• 氧化鋁陶瓷

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氧化鋁陶瓷是一種以氧化鋁（Al2O3）為主體的陶瓷材料，用于厚膜集成電路。氧化鋁陶瓷有較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度和耐高溫性。需要注意的是需用超聲波進(jìn)行洗滌。氧化鋁陶瓷是一種用途廣泛的陶瓷，因?yàn)槠鋬?yōu)越的性能，在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，滿足于日用和特殊性能的需要。

• 中文名

• 氧化鋁陶瓷

• 主    體

• 氧化鋁

• 類    型

• 陶瓷材料

• 應(yīng)    用

• 厚膜集成電路

• 特    性

• 較好的傳導(dǎo)性、機(jī)械強(qiáng)度

目錄

1. 1 基本資料

2. 2 類別

3. 3 制作工藝

4. ? 粉體制備

5. ? 成型方法

6. 4 燒成技術(shù)

7. ? 精加工與封裝工序

8. ? 氧化鋁陶瓷強(qiáng)化工藝

9. 5 特點(diǎn)

10. 6 燒結(jié)設(shè)備

11. 7 技術(shù)指標(biāo)

12. 8 現(xiàn)狀及趨勢(shì)

基本資料編輯

氧化鋁陶瓷的技術(shù)日漸的成熟，但有些指標(biāo)還有待改善，這需要大家共同的研究。

同時(shí)，關(guān)于氧化鋁陶瓷的一些性能參數(shù)，也希望大家明確的提出，讓研究者和廠家可以根據(jù)用戶的要求來(lái)研究設(shè)計(jì)，不至于沒(méi)有目的。

類別編輯

關(guān)于氧化鋁陶瓷的類別，還有很多需要探討的余地。

氧化鋁陶瓷分為高純型與普通型兩種。

高純型氧化鋁陶瓷系A(chǔ)l2O3含量在99．9%以上的陶瓷材料，由于其燒結(jié)溫度高達(dá)1650—1990℃，透射波長(zhǎng)為1～6μm，一般制成熔融玻璃以取代鉑坩堝；利用其透光性及可耐堿金屬腐蝕性用作鈉燈管；在電子工業(yè)中可用作集成電路基板與高頻絕緣材料。

普通型氧化鋁陶瓷系按Al2O3含量不同分為99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品種，有時(shí)Al2O3含量在80%或75%者也劃為普通氧化鋁陶瓷系列。其中99氧化鋁瓷材料用于制作高溫坩堝、耐火爐管及特殊耐磨材料，如陶瓷軸承、陶瓷密封件及水閥片等；95氧化鋁瓷主要用作耐腐蝕、耐磨部件；85瓷中由于常摻入部分滑石，提高了電性能與機(jī)械強(qiáng)度，可與鉬、鈮、鉭等金屬封接，有的用作電真空裝置器件。

制作工藝編輯

粉體制備

將入廠的氧化鋁粉按照不同的產(chǎn)品要求與不同成型工藝制備成粉體材料。粉體粒度在1μm以下，若制造高純氧化鋁陶瓷制品除氧化鋁純度在99．99%外，還需超細(xì)粉碎且使其粒徑分布均勻。采用擠壓成型或注射成型時(shí)，粉料中需引入粘結(jié)劑與可塑劑，一般為重量比在10－30%的熱塑性塑膠或樹(shù)脂?有機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)與氧化鋁粉體在150－200溫度下均勻混合，以利于成型操作。采用熱壓工藝成型的粉體原料則不需加入粘結(jié)劑。若采用半自動(dòng)或全自動(dòng)干壓成型，對(duì)粉體有特別的工藝要求，需要采用噴霧造粒法對(duì)粉體進(jìn)行處理、使其呈現(xiàn)圓球狀，以利于提高粉體流動(dòng)性便于成型中自動(dòng)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(rùn)滑劑，如硬脂酸，及粘結(jié)劑PVA。

欲干壓成型時(shí)需對(duì)粉體噴霧造粒，其中引入聚乙烯醇作為粘結(jié)劑。上海某研究所開(kāi)發(fā)一種水溶性石蠟用作Al203噴霧造粒的粘結(jié)劑，在加熱情況下有很好的流動(dòng)性。噴霧造粒后的粉體必須具備流動(dòng)性好、密度松散，流動(dòng)角摩擦溫度小于30℃。顆粒級(jí)配比理想等條件，以獲得較大素坯密度。

成型方法

氧化鋁陶瓷制品成型方法有干壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延、熱壓與熱等靜壓成型等多種方法。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外又開(kāi)發(fā)出壓濾成型、直接凝固注模成型、凝膠注成型、離心注漿成型與固體自由成型等成型技術(shù)方法。不同的產(chǎn)品形狀、尺寸、復(fù)雜造型與精度的產(chǎn)品需要不同的成型方法。

