氧化鋁陶瓷的性能及主要應(yīng)用

氧化鋁陶瓷因其耐高溫、耐腐蝕、耐酸等多個(gè)優(yōu)良性質(zhì)，成為備受喜好的一種材料，應(yīng)用范圍非常廣泛，今天鈞杰陶瓷帶大家了解化鋁陶瓷的性能及主要應(yīng)用。
氧化鋁陶瓷是一種以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料，工程實(shí)際應(yīng)用的氧化鋁陶瓷一般Al2O3含量在75%~99.9%之間。通常以配料中的Al2O3含量來(lái)分類，含量在75％左右稱為“75”瓷，含量在85％的稱為“85”瓷，含量在95%的為“95”瓷，含量在99％的為“99”瓷。
Al2O3陶瓷的性能
Al2O3陶瓷的用途非常廣泛，因Al2O3含量的不同，其性能便有所不同，用途也各異。下文我們來(lái)看看氧化鋁陶瓷有何特別之處。
1.機(jī)械強(qiáng)度高
Al2O3瓷燒結(jié)產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度可達(dá)250MPa，熱壓產(chǎn)品可達(dá)500MPa。Al2O3成分愈純，強(qiáng)度愈高。強(qiáng)度在高溫下可維持到900℃，如下圖所示。利用Al2O3瓷的機(jī)械強(qiáng)度，可制成裝置瓷和其他機(jī)械構(gòu)件。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可達(dá)到9，加上具有優(yōu)良的抗磨損性能等，所以廣泛地用于制造刀具、磨輪、陶瓷釘、軸承等，其中以Al2O3陶瓷刀具和工業(yè)用閥應(yīng)用最廣。

氧化鋁陶瓷抗彎強(qiáng)度與溫度的關(guān)系
2.電阻率高，電絕緣性能好
常溫電阻率1015Ω·cm，絕緣強(qiáng)度15kV/mm，利用其絕緣性和強(qiáng)度，可以制成基板、管座、火花塞、電路外殼。
3.硬度高
莫氏硬度為9，加上優(yōu)良的抗磨損性，所以廣泛地用以制造刀具、磨輪、磨料、拉絲模、擠壓模、軸承等。用Al2O3陶瓷刀具加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)零件時(shí)，能夠以高的切削速度獲得高的精度。
4.熔點(diǎn)高，抗腐蝕
熔點(diǎn)2050℃，能較好地抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ta、Mn、Fe、Co等熔融金屬的侵蝕。對(duì)NaOH、玻璃、爐渣的侵蝕也有很高的抵抗能力。在惰性氣氛中不與Si、P、Sb、Bi作用。因此可用作耐火材料、爐管、玻璃拉絲坩、空心球、纖維、熱電偶保護(hù)套等。
5.化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良
許多復(fù)合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、氮化物、溴化物、碘化物、氧化物以及硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸不與Al2O3作用。因此Al2O3可以制成純金屬和單晶生長(zhǎng)的坩鍋、人體關(guān)節(jié)、人工骨等。

