Obwohl es viele verschiedene neue keramische Werkstoffe gibt, können sie grob in drei Kategorien unterteilt werden, je nach ihren Funktionen und Verwendungszwecken: Funktionskeramik (auch bekannt als Elektronikkeramik), Strukturkeramik (auch bekannt als Ingenieurkeramik) und biologische Keramik. Sie lassen sich in Oxidkeramik, Nitridkeramik, Boridkeramik, Karbidkeramik und Cermets unterteilen, je nach den unterschiedlichen Grundstoffe verwendet. Unter ihnen ist Aluminiumoxid-Keramik ein sehr wichtiges Material, und sein Rohstoff ist α-Tonerde-Pulver mit verschiedenen Spezifikationen.
Alpha-Aluminiumoxid wird aufgrund seiner hohen Festigkeit, hohen Härte, hohen Temperaturbeständigkeit, Abriebfestigkeit und einer Reihe ausgezeichneter Eigenschaften in großem Umfang für die Herstellung verschiedener neuer keramischer Werkstoffe verwendet. Es wird nicht nur als Pulverrohstoff für hochentwickelte Aluminiumoxidkeramiken wie Substrate für integrierte Schaltkreise, künstliche Edelsteine, Schneidewerkzeuge, künstliche Knochen usw. verwendet, sondern auch als Phosphorträger, hochentwickelte feuerfeste Materialien und spezielle Schleifmittel. Mit der Entwicklung der modernen Wissenschaft und Technologie erweitern sich die Anwendungsbereiche von α-Aluminiumoxid rapide, und auch die Marktnachfrage nimmt zu, so dass die Aussichten sehr vielfältig sind.
Anwendung von α-Aluminiumoxid in Funktionskeramiken
Unter Funktionskeramik versteht man Hochleistungskeramik, die ihre elektrischen, magnetischen, akustischen, optischen, thermischen und anderen Eigenschaften oder ihre Kopplungseffekte nutzt, um eine bestimmte Gebrauchsfunktion zu erfüllen. Sie haben isolierende, dielektrische, piezoelektrische, pyroelektrische und Halbleitereigenschaften. Da sie außerdem über ionische Leitfähigkeit, Supraleitfähigkeit und viele andere elektrische Eigenschaften verfügen, haben sie ein breites Spektrum an Funktionen und Verwendungsmöglichkeiten. Die wichtigsten praktischen Anwendungen sind derzeit Isolierkeramik für Substrate und Gehäuse integrierter Schaltkreise, Isolierkeramik für Automobilzündkerzen, dielektrische Keramik für Kondensatoren, die häufig in Fernsehgeräten und Videorekordern verwendet wird, piezoelektrische Keramik für verschiedene Zwecke und verschiedene Sensoren. Empfindliche Keramiken werden auch in Natriumhochdrucklampen usw. verwendet.
1. Isolierende Keramik für Zündkerzen
Isolierkeramik für Zündkerzen ist derzeit die größte Einzelanwendung von Keramik in Motoren. Da Aluminiumoxid eine hervorragende elektrische Isolierung, hohe mechanische Festigkeit, Hochspannungsfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit aufweist, sind aluminiumoxidisolierte Zündkerzen weltweit weit verbreitet. Für Zündkerzen wird gewöhnliches Alpha-Aluminiumoxid-Pulver mit niedrigem Natrium-Alpha-Aluminiummonoxid-Gehalt von ≤0,05% und einer durchschnittlichen Partikelgröße von 325 mesh benötigt.
2. Substrat und Verpackungsmaterialien für integrierte Schaltungen
Keramik, die als Substrat- und Verpackungsmaterial verwendet wird, ist Kunststoffen in folgenden Aspekten überlegen: hohe Isolationsfestigkeit, hohe chemische Beständigkeit, hohe Dichtigkeit, kann das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern, ist nicht reaktiv und verunreinigt kein hochreines Halbleitersilizium.
