特种陶瓷第一讲 氧化铝陶瓷

氧化铝陶瓷摘要：本文介绍了氧化铝陶瓷的结构、制备、性能及用途。

关键字：氧化铝陶瓷、Al2O3正文：一、氧化物陶瓷简介按照传统的分类方法，陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷（精细陶瓷），这两类陶瓷间没有严格的界限，有的陶瓷品种可以一种多用。

工业Al2O3，是由铝矾土(Al2O·3H20)和硬水铝石制备的，对于纯度要求高的Al2O3，一般用化学方法来制备。

电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000—2400℃熔融而制得，也称人造刚玉。

Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种，主要有3种晶型，即Al2O3 、Al2O3 、Al2O3 。

其结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几乎完全转化为Al2O3。

Al2O3属尖晶石型(立方)结构，氧原子呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中，在高温下不稳定，力学性能、电学性能差，在自然界中不存在。

由于结构疏松，因此，也可用它来制造某些特殊用途的多孔材料。

Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。

它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示(RO指碱上金属氧化物，R2O指碱金属氧化物)，其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]-层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成。

氧离子排列成立方密堆积，Na+完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电现象。

Al2O3属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然界只存在Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。

Al2O3结构最紧密、活性低、高温稳定。

它是三种形态中最稳定的晶型，电学性能最好，具有良好的机械和电学性能，一般氧化铝陶瓷都由Al2O3来制取。

二、氧化铝陶瓷的制造工艺氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其氧化铝含量一般在75％～99％之间。

习惯上以配料中氧化铝的含量进行分类，氧化铝含量在75％左右的为"75瓷”，含量在99％的为“99瓷”等。

氧化铝陶瓷介绍来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15氧化铝陶瓷制作工艺简介氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。

高纯型氧化铝陶瓷系Ａｌ２Ｏ３含量在９９．９％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达１６５０—１９９０℃，透射波长为１～６μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。

普通型氧化铝陶瓷系按Ａｌ２Ｏ３含量不同分为９９瓷、９５瓷、９０瓷、８５瓷等品种，有时Ａｌ２Ｏ３含量在８０％或７５％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。

其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；９５氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；８５瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。

其制作工艺如下：一粉体制备：将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。

粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。

采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。

采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。

若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。

此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加１～２％的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂ＰＶＡ。

欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。

近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。

喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。

氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。

其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。

通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。

Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。

工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。

电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。

Al2O3有许多同质异晶体。

根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。

Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。

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γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。

它的密度小。

且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。

由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。

β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。

它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。

α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。

Al2O3特种陶瓷的研制Al2O3特种陶瓷的研制摘要氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。

氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。

需要注意的是需用超声波进行洗涤。

氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷，因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要。

氧化铝陶瓷分为高纯型与普通型两种。

高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99．9%以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达1650—1990℃，透射波长为1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚；利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。

普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。

其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。

关键词：氧化铝陶瓷硬度应用性能ABSTRACTAlumina ceramic is a kind of ceramic material with Al2O3as the main body, which is used in thick film integrated circuit. Alumina ceramics have good conductivity, mechanical strength and high temperature resistance. Need to pay attention to the use of ultrasonic washing. Alumina ceramics is a widely used ceramic, because of its superior performance, in the modern society has become more and more widely used to meet the needs of daily use and special properties.Alumina ceramic is divided into two types of high purity and ordinary type.High purity alumina ceramics Al2O3 content in more than 99.9% of the ceramic materials, due to the sintering temperature as high as 1650 - 1990 DEG C, the transmission wavelength is 1 ~ 6 m, usually made of molten glass to replace platinum crucible; and utilization of the transmittance of can be alkali metal corrosion as sodium lamp; in electric industry sub available for integrated circuitsubstrates with high frequency insulating materials.Ordinary alumina ceramic system according to the Al2O3 content is divided into 99 different porcelain, 95 China, 90 China, 85 porcelain and other varieties, and sometimes Al2O3content in 80% or 75% are also zoned for ordinary alumina ceramic series. Which 99% alumina ceramics material for making high temperature crucible, refractory furnace tube and special wear-resistant materials, such as ceramic bearings, ceramic sealingparts and valve piece and so on; 95 alumina ceramics is mainly used for the corrosion resistance, wear parts; 85 alumina ceramics since it is often mixed with some talcum and improve the electrical properties and mechanical strength, and molybdenum, niobium, tantalum metal sealing connection, and some used as electric vacuum device.Keywords: Alumina Ceramic Hardness Function Application前言氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。