6.光學(xué)特性
可以制成透光材料（透明Al2O3瓷），用以制造鈉蒸氣燈管、微波整流罩、紅外窗口、激光振蕩元件等。
7.離子導(dǎo)電性
用作太陽(yáng)能電池材料和蓄電池材料。
Al2O3陶瓷的主要應(yīng)用
1.機(jī)械方面
Al2O3陶瓷刀具由于具有硬度高、高溫力學(xué)性能強(qiáng)、耐磨性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、不易與金屬發(fā)生黏結(jié)等特點(diǎn)，大量應(yīng)用于硬材料切割、高速鋼切割、超高速切割等一些難加工材料的切割。Al2O3陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬質(zhì)合金刀具高，可大幅提高對(duì)不同材料的切削效率。
①純Al2O3陶瓷刀具：純Al203陶瓷刀具是指僅含有少量其他氧化物的高純Al2O3陶瓷，其中Al2O3純度99%以上。在純Al2O3陶瓷中可以添加Zr02作為燒結(jié)助劑來(lái)提高它的斷裂韌性。在制備陶瓷刀具中實(shí)現(xiàn)了對(duì)原來(lái)純度和晶粒尺寸的有效控制，以及添加其他成分構(gòu)成兩相或以固溶體形式存在于基體之中的Al2O3基復(fù)合陶瓷和晶須增強(qiáng)陶瓷。這些技術(shù)彌補(bǔ)了純Al2O3陶瓷的不足，從而提高了它的切削性能和耐用度。因?yàn)榧傾l2O3陶瓷刀具高溫性能、耐磨損性較好，但抗彎強(qiáng)度較低、抗抗沖擊能力差的特點(diǎn)，目前它越來(lái)越多地被各種復(fù)合Al2O3陶瓷刀具所替代。
②復(fù)合Al2O3陶瓷刀具：在復(fù)合陶瓷中，有幾種復(fù)合方向：Al2O3-碳化物陶瓷刀具、Al2O3-碳化物-金屬陶瓷刀具、Al2O3-氮化物或硼化物陶瓷刀具等。例如，Al2O3-碳化物陶瓷刀具，在Al2O3中添加一定的碳化物（TiC、WC、TaC、NbC、Mo,C、Cr,C2等）可以提高它的強(qiáng)度、耐磨性、抗沖擊性以及高溫性能等，在添加物之中，其中以添加TiC的應(yīng)用最多，與純Al2O3陶瓷相比，Al2O3-碳化物復(fù)合陶瓷的抗彎強(qiáng)度無(wú)論是常溫還是高溫都優(yōu)于純Al2O3陶瓷。此復(fù)合刀具適合于高速粗、精加工耐磨鑄鐵、淬硬鋼及高強(qiáng)度鋼等難加工材料。
③增韌Al2O3陶瓷刀具：增韌Al2O3陶瓷刀具是指在Al2O3基體中添加增韌或增強(qiáng)材料。目前常用的增韌方法有：Zr02相變?cè)鲰g、晶須增韌、第二相顆粒彌散增韌等。

2.工業(yè)方面
目前，工業(yè)用閥門種類繁多，氧化鋁工業(yè)用閥常用的是旋塞閥、閘閥、截止閥、球閥等。
①球閥：球閥的主要特點(diǎn)是本身結(jié)構(gòu)緊湊，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，密封面與球面常在閉合狀態(tài)，不易被介質(zhì)沖蝕，易于操作和維修，適用于水、溶劑、酸和天然氣等一般工作介質(zhì)，而且還適用于工作條件惡劣的介質(zhì)，如氧氣、過(guò)氧化氫、甲烷和乙烯等，在各行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
②旋塞閥：它廣泛地應(yīng)用于油田開(kāi)采、輸送和精練設(shè)備中，同時(shí)也廣泛用于石油化工、化工、煤氣、天然氣、液化石油氣、暖通行業(yè)以及一般工業(yè)中。
③閘閥、截止閥：它可廣泛用于自來(lái)水、污水、建筑、石油、化工、食品、醫(yī)藥、輕紡、電力、船舶、冶金、能源系統(tǒng)等體管線上作為調(diào)節(jié)和截流裝置使用。

95%Al2O3陶瓷密封環(huán)和球閥
3.電子、電力方面
在電子、電力方面，有各種Al2O3陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各種Al2O3陶瓷電絕緣瓷件、電子材料、磁性材料等，其中以Al2O3透明陶瓷和基片應(yīng)用最廣。
4.化工方面
在化工應(yīng)用方面Al2O3陶瓷也有較廣泛的用途，如Al2O3陶瓷化工填料球、無(wú)機(jī)微濾膜、耐腐蝕涂層等，其中以Al2O3陶瓷膜、涂層研究和應(yīng)用最多。
①Al2O3陶瓷膜：膜分為有機(jī)高分子膜和無(wú)機(jī)膜等，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，Al2O3陶瓷膜特別是多孔Al2O3陶瓷膜的研制與開(kāi)發(fā)得到了大幅度的提升，在膜領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位。Al2O3陶瓷膜在凈化工業(yè)用水加工、海水淡化、氣體分離、催化反應(yīng)等方面都具有大量的應(yīng)用，因此陶瓷無(wú)機(jī)膜日益受到科技界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