摘其常用成型介紹：

1、干壓成型：氧化鋁陶瓷干壓成型技術(shù)僅限于形狀單純且內(nèi)壁厚度超過(guò)1mm，長(zhǎng)度與直徑之比不大于4∶1的物件。成型方法有單軸向或雙向。壓機(jī)有液壓式、機(jī)械式兩種，可呈半自動(dòng)或全自動(dòng)成型方式。壓機(jī)最大壓力為200Mpa。產(chǎn)量每分鐘可達(dá)15～50件。由于液壓式壓機(jī)沖程壓力均勻，故在粉料充填有差異時(shí)壓制件高度不同。而機(jī)械式壓機(jī)施加壓力大小因粉體充填多少而變化，易導(dǎo)致燒結(jié)后尺寸收縮產(chǎn)生差異，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此干壓過(guò)程中粉體顆粒均勻分布對(duì)模具充填非常重要。充填量準(zhǔn)確與否對(duì)制造的氧化鋁陶瓷零件尺寸精度控制影響很大。粉體顆粒以大于60μm、介于60～200目之間可獲最大自由流動(dòng)效果，取得最好壓力成型效果。

2、注漿成型法：注漿成型是氧化鋁陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成本低且易于成型大尺寸、外形復(fù)雜的部件。注漿成型的關(guān)鍵是氧化鋁漿料的制備。通常以水為熔劑介質(zhì)，再加入解膠劑與粘結(jié)劑，充分研磨之后排氣，然后倒注入石膏模內(nèi)。由于石膏模毛細(xì)管對(duì)水分的吸附，漿料遂固化在模內(nèi)?？招淖{時(shí)，在模壁吸附漿料達(dá)要求厚度時(shí)，還需將多余漿料倒出。為減少坯體收縮量、應(yīng)盡量使用高濃度漿料。

氧化鋁陶瓷漿料中還需加入有機(jī)添加劑以使料漿顆粒表面形成雙電層使料漿穩(wěn)定懸浮不沉淀。此外還需加入乙烯醇、甲基纖維素、海藻酸胺等粘結(jié)劑及聚丙烯胺、阿拉伯樹(shù)膠等分散劑，目的均在于使?jié){料適宜注漿成型操作。

燒成技術(shù)編輯

將顆粒狀陶瓷坯體致密化并形成固體材料的技術(shù)方法叫燒結(jié)。燒結(jié)即將坯體內(nèi)顆粒間空洞排除，將少量氣體及雜質(zhì)有機(jī)物排除，使顆粒之間相互生長(zhǎng)結(jié)合，形成新的物質(zhì)的方法。

燒成使用的加熱裝置最廣泛使用電爐。除了常壓燒結(jié)即無(wú)壓燒結(jié)外，還有熱壓燒結(jié)及熱等靜壓燒結(jié)等。連續(xù)熱壓燒結(jié)雖然提高產(chǎn)量，但設(shè)備和模具費(fèi)用太高，此外由于屬軸向受熱，制品長(zhǎng)度受到限制。熱等靜壓燒成采用高溫高壓氣體作壓力傳遞介質(zhì)，具有各向均勻受熱之優(yōu)點(diǎn)，很適合形狀復(fù)雜制品的燒結(jié)。由于結(jié)構(gòu)均勻，材料性能比冷壓燒結(jié)提高30～50%。比一般熱壓燒結(jié)提高10-15%。因此，一些高附加值氧化鋁陶瓷產(chǎn)品或國(guó)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、場(chǎng)采用熱等靜壓燒成方法。

此外，微波燒結(jié)法、電弧等離子燒結(jié)法、自蔓延燒結(jié)技術(shù)亦正在開(kāi)發(fā)研究中。

精加工與封裝工序

有些氧化鋁陶瓷材料在完成燒結(jié)后，尚需進(jìn)行精加工。如可用作人工骨的制品要求表面有很高的光潔度、如鏡面一樣，以增加潤(rùn)滑性。由于氧化鋁陶瓷材料硬度較高，需用更硬的研磨拋光磚材料對(duì)其作精加工。如SIC、B4C或金剛鉆等。通常采用由粗到細(xì)磨料逐級(jí)磨削，最終表面拋光。一般可采用<1μm微米的Al203微粉或金剛鉆膏進(jìn)行研磨拋光。此外激光加工及超聲波加工研磨及拋光的方法亦可采用。

氧化鋁陶瓷強(qiáng)化工藝

為了增強(qiáng)氧化鋁陶瓷，顯著提高其力學(xué)強(qiáng)度，國(guó)外新推一種氧化鋁陶瓷強(qiáng)化工藝。該工藝新穎簡(jiǎn)單，所采取的技術(shù)手段是在氧化鋁陶瓷表面，采用電子射線真空鍍膜、濺射真空鍍膜或化學(xué)氣相蒸鍍方法，鍍上一層硅化合物薄膜，在1200℃～1580℃的加熱處理，使氧化鋁陶瓷鋼化。

經(jīng)強(qiáng)化的氧化鋁陶瓷的力學(xué)強(qiáng)度可在原基礎(chǔ)上大幅度增長(zhǎng)，獲得具有超高強(qiáng)度的氧化鋁陶瓷。

