先進陶瓷是人類生活和社會建設中是不可缺少的材料,隨著宇宙開發、原子能工業的興起和電子工業的迅速發展,其重要性正隨時間推移越發凸顯,在新材料產業中占據越來越重要的地位。目前按化學成分分類,先進陶瓷可被分為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。
其中,氧化物陶瓷絕對是應用最廣泛的一類先進陶瓷材料,它們一般具有較高的熔融溫度、機械強度、電絕緣性和化學穩定性,在氧化氣氛中非常穩定,主要包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鈹、氧化鎂等。一般情況下,氧化物陶瓷采用超細粉配料并加入少量燒結促進劑和改性添加劑作為原料,視情況選用不同的成型方法后再在氧化氣氛中燒成(但有時候也采用真空、氫氣或控制氣氛燒結)。不同原料、不同工藝制備而成的氧化物陶瓷,往往在應用上也大有不同,具體如下:
氧化鋁
氧化鋁陶瓷是一種以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料,不僅價廉易得,還具有高的機械特性和高的電絕緣性與低的介電損耗等特點。工程實際應用的氧化鋁陶瓷一般Al2O3含量在75%~99.9%之間,Al2O3含量的不同,其性能便有所不同,用途也各異。
由于原料成本低、性能優良,因此氧化鋁陶瓷是現代工程技術中應用最為廣泛的陶瓷之一,從親民的日常廚具到高端的航天科技都能看見它的身影。據研究數據顯示,全球年需求氧化鋁陶瓷約116萬噸,讓其成為先進陶瓷領域市場容量唯一過百萬噸的品類。
氧化鋯
氧化鋯陶瓷主要由二氧化鋯(ZrO2)組成,在室溫下是所有主要精密陶瓷中機械強度較高、斷裂韌性較強的材料,具備高強度,硬度,耐高溫,耐酸堿腐蝕,生物相容性好及高化學穩定性等條件,而且抗刮耐磨、無信號屏蔽、散熱性能優良,同時可加工性強,外觀效果好,非常適用于批量生產。
氧化鋯陶瓷憑借其良好的性能特點,其應用相對高端,產品附加值更高,涉及的領域有:手機等3C電子領域、智能穿戴領域、光通訊領域、生物醫用領域、汽車領域、珠寶領域、日常生活領域及其它領域,同樣是我們生活的重要一部分。
氧化鈹
氧化鈹陶瓷是以氧化鈹為主要成分的陶瓷,是一種性能優異的結構陶瓷材料,具有高熱導率、高熔點、高強度、高絕緣性、高的化學和熱穩定性、低介電常數、低介質損耗以及良好的工藝適應性等特點。
來源:中鳴(寧德)科技裝備制造有限公司
氧化鈹陶瓷在上世紀最早被用于冶金用坩堝和熒光燈制造,隨后大量用于某些反應堆做慢化劑和反射體以及汽車的電子點火系統、高速傳遞信號的IC基片、陀螺儀上的激光管、汽車零部件及制動裝置等。后來隨著科技、通信技術等領域的快速發展,BeO陶瓷憑借其具有的高熱導率和優良的電性能,更是在日益進步發展的電子封裝材料和技術領域應用不斷擴大。不過要注意,盡管高純的氧化鈹陶瓷非常安全,但氧化鈹粉塵對人體是具有毒性的,因此在應用上也受到了一些限制。
氧化鎂
氧化鎂陶瓷是典型的新型陶瓷,也屬于傳統的耐火材料。其理論使用溫度高達2200℃,可在1600℃~1800℃長期使用。其高溫穩定性及耐腐蝕性能均優于氧化鋁陶瓷,且與Fe、Ni、U、Th、Zn、Al、Mo、Mg、Cu、Pt等都不與MgO起作用,所以其應用范圍可包括:鋼鐵、玻璃等冶煉行業中腐蝕性條件下的坩堝或者其他耐火材料。
氧化鎂坩堝
除用作冶煉金屬的坩堝外,MgO陶瓷在原子能工業中也適于冶煉高純度的鈾和釷;還可用作熱電偶保護套管。利用它能使電磁波通過的性質,作雷達罩及紅外輻射的投射窗口材料等、冶煉金屬、合金,如鎳合金、放射性金屬鈾、釷合金、鐵及其合金等的坩堝。壓電、超導材料等的原料,并且無污染、耐鉛腐蝕等;亦可做陶瓷燒結載體,特別是β-Al2O3等高溫下有腐蝕性、揮發性物質的陶瓷產品的燒結保護。
其他
除了上述陶瓷材料外,氧化物陶瓷還包括二氧化鈦陶瓷、復合氧化物陶瓷,如尖晶石(MgO·Al2O3),莫來石(3Al2O3·2SiO2)、鋯鈦酸鉛PZT陶瓷等,若能因材施用同樣也有著相當不錯的應用前景,比如說莫來石陶瓷就依靠其較高的性價比,在高溫結構陶瓷領域領域廣受歡迎。
作為“性價比之王”系列的氧化物陶瓷,它們的制備與應用一直廣受材料工業關注,尤其是涉及新應用時,更是讓萬千材料人欲罷不能——比如說近年來較火的氧化鋁陶瓷在新能源電池領域中的應用;氧化鋯在生物陶瓷、氧傳感器、電子煙等新興領域的應用;氧化鈹陶瓷的生產與民用領域探討等等。
粉體圈會務組
作者:粉體圈
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