氧化铝陶瓷的性能及主要应用

氧化铝陶瓷因其耐高温、耐腐蚀、耐酸等多个优良性质，成为备受喜好的一种材料，应用范围非常广泛，今天钧杰陶瓷带大家了解化铝陶瓷的性能及主要应用。
氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，工程实际应用的氧化铝陶瓷一般Al2O3含量在75%~99.9%之间。通常以配料中的Al2O3含量来分类，含量在75％左右称为“75”瓷，含量在85％的称为“85”瓷，含量在95%的为“95”瓷，含量在99％的为“99”瓷。
Al2O3陶瓷的性能
Al2O3陶瓷的用途非常广泛，因Al2O3含量的不同，其性能便有所不同，用途也各异。下文我们来看看氧化铝陶瓷有何特别之处。
1.机械强度高
Al2O3瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa，热压产品可达500MPa。Al2O3成分愈纯，强度愈高。强度在高温下可维持到900℃，如下图所示。利用Al2O3瓷的机械强度，可制成装置瓷和其他机械构件。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可达到9，加上具有优良的抗磨损性能等，所以广泛地用于制造刀具、磨轮、陶瓷钉、轴承等，其中以Al2O3陶瓷刀具和工业用阀应用最广。

氧化铝陶瓷抗弯强度与温度的关系
2.电阻率高，电绝缘性能好
常温电阻率1015Ω·cm，绝缘强度15kV/mm，利用其绝缘性和强度，可以制成基板、管座、火花塞、电路外壳。
3.硬度高
莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。用Al2O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，能够以高的切削速度获得高的精度。
4.熔点高，抗腐蚀
熔点2050℃，能较好地抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ta、Mn、Fe、Co等熔融金属的侵蚀。对NaOH、玻璃、炉渣的侵蚀也有很高的抵抗能力。在惰性气氛中不与Si、P、Sb、Bi作用。因此可用作耐火材料、炉管、玻璃拉丝坩、空心球、纤维、热电偶保护套等。
5.化学稳定性优良
许多复合的硫化物、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、盐酸、硝酸、氢氟酸不与Al2O3作用。因此Al2O3可以制成纯金属和单晶生长的坩锅、人体关节、人工骨等。

6.光学特性
可以制成透光材料（透明Al2O3瓷），用以制造钠蒸气灯管、微波整流罩、红外窗口、激光振荡元件等。
7.离子导电性
用作太阳能电池材料和蓄电池材料。
Al2O3陶瓷的主要应用
1.机械方面
Al2O3陶瓷刀具由于具有硬度高、高温力学性能强、耐磨性能好、化学稳定性好、不易与金属发生黏结等特点，大量应用于硬材料切割、高速钢切割、超高速切割等一些难加工材料的切割。Al2O3陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬质合金刀具高，可大幅提高对不同材料的切削效率。
①纯Al2O3陶瓷刀具：纯Al203陶瓷刀具是指仅含有少量其他氧化物的高纯Al2O3陶瓷，其中Al2O3纯度99%以上。在纯Al2O3陶瓷中可以添加Zr02作为烧结助剂来提高它的断裂韧性。在制备陶瓷刀具中实现了对原来纯度和晶粒尺寸的有效控制，以及添加其他成分构成两相或以固溶体形式存在于基体之中的Al2O3基复合陶瓷和晶须增强陶瓷。这些技术弥补了纯Al2O3陶瓷的不足，从而提高了它的切削性能和耐用度。因为纯Al2O3陶瓷刀具高温性能、耐磨损性较好，但抗弯强度较低、抗抗冲击能力差的特点，目前它越来越多地被各种复合Al2O3陶瓷刀具所替代。
②复合Al2O3陶瓷刀具：在复合陶瓷中，有几种复合方向：Al2O3-碳化物陶瓷刀具、Al2O3-碳化物-金属陶瓷刀具、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）可以提高它的强度、耐磨性、抗冲击性以及高温性能等，在添加物之中，其中以添加TiC的应用最多，与纯Al2O3陶瓷相比，Al2O3-碳化物复合陶瓷的抗弯强度无论是常温还是高温都优于纯Al2O3陶瓷。此复合刀具适合于高速粗、精加工耐磨铸铁、淬硬钢及高强度钢等难加工材料。
③增韧Al2O3陶瓷刀具：增韧Al2O3陶瓷刀具是指在Al2O3基体中添加增韧或增强材料。目前常用的增韧方法有：Zr02相变增韧、晶须增韧、第二相颗粒弥散增韧等。

