陶瓷材料｜氧化铝陶瓷的性能和应用

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。

据研究报道，Al₂O₃有12种同质多晶变体，但应用较多的主要有3种，即α-Al₂O₃、β-Al₂O₃和γ-Al₂O₃，这3种晶体的结构不同，故它们的性质具有很大的差异。

• α-Al₂O₃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-Al₂O₃是一种 Al₂O₃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-Al₂O₃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。
  
  

机械方面：

• Al₂O₃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最广。

• 1、纯Al₂O₃陶瓷刀具

• Al₂O₃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Al₂O₃基复合陶瓷和晶须增强陶瓷中。这些技术弥补了纯Al₂O₃陶瓷的不足，从而提高了它的切削性能和耐用度。

  
  

• 2、复合Al₂O₃陶瓷刀具

• 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。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。

  
  

• 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。

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最广。

• 1、Al₂O₃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、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。

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最多。

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。

• 优点：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。

• 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Al₂O₃陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及Al₂O₃质耐火材料等。其中以Al₂O₃球磨介质应用最广。

其他方面
Al₂O₃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。

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