中國粉體網(wǎng)訊 高純氧化鋁陶瓷是以高純超細(xì)氧化鋁為主要原料，α-Al2O3為主要晶相組成的重要的陶瓷材料。高純氧化鋁陶瓷因具有機械強度高、硬度大、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能在機械、電子、集成電路、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
半導(dǎo)體設(shè)備精密部件
據(jù)了解，半導(dǎo)體設(shè)備中會用到大量的精密陶瓷零部件，而這些陶瓷部件能占到半導(dǎo)體設(shè)備成本的10%以上，其中氧化鋁陶瓷是較為常用的精密部件用陶瓷材料。
拋光板，來源：日本京瓷
例如在半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備中，刻蝕機腔室材料作為晶圓污染的主要來源，等離子刻蝕對其影響程度決定了晶圓的良率、質(zhì)量、刻蝕工藝的穩(wěn)定性等等。因此，研究和開發(fā)出一種極其耐刻蝕腔體材料成為半導(dǎo)體集成產(chǎn)業(yè)以及等離子刻蝕技術(shù)中一項極具挑戰(zhàn)的任務(wù)。當(dāng)前，主要采用高純Al2O3涂層或Al2O3陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內(nèi)部件的防護材料。除了腔體以外，等離子體設(shè)備的氣體噴嘴，氣體分配盤和固定晶圓的固定環(huán)等也需用到高純氧化鋁陶瓷。再例如在晶圓拋光工藝中，氧化鋁陶瓷可被廣泛應(yīng)用于拋光板、拋光磨墊校正平臺、真空吸盤等。
機械方面
高純氧化鋁陶瓷具有優(yōu)良的機械性能，采用常壓燒結(jié)方法可制備抗折強度約為 250 MPa的氧化鋁陶瓷，而采用熱壓燒結(jié)方法制備的高純氧化鋁陶瓷，其抗折強度可達(dá)500MPa，硬度可達(dá)9GPa(莫氏硬度)。利用高純氧化鋁陶瓷的這些特性，可將其用作磨輪、陶瓷釘?shù)龋渲袘?yīng)用最為廣泛的是高純氧化鋁陶瓷刀具和高純氧化鋁瓷球。但是，由于高純氧化鋁陶瓷的斷裂韌性和抗熱震性比較差，通常需要向氧化鋁中引入第二相，如 ZrO2等，以改善高純氧化鋁陶瓷材料的韌性和抗熱震性。此外，通過細(xì)化晶粒，制備出晶粒尺寸小且分布均勻的高純氧化鋁陶瓷，其強度和韌性也可在一定程度上得到顯著提高。
電子、電力方面
高純氧化鋁陶瓷的高頻介電損耗小，絕緣性能優(yōu)良，可用于制備絕緣性器件、陶瓷基板及透明氧化鋁陶瓷等。其中，應(yīng)用比較廣泛的為陶瓷基板與透明氧化鋁陶瓷，在許多特種光學(xué)儀器、照明設(shè)備及空間衛(wèi)星設(shè)備等方面得到越來越廣泛的應(yīng)用。
LED氧化鋁陶瓷電路板，圖源：金瑞欣特種電路
陶瓷基板方面，氧化鋁陶瓷基片是當(dāng)代電子信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最廣的基板材料，是集成電路芯片的基礎(chǔ)材料。例如在LED照明領(lǐng)域，主流基板的熱膨脹系數(shù)為14~17×10-6/K，在溫差過大、溫度劇變的情況下，PCB會比芯片封片封裝膨脹得更劇烈，導(dǎo)致脫焊問題。在這種困擾之下，氧化鋁陶瓷基板的熱膨脹系數(shù)和芯片的熱膨脹系數(shù)更為接近，能有效避免類似情況。
透明氧化鋁陶瓷方面，自1959年Coble博士第一個研發(fā)制備了透明氧化鋁陶瓷（也稱透明多晶氧化鋁陶瓷）后，透明氧化鋁陶瓷的研究和應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。與玻璃相比，透明氧化鋁陶瓷具有更高的強度，硬度以及韌性，而且其優(yōu)良的抗表面磨損性能也是玻璃無法媲美的；而與單晶材料相比較，透明氧化鋁陶瓷的制備溫度要更低，生產(chǎn)周期也更短。正是因為透明氧化鋁陶瓷具備這些性能才使其成為了研究的熱點，使其在光學(xué)、特種儀器的制備、照明、電子技術(shù)、高溫技術(shù)、國防軍事以及航空航天等領(lǐng)域都獲得了極為廣泛的應(yīng)用。例如，利用透明氧化鋁陶瓷的透光性、耐腐蝕性和高溫穩(wěn)定性，可以將其制作成發(fā)光電弧管應(yīng)用于高壓鈉燈。
醫(yī)學(xué)方面
生物醫(yī)學(xué)材料可以對人體機能進(jìn)行修復(fù)但不會對人體產(chǎn)生不良特性，醫(yī)療衛(wèi)生組織對生物醫(yī)用材料的要求非常嚴(yán)格。不僅要求材料具有生物相容性，也需具備無毒、環(huán)保耐用等特性。高純氧化鋁陶瓷因具有的良好的生物相容性、機械性能以及化學(xué)穩(wěn)定性，將其植入人體，不會引起人體的排斥反應(yīng)，可廣泛用于制備人造骨、螺栓及人造關(guān)節(jié)等，在臨床和科研上已經(jīng)得到認(rèn)可。
高純氧化鋁陶瓷的特殊性能及應(yīng)用之所以區(qū)別于普通氧化鋁陶瓷在于其高純度，同時對其粒度、分散性等也有很高的要求，這便對高純氧化鋁粉體的制備是個考驗。9月27日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇·揚州舉辦2024全國高純氧化鋁粉體制備技術(shù)及應(yīng)用交流大會。我們邀請到湖南大學(xué)肖漢寧教授出席本次大會并作題為《高純氧化鋁粉體制備及其在高技術(shù)陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用》的報告。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除