专业无机非金属材料学号43080207姓名邱海龙氧化铝陶瓷1、氧化铝陶瓷概述氧化铝陶瓷是以Al2O3为主要原料，以刚玉(α-Al2O3)为主要矿物质组成的，是一种相当重要的陶瓷材料。

1.1陶瓷的类型和性能Al2O3陶瓷通常以配料或基体中Al2O3的含量来分类。

习惯上把Al2O3含量在99％左右的陶瓷称为“99瓷”，把含量在95％和90％左右的依次称为“95瓷”和“90瓷”。

含量在85％以上的陶瓷通常称为高铝瓷，含量99％以上的称为刚玉瓷或纯刚玉瓷。

Al2O3陶瓷，特别是高铝瓷的机械强度极高，导热性能良好，绝缘强度、电阻率高，介质损耗低，介电常数一般在8~10之间，电性能随温度和频率的变化比较稳定，特别是纯度(Al2O3含量)达99.5％的刚玉瓷，直到频率高达1010Hz以上时，tgδ(介质损耗)≤1*10-4。

图1.1、图1.2和图1.3为高铝瓷的介电性能随温度和频率的变化情况，图1．4为高铝瓷的热导率随温度的变化。

为了进行对比同时显示出BeO陶瓷性能随温度和频率的变化情况。

图1.1 高铝瓷及BeO瓷的介电常数随频率的变化图1.2 高铝瓷及BeO瓷的tgδ随频率的变化图1.3 高铝瓷及BeO瓷在106和1010Hz下的tgδ随频率的变化(1)95 Al2O3 (f=106)；(2) 90.5 Al2O3 (f=106) ；(3) 95 Al2O3 (f=1010) ；(4) 99 BeO(f=1010) ；(5) 99.5 Al2O3(f=1010)图1.4 高铝瓷及BeO瓷的热导率随频率的变化从图1．4可以看出，与导热性能最好的BeO陶瓷相比，高铝瓷的热导率要低得多，但是，高铝瓷的热导率还是比较高，以95瓷而论，其室温下热导率21W ／(m·K)就比滑石瓷的热导率2.1W／(m·K)高一个数量级。

