制造高級耐火材料、高硬磨料磨具的優質原料。

    2 氧化鋁粉體制備

    將合格的高溫氧化鋁粉體，根據產品性能的要求與成型工藝的特點，按配方配料后經研磨設備（球磨機、攪拌磨等）加工至要求細度，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要求，需要采用噴霧造粒法對粉體進行處理（粉料顆粒呈現圓球狀），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，粉料中需引入粘結劑與可塑劑；有機粘結劑應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。不同的產品，因其形狀、尺寸、造型復雜與精度各異，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技術。有些氧化鋁微晶陶瓷材料在完成燒結后，尚需進行冷加工。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用

    1 非金屬礦深加工行業

    目前全世界每年通過破碎和磨礦的非金屬礦物達數十億噸，需要大量微晶氧化鋁陶瓷研磨介質及其它各種研磨介質。由于微晶氧化鋁陶瓷研磨介質優良的耐磨性能以及高品質陶瓷產品對研磨介質的要求，未來微晶氧化鋁陶瓷研磨介質逐步取代其它研磨介質將成為必然趨勢。

    2 石化行業

    在現代燃料工業和化學工業的生產中，80%以上采用了催化過程。催化劑是影響化學反應的重要媒介物，是許多化工產品開發生產的關鍵。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、吸附能力強和良好的耐壓、耐腐蝕等特點，廣泛用于石油煉制、石油化工、化肥、天然氣及環保等行業。

    3 電子行業

    氧化鋁電子陶瓷基片產品作為厚膜集成電路、聚焦電位器、致冷器、覆銅板、網絡電阻、臭氧發生器等的基礎元件廣泛應用于微電子行業。隨著我國電子工業特別是微電子工業的迅速發展，對氧化鋁陶瓷基片的需求量不斷增大。

    4 其它行業

    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、火力發電的輸料、配料制粉、排灰除塵系統及其它防磨工程中應用能大大減少設備的物料磨損，使設備使用壽命延長，生產運營綜合成本下降，且不會對環境產生任何危害。在高速、高溫、重磨損、強腐蝕等惡劣工作環境下，設備的腐蝕毀壞嚴重。由于微晶氧化鋁陶瓷制品具有良好的防腐蝕性和耐磨性，是較強侵蝕環境下替代金屬及塑料的理想材料且其應用已經展現出不斷增長的勢頭，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域也有許多應用，如作為飛機、車輛和人員的防彈裝甲。目前，國內外已把高純氧化鋁微晶陶瓷作為高溫結構的首選陶瓷材料，在軍用和民用領域進行重點的研究與開發。

    參考文獻：

    1、張巨先，高純微晶氧化鋁陶瓷的研制，真空電子技術。

    2、朱志斌等，氧化鋁陶瓷的發展與應用，陶瓷。

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責任編輯：殷鵬飛

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