特點(diǎn)編輯

1. 硬度大

經(jīng)中科院上海硅酸鹽研究所測(cè)定，其洛氏硬度為HRA80-90，硬度僅次于金剛石，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)耐磨鋼和不銹鋼的耐磨性能。

2. 耐磨性能極好

經(jīng)中南大學(xué)粉末冶金研究所測(cè)定，其耐磨性相當(dāng)于錳鋼的266倍，高鉻鑄鐵的171.5倍。根據(jù)我們十幾年來(lái)的客戶跟蹤調(diào)查，在同等工況下，可至少延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命十倍以上。

3. 重量輕

其密度為3.5g/cm3，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設(shè)備負(fù)荷。

燒結(jié)設(shè)備編輯

氧化鋁陶瓷燒結(jié)設(shè)備：

工作室尺寸：13720長(zhǎng)/280x2寬/450高（含推板）

推板尺寸：240L/270W/40H/mm，材料：特級(jí)耐玉莫來(lái)石（DGM90）

額定功率：約210KW

恒溫功率：約130KW（受產(chǎn)品重量、溫度、推進(jìn)速度影響，供參考）

高溫區(qū)額定工作溫度：1400℃

控溫點(diǎn)數(shù)：10點(diǎn)

儀表控溫精度：±2℃（穩(wěn)態(tài)后）。

爐側(cè)壁表面溫升：≤55℃(裝飾板外表面中心位置)。

推進(jìn)速度：500～1500mm/h（連續(xù)可調(diào)）

保溫時(shí)間：5h（由推進(jìn)速度調(diào)節(jié)，推進(jìn)速度：980mm/h）

主推進(jìn)機(jī)推力：3T

工作電源：3相4線，380V

電窯最大實(shí)體尺寸：約16000L/1800W/1700H mm

技術(shù)指標(biāo)編輯

耐磨陶瓷主要技術(shù)指標(biāo)

項(xiàng)目 指標(biāo)

氧化鋁陶瓷含量 ≥92%

密度 ≥3.6 g/cm3

洛氏硬度 ≥80 HRA

抗壓強(qiáng)度 ≥850 Mpa

斷裂韌性KΙC ≥4.8MPa·m1/2

抗彎強(qiáng)度 ≥290MPa

導(dǎo)熱系數(shù) 20W/m.K

熱膨脹系數(shù)： 7.2×10-6m/m.K

現(xiàn)狀及趨勢(shì)編輯

一、現(xiàn)狀的分析

改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展,隨著我國(guó)加入 WTO,建筑陶瓷工業(yè)又面臨著一次空前的發(fā)展機(jī)遇,同時(shí)也面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。 我國(guó)建筑陶瓷企業(yè)主要分布在東南沿海一帶,如廣東的佛山、福建的晉江、浙江的溫州、河北的唐山、山東的淄博和濰坊等地。企業(yè)過(guò)分集中于少數(shù)地區(qū),這種現(xiàn)狀雖然具有有利的一面,但我們也決不能忽略其不利的一面。第一,這種過(guò)于集中的特點(diǎn)會(huì)造成嚴(yán)重的局部重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi),不利于我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)的全面、可持續(xù)發(fā)展;第二,容易造成企業(yè)間的惡性競(jìng)爭(zhēng),不利于我國(guó)建筑陶瓷工業(yè)的健康發(fā)展;第三,容易造成產(chǎn)品的局部供大于求,而過(guò)剩部分的產(chǎn)品要外銷特別是銷往較遠(yuǎn)的(如東北、西北等)地區(qū),銷售成本無(wú)疑會(huì)增加;第四,容易造成主要原材料的缺乏,這些原料長(zhǎng)期大量外購(gòu),也會(huì)增加生產(chǎn)成本。

二、發(fā)展趨勢(shì)

氧化鋁陶瓷作為先進(jìn)陶瓷中應(yīng)用最廣的一種材料，伴隨著整個(gè)行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：（1）技術(shù)裝備水平將快速提高： 計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了先進(jìn)陶瓷材料工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展，諸如自動(dòng)控制連續(xù)燒結(jié)窯爐、大功率大容量研磨設(shè)備、高性能制粉造粒設(shè)備等凈壓成型設(shè)備等先進(jìn)的成套設(shè)備有利地推動(dòng)了行業(yè)整體水平的提高，同時(shí)在生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等方面也都明顯改善;（2）產(chǎn)品質(zhì)量水平不斷提高：國(guó)內(nèi)微晶氧化鋁陶瓷制品從無(wú)到有，產(chǎn)業(yè)規(guī)模從小到大，產(chǎn)品質(zhì)量從低到較高，經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的歷程;（3）產(chǎn)業(yè)規(guī)模將迅速擴(kuò)大：微晶氧化鋁陶瓷制品作為其它行業(yè)或領(lǐng)域的基礎(chǔ)材料，受著其它行業(yè)發(fā)展水平的影響和限制。從氧化鋁陶瓷的應(yīng)用情況看，應(yīng)用范圍越來(lái)越寬，用量越來(lái)越大，特別是在防磨工程和建筑陶瓷生產(chǎn)方面的用量增加將更為顯著。