氧化铝微晶陶瓷是指以高纯α-Al2O3粉为主要原料，经陶瓷工艺制成的晶相晶粒尺寸小于6μm，并以刚玉为主晶相的氧化铝陶瓷材料，其具有高熔点、高硬度、机械性能好、耐蚀、绝缘等优良特性。

耐磨氧化铝微晶陶瓷球

    氧化铝微晶陶瓷通常分可为高纯型与普通型两种。高纯型微晶氧化铝陶瓷指Al2O3含量在99.9％以上的氧化铝陶瓷材料，其烧结温度高达1650～1990℃，透射波长在1～6μm范围，利用其透光性及可耐碱金属腐蚀等性能，常用作高压钠灯灯管。普通型微晶氧化铝陶瓷按Al2O3含量不同可分为99、95、92、90、85瓷等品种（有时Al2O3含量在80％或75％者也被划为普通氧化铝陶瓷系列）。其中，99氧化铝陶瓷材料常被用于制作高温坩埚、耐火炉管及其他特殊耐磨材料（如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片），在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料，在化工行业常用于催化剂载体等；95、92、90氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨损材料与耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与铌、钽等金属封接，用作电真空装置器件等。

    一、氧化铝微晶陶瓷材料制备工艺

    氧化铝微晶陶瓷材料制备工艺如下：

图2 氧化铝微晶陶瓷材料制备工艺流程图

    1 原料制备

    一般应用于陶瓷工业的氧化铝原料主要有工业氧化铝和电熔刚玉。

    （1）工业氧化铝

    工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿（由铝的氢氧化物，如一水硬铝石、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成））为原料，通过化学法（主要是碱法，多采用拜尔碱石灰法）处理，除去硅、铁、钛等杂质，制备出氢氧化铝经煅烧而制得，其矿物成分绝大部分是γ-Al2O3。工业氧化铝是白色松散的结晶粉末，颗粒是由许多粒径小于0.1μm的γ-Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体，其孔隙率约为30%，平均颗粒粒径为40～70μm。工业氧化铝的三项主要杂质成分中，Na2O和Fe2O3会降低氧化铝瓷件的电性能。Na2O的含量应在0.5%～0.6%，Fe2O3含量应小于0.04%。另外，在电真空瓷件中，工业氧化铝中不得含有氯化物、氟化物等，因为它们能侵蚀电真空装置。

    （2）电熔刚玉

    电熔刚玉是以工业氧化铝或富含铝的原料在电弧炉中熔融，缓慢冷却使晶体析晶出来，其Al2O3含量可达99%以上，Na2O含量可减少至0.1%～0.3%。电熔刚玉的矿物组成主要是α-Al2O3，纯正的电熔刚玉呈白色，称为白刚玉；熔制时加入氧化铬，可制成红色的铬刚玉；加入氧化锆时可制成锆刚玉；电熔刚玉中含有TiO2则称钛刚玉。这一系列的电熔刚玉由于熔点高硬度大，是制造高级耐火材料、高硬磨料磨具的优质原料。

    2 氧化铝粉体制备

    将合格的高温氧化铝粉体，根据产品性能的要求与成型工艺的特点，按配方配料后经研磨设备（球磨机、搅拌磨等）加工至要求细度，制备出合格的坯用粉体浆料。采用半自动或全自动干压成型，对粉体有一定的工艺参数要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理（粉料颗粒呈现圆球状），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（如硬脂酸铝等）及粘结剂PVA。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散、颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。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；有机粘结剂应与氧化铝粉体均匀混合，以利于成型操作。采用热压铸工艺成型时可不加入粘结剂。

    3 成型

    氧化铝微晶陶瓷制品成型方法常采用的有：干压、注浆、挤出、等静压（干法、湿法）、注凝、流延、热压铸、离心注浆等。不同的产品，因其形状、尺寸、造型复杂与精度各异，需要采用合理的成型方法。

    4 烧成

    目前除一些高附加值氧化铝微晶陶瓷产品或国防军工需用的特殊零部件，如陶瓷轴承、反射镜、核燃料及枪管等制品采用热等静压烧成方法外，大部分采用普通常压烧结技术。有些氧化铝微晶陶瓷材料在完成烧结后，尚需进行冷加工。由于氧化铝微晶陶瓷材料硬度较高，需用更硬的研磨抛光砖材料对其作精加工，如SiC、C或金刚钻等。通常采用由粗到细磨料逐级磨削，最终表面抛光，一般可采用小于1μm微米的Al2O3微粉或金刚钻膏进行研磨抛光。此外激光加工及超声波加工研磨及抛光方法亦可采用，有些氧化铝微晶陶瓷零件还需与其它材料作封装处理。

    二、氧化铝微晶陶瓷的应用

    1 非金属矿深加工行业

    目前全世界每年通过破碎和磨矿的非金属矿物达数十亿吨，需要大量微晶氧化铝陶瓷研磨介质及其它各种研磨介质。由于微晶氧化铝陶瓷研磨介质优良的耐磨性能以及高品质陶瓷产品对研磨介质的要求，未来微晶氧化铝陶瓷研磨介质逐步取代其它研磨介质将成为必然趋势。

    2 石化行业

    在现代燃料工业和化学工业的生产中，80%以上采用了催化过程。催化剂是影响化学反应的重要媒介物，是许多化工产品开发生产的关键。氧化铝作为吸附剂、催化剂、催化剂载体具有比表面积大、活性高、吸附能力强和良好的耐压、耐腐蚀等特点，广泛用于石油炼制、石油化工、化肥、天然气及环保等行业。

    3 电子行业

    氧化铝电子陶瓷基片产品作为厚膜集成电路、聚焦电位器、致冷器、覆铜板、网络电阻、臭氧发生器等的基础元件广泛应用于微电子行业。随着我国电子工业特别是微电子工业的迅速发展，对氧化铝陶瓷基片的需求量不断增大。

    4 其它行业

    氧化铝微晶陶瓷的耐磨性是锰钢的260倍、高铬铸铁的171倍，在钢铁行业、火力发电的输料、配料制粉、排灰除尘系统及其它防磨工程中应用能大大减少设备的物料磨损，使设备使用寿命延长，生产运营综合成本下降，且不会对环境产生任何危害。在高速、高温、重磨损、强腐蚀等恶劣工作环境下，设备的腐蚀毁坏严重。由于微晶氧化铝陶瓷制品具有良好的防腐蚀性和耐磨性，是较强侵蚀环境下替代金属及塑料的理想材料且其应用已经展现出不断增长的势头，成为最具前景的耐磨损、抗腐蚀的材料之一。

    氧化铝微晶陶瓷在军事领域也有许多应用，如作为飞机、车辆和人员的防弹装甲。目前，国内外已把高纯氧化铝微晶陶瓷作为高温结构的首选陶瓷材料，在军用和民用领域进行重点的研究与开发。

    参考文献：

    1、张巨先，高纯微晶氧化铝陶瓷的研制，真空电子技术。

    2、朱志斌等，氧化铝陶瓷的发展与应用，陶瓷。

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责任编辑：殷鹏飞

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