2.工业方面
目前，工业用阀门种类繁多，氧化铝工业用阀常用的是旋塞阀、闸阀、截止阀、球阀等。
①球阀：球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用。
②旋塞阀：它广泛地应用于油田开采、输送和精练设备中，同时也广泛用于石油化工、化工、煤气、天然气、液化石油气、暖通行业以及一般工业中。
③闸阀、截止阀：它可广泛用于自来水、污水、建筑、石油、化工、食品、医药、轻纺、电力、船舶、冶金、能源系统等体管线上作为调节和截流装置使用。

95%Al2O3陶瓷密封环和球阀
3.电子、电力方面
在电子、电力方面，有各种Al2O3陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种Al2O3陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等，其中以Al2O3透明陶瓷和基片应用最广。
4.化工方面
在化工应用方面Al2O3陶瓷也有较广泛的用途，如Al2O3陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等，其中以Al2O3陶瓷膜、涂层研究和应用最多。
①Al2O3陶瓷膜：膜分为有机高分子膜和无机膜等，自20世纪80年代以来，Al2O3陶瓷膜特别是多孔Al2O3陶瓷膜的研制与开发得到了大幅度的提升，在膜领域占据了重要的地位。Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量的应用，因此陶瓷无机膜日益受到科技界与工业界的广泛关注。

②Al2O3涂层：钛合金材料高温氧化严重，为了提高其使用性能，可以在钛合金材料表面涂覆Al2O3涂层，这样也可以使钛合金材料的耐腐蚀和抗高温氧化等特性提高。

5.医学方面
在医学方面Al2O3更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。Al2O3陶瓷具有优良的生物相容性、生物惰性、理化稳定性及高硬度、高耐磨性，是制备人造骨和人造关节的理想材料。但它具有和其他陶瓷材料一样的缺点，如脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等，因此需要进一步研究应用。
6.建筑卫生陶瓷方面
在建筑卫生陶瓷方面，Al2O3陶瓷产品随处可见，如Al2O3陶瓷衬砖、研磨介质、棍棒、陶瓷保护管以及Al2O3质耐火材料等。其中以Al2O3球磨介质应用最广。Al2O3球磨介质具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀且价格低廉等特点，因此大部分的建筑卫生陶瓷方面的原材料都用Al2O3球磨介质加工。

陶瓷衬砖衬板等
7.其他方面
Al2O3陶瓷是目前新材料中研究最多、应用最广的材料之一，除了以上的几种应用外，它还广泛应用于其他一些高科技领域，如航空航天、高温工业炉、复合增强等领域。
①航空航天：在航空航天方面应用较多的是Al2O3基纤维，它具有高强度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等多种性能。Al2O3可以制备成高温耐热纤维，用于航天飞机上的隔热瓦和柔性隔热材料等。不仅如此，利用Al2O3纤维还可以用来增强金属基和陶瓷基复合材料，大量用于超音速喷气式飞机中的喷管及火箭发动机中的垫圈。
②高温工业炉：在高温工业炉领域中主要是用Al2O3基短纤维材料作为保温耐火材料，因为它具有密度小、隔热性好、热容量小等优点。这些优点不仅可以减轻高温炉的重量，而且使高温炉控温精确，进而更加节能。
③复合增强：Al2O3纤维增强金属基复合材料具有力学性能好、耐磨性高、膨胀系数低、硬度高等特点，这是因为Al2O3纤维与金属基体之间浸润性好、界面反应低。这些材料已经在汽车活塞、空气压缩机叶片的制造中得到了应用。Al2O3纤维还与树脂的结合性好，因它可以制备成Al2O3/树脂复合材料，它具有弹性大、硬度高等特点，可应用于钓鱼竿、高尔夫球杆、滑雪板、网球拍等体育器材制造行业。
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