Die für Substrate und Verpackungsmaterialien für integrierte Schaltkreise erforderlichen Eigenschaften von α-Aluminiumoxid sind: Wärmeausdehnungskoeffizient 7,0×10-6/℃, Wärmeleitfähigkeit 20-30 W/K-m (Raumtemperatur), Dielektrizitätskonstante 9-12 (IMHz), dielektrischer Verlust 3~10-4(IMHz), Volumenwiderstand>1012-1014Ω-cm (Raumtemperatur).
Mit der hohen Leistung und dem hohen Integrationsgrad integrierter Schaltkreise steigen auch die Anforderungen an Substrate und Gehäusematerialien:
-Wenn die Wärmeentwicklung des Chips zunimmt, ist eine höhere Wärmeleitfähigkeit erforderlich.
-Da die Geschwindigkeit der arithmetischen Komponenten zunimmt, ist eine niedrige Dielektrizitätskonstante erforderlich.
-Der thermische Ausdehnungskoeffizient muss in der Nähe desjenigen von Silizium liegen. Dies stellt höhere Anforderungen an α-Aluminiumoxid, d.h. es entwickelt sich zu hoher Reinheit und Feinheit.
3. Natriumhochdruck-Leuchtstoffröhre
Feinkeramik, die aus hochreinem, ultrafeinem Aluminiumoxid als Rohstoff hergestellt wird, zeichnet sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, gute Isolierung und hohe Festigkeit aus. Es ist ein ausgezeichnetes optisches Keramikmaterial. Es handelt sich um einen transparenten Polykristall aus hochreinem Aluminiumoxid mit einer geringen Menge an Magnesia, Lanthanoxid oder Iridiumoxid und anderen Zusätzen, der durch Atmosphärensintern und Heißpresssintern hergestellt wird. Es widersteht der Korrosion von Hochtemperatur-Natriumdampf und kann als Hochdruck-Natriumdampflampe verwendet werden. Seine Lichteffizienz ist hoch.
Anwendung von α-Aluminiumoxid in der Strukturkeramik
Anwendung von α-Aluminiumoxid in der Biokeramik
Als anorganische biomedizinische Werkstoffe haben biokeramische Werkstoffe im Vergleich zu metallischen Werkstoffen und Polymerwerkstoffen keine toxischen Wirkungen und Nebenwirkungen und weisen eine gute Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit mit biologischen Geweben auf. Die Menschen schenken ihnen mehr und mehr Aufmerksamkeit. Die Forschung und die klinische Anwendung von keramischen Werkstoffen haben sich vom kurzfristigen Ersatz und der Füllung bis hin zur dauerhaften und festen Einpflanzung entwickelt, von biologisch inerten Materialien zu biologisch aktiven Materialien und mehrphasigen Verbundwerkstoffen.
In den letzten Jahren wurde poröse Aluminiumoxidkeramik aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit, ihrer Verschleißfestigkeit, ihrer hohen Temperaturstabilität und ihrer thermoelektrischen Eigenschaften zur Herstellung künstlicher Skelettgelenke, künstlicher Kniegelenke, künstlicher Oberschenkelköpfe, anderer künstlicher Knochen, künstlicher Zahnwurzeln und Knochen verwendet. Fixieren von Schrauben und Reparieren von Hornhaut, etc. Die Methode zur Kontrolle der Porengröße bei der Herstellung von poröser Aluminiumoxidkeramik ist: Mischen von Aluminiumoxidteilchen unterschiedlicher Größe, Aufschäumen der Teilchen und Sprühtrocknen der Teilchen. Die Aluminiumplatte kann auch anodisiert werden, um orientierte mikroporöse Poren im Nanomaßstab zu erzeugen.
Verglichen mit der obigen Methode kann die Sol-Gel-Methode die Kontrolle über die Porengrößenverteilung, den Phasenübergang, die Reinheit und die Mikrostruktur der porösen Aluminiumoxidkeramik weiter verbessern. Das Verfahren zur Herstellung von poröser Aluminiumoxidkeramik durch die Sol-Gel-Methode ist wie folgt: Aluminiumpulver wird in Aluminiumchloridlösung hydrolysiert, um Aluminiumsol zu erhalten, und das porenbildende Mittel wird direkt mit dem Aluminiumsol gemischt, und das Produkt wird geformt und gebrannt.
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