②Al2O3涂層：鈦合金材料高溫氧化嚴(yán)重，為了提高其使用性能，可以在鈦合金材料表面涂覆Al2O3涂層，這樣也可以使鈦合金材料的耐腐蝕和抗高溫氧化等特性提高。

5.醫(yī)學(xué)方面
在醫(yī)學(xué)方面Al2O3更多的是用于制造人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工牙齒等。Al2O3陶瓷具有優(yōu)良的生物相容性、生物惰性、理化穩(wěn)定性及高硬度、高耐磨性，是制備人造骨和人造關(guān)節(jié)的理想材料。但它具有和其他陶瓷材料一樣的缺點(diǎn)，如脆性大、斷裂韌性低、機(jī)加工技術(shù)難度高、工藝復(fù)雜等，因此需要進(jìn)一步研究應(yīng)用。
6.建筑衛(wèi)生陶瓷方面
在建筑衛(wèi)生陶瓷方面，Al2O3陶瓷產(chǎn)品隨處可見(jiàn)，如Al2O3陶瓷襯磚、研磨介質(zhì)、棍棒、陶瓷保護(hù)管以及Al2O3質(zhì)耐火材料等。其中以Al2O3球磨介質(zhì)應(yīng)用最廣。Al2O3球磨介質(zhì)具有合適的硬度、適中的密度、耐磨、耐腐蝕且價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此大部分的建筑衛(wèi)生陶瓷方面的原材料都用Al2O3球磨介質(zhì)加工。

陶瓷襯磚襯板等
7.其他方面
Al2O3陶瓷是目前新材料中研究最多、應(yīng)用最廣的材料之一，除了以上的幾種應(yīng)用外，它還廣泛應(yīng)用于其他一些高科技領(lǐng)域，如航空航天、高溫工業(yè)爐、復(fù)合增強(qiáng)等領(lǐng)域。
①航空航天：在航空航天方面應(yīng)用較多的是Al2O3基纖維，它具有高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性能。Al2O3可以制備成高溫耐熱纖維，用于航天飛機(jī)上的隔熱瓦和柔性隔熱材料等。不僅如此，利用Al2O3纖維還可以用來(lái)增強(qiáng)金屬基和陶瓷基復(fù)合材料，大量用于超音速噴氣式飛機(jī)中的噴管及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的墊圈。
②高溫工業(yè)爐：在高溫工業(yè)爐領(lǐng)域中主要是用Al2O3基短纖維材料作為保溫耐火材料，因?yàn)樗哂忻芏刃?、隔熱性好、熱容量小等?yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)不僅可以減輕高溫爐的重量，而且使高溫爐控溫精確，進(jìn)而更加節(jié)能。
③復(fù)合增強(qiáng)：Al2O3纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有力學(xué)性能好、耐磨性高、膨脹系數(shù)低、硬度高等特點(diǎn)，這是因?yàn)锳l2O3纖維與金屬基體之間浸潤(rùn)性好、界面反應(yīng)低。這些材料已經(jīng)在汽車活塞、空氣壓縮機(jī)葉片的制造中得到了應(yīng)用。Al2O3纖維還與樹(shù)脂的結(jié)合性好，因它可以制備成Al2O3/樹(shù)脂復(fù)合材料，它具有彈性大、硬度高等特點(diǎn)，可應(yīng)用于釣魚(yú)竿、高爾夫球桿、滑雪板、網(wǎng)球拍等體育器材制造行業(yè)。
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