高铝瓷的烧结温度较高，为了降低烧结温度，降低成本，国内外都研制并生产了Al2O3含量在75％~85％之间的陶瓷。

氧化铝陶瓷材料
氧化铝陶瓷是一种重要的陶瓷材料，具有优异的物理化学性能，被广泛应用于
电子、化工、机械等领域。

氧化铝陶瓷材料具有高温稳定性、耐磨性、绝缘性和化学稳定性等特点，因此备受工程师和设计师的青睐。

首先，氧化铝陶瓷材料具有优异的高温稳定性。

它能够在高温环境下保持稳定
的物理和化学性能，不易发生变形和热膨胀，因此被广泛应用于高温工艺和设备中。

例如，氧化铝陶瓷常被用于制作高温炉窑的隔热材料、炉具零部件等。

其次，氧化铝陶瓷材料具有良好的耐磨性。

它的硬度高，耐磨损性能好，因此
在机械设备的磨损部件中得到广泛应用。

比如，氧化铝陶瓷常被用于制作轴承、密封件、切削工具等，能够有效延长设备的使用寿命。

此外，氧化铝陶瓷材料还具有优异的绝缘性能。

它能够有效阻挡电流的传导，
因此在电子领域得到广泛应用。

例如，氧化铝陶瓷常被用于制作电子元器件的绝缘基板、封装壳体等，能够保证电子设备的安全运行。

最后，氧化铝陶瓷材料具有良好的化学稳定性。

它能够抵抗酸碱腐蚀，不易受
化学物质的侵蚀，因此在化工领域得到广泛应用。

比如，氧化铝陶瓷常被用于制作化工设备的耐腐蚀衬里、反应容器等，能够保证设备的长期稳定运行。

总的来说，氧化铝陶瓷材料具有高温稳定性、耐磨性、绝缘性和化学稳定性等
优异性能，被广泛应用于电子、化工、机械等领域。

它的应用范围广泛，能够满足不同领域的工程需求，因此在工程设计中具有重要的地位和价值。

希望本文能够为大家对氧化铝陶瓷材料有更深入的了解提供帮助。

氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（AL2O3）为主体的材料，用于厚膜集成电路。

氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。

需要注意的是需用超声波进行洗涤。

氧化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。

因为其优越的性能，在现代社会的应用已经越来越广泛，满足于日用和特殊性能的需要.类别氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。

高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99．9%以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达1650—1990℃，透射波长为1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。

普通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，有时Al2O3含量在80%或75%者也划为普通氧化铝陶瓷系列。

其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。

制作工艺制品除氧化铝纯度在99．99%外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。

采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，一般为重量比在10－30%的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在150－200温度下均匀混合，以利于成型操作。

采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。

若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。

此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加1～2%的润滑剂，如硬脂酸，及粘结剂PVA。

欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。

近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al203喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。

喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于30℃。

2.2氧化物结构材料-氧化铝陶瓷ALUMINA CERAMICS氧化铝陶瓷概述☐氧化铝是氧化物中最稳定的物质之一,氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、耐磨、耐高温、耐腐蚀、高的电绝缘性与低的介电损耗等特点,它是发展比较早、成本低、应用最广的一种陶瓷材料,在航天、航空、发动机耐磨部件、刀具等方面具有十分诱人的应用前景。

☐氧化铝瓷在电子技术领域中广泛用作真空电容器陶瓷、微波管输能窗的陶瓷组件、各种陶瓷基板及半导体集成电路陶瓷封装管壳等。

它是电真空陶瓷的主要瓷种，也是生产陶瓷基板及多层布线封装管壳的一种基本陶瓷材料。

☐但是,由于它具有高脆性和均匀性差等致命弱点,影响了陶瓷零部件的工作可靠性和使用安全性,因此,提高氧化铝陶瓷的韧性是殛待解决的重要问题。

☐氧化铝陶瓷是一种以α氧化铝为主晶相的陶瓷材料，氧化铝含量一般在75~99.9%之间，通常习惯以氧化铝的含量来分类。

氧化铝的含量在75%左右称为“75瓷”，含量在85%左右称作“85瓷”，含量在99%左右称作“99瓷”。

含量在99%以上的称作刚玉瓷或纯刚玉瓷。

☐Al2O3含量在85％以上的称为高铝瓷；含量在99％以上的称为刚玉瓷或纯刚玉瓷。

☐Al2O3陶瓷，特别是高铝瓷的机械强度极高、导电性能良好、绝缘性好、电阻率高、介质损耗低等。

Al2O3陶瓷材料的结构•氧化铝有α（刚玉型）、β、γ、δ等11种变体，其中主要是α、γ两种晶型，而且只有一种热力学稳定相，即α氧化铝。

•晶体结构α-Al2O3：属三方晶系，20500C熔化前稳定。

β-Al2O3：是一种氧化铝含量高的的铝酸盐矿物。

γ-Al2O3：属尖晶石型结构（立方）。

后两种在温度高于1600℃时全部转化为α-Al2O3α-Al2O3为高温稳定相，工业上使用最多。

氧化铝的性能●氧化铝陶瓷中，Al2O3含量越高，性能越好。

●但Al2O3含量越高，工艺要求越高，如烧结温度过高(99瓷烧结温度1800℃)，能耗大，对窑炉的要求也很高。