白剛玉(α-氧化鋁)由於其高熔點、高硬度、優異的化學穩定性和絕緣性能,在功能陶瓷領域有著廣泛的應用,以下就其具體的應用方向和優勢進行分析:
1.電子陶瓷
基板及封裝材料
白剛玉用於製造高頻電子元件(如LED、微波元件)的陶瓷基板(如Al₂O₃含量為96%~99.6%的Al₂O₃陶瓷),由於其熱導率高(約30W/m·K)、介電損耗訊號低,適用於高頻耗訊號。
絕緣元件
高壓開關、真空管絕緣環等利用其較高的電阻率(>10¹⁴Ω·cm)和耐電弧性。
優點:純度高(Na₂O含量<0.1%),避免因雜質而導致的電氣性能下降。
2.耐磨陶瓷
機械密封與軸承
白剛玉陶瓷的硬度(HV~2200)和耐磨性使其適用於化學泵浦、高速軸承等惡劣環境,使用壽命比金屬材料提高5~10倍。
耐磨塗層
採用等離子噴塗將白剛玉粉塗到金屬表面,增強耐磨性。
優點:耐腐蝕性(耐酸、耐鹼性)比碳化矽、氮化矽好。
3.高溫陶瓷
熱電偶保護管及爐襯
白剛玉可長期耐1800℃(短期耐2000℃),用於高溫爐測溫元件的保護或燒結爐襯。
耐火材料
作為添加劑,提高其他抗火材料的抗熱震性和強度。
優點:熱膨脹係數低(8×10⁻⁶/℃),抗熱震性佳。
4.生物陶瓷
牙科及骨科植入物
高純度白剛玉(如99.5%Al₂O₃)用於人工關節和牙科植入物,具有優良的生物相容性,無排斥反應。
優點:表面光潔度高(Ra<0.02μm),減少組織摩擦損傷。
5.光學透明陶瓷
高壓鈉燈管
採用透明氧化鋁陶瓷(透光率>95%),用於高亮度照明,耐高溫鈉蒸氣腐蝕。
雷射窗口材質
白剛玉陶瓷在紫外線至紅外線波段有良好的透光率。
關鍵工序:需採用超細粉末(粒徑<0.1μm)並真空燒結以獲得高緻密度。
6.感測器陶瓷
氣體/濕度感測器基質
採用多孔白剛玉陶瓷作為載體,負載敏感材料(如ZnO、SnO₂),利用其穩定性、比表面積大等優點。
優點:化學惰性,避免基質與敏感材料反應。
7.其他功能應用
催化劑載體
具有高比表面積的多孔Al₂O₃用於汽車廢氣淨化(如三元催化劑)。
核工業屏蔽材料
吸收中子輻射,耐高溫輻照。
製程要點
粉末製備:需控制α-Al₂O₃晶體轉變(通常由煅燒氫氧化鋁或硫酸鋁取得)。
燒結助劑:添加MgO(0.1%~0.5%),抑制異常晶粒長大,提升緻密度。
成型技術:乾壓、等靜壓或射出成型,依零件的複雜程度選擇。