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氧化铝陶瓷的卓越性能

2025-03-13 19:41:10

氧化物陶瓷作为结构材料,不仅在机械、化工、电子、能源、环保、航天等领域作为耐热、耐磨损、耐腐蚀、绝缘和抗氧化等结构材料得到广泛使用;而且一些氧化物陶瓷,如Al2O3、ZrO2、云母微晶玻璃陶瓷,由于其良好的生物相容性、化学稳定性、耐磨性及强度匹配性,因此自二十世纪七十年代以来一直作为生物陶瓷大量使用。例如用作人工关节、人工骨螺钉、人工中耳骨、牙科移植物等。特别是具有高强度、高韧性、耐磨损的Al2O3基复合陶瓷材料,作为人工髋关节和膝关节等生物陶瓷在国际上得到普遍使用。

Al2O3陶瓷具有优异的综合性能。主要包括:(a)硬度高(莫氏硬度为9)、耐磨性好;(b)良好的机械强度,抗弯强度通常可达300~500MPa;(c)耐热性能优异(连续使用温度可达1000℃以上);(d)电阻率高,电绝缘性能好,特别是具有优异的高温绝缘性和抗电压击穿性能,常温电阻率1015Ω·cm,绝缘强度15kv/mm以上;(e)化学稳定性好,硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸都不与Al2O3作用,许多复合的硫化物、磷化物、氯化物、氮化物、溴化物也不与Al2O3反应;(f)耐高温腐蚀性好,能较好地抵抗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;(g)透光性,可制成透明和半透明材料。

日本京瓷公司开发了Al2O3含量从70(wt%)至99.9(wt%)一系列牌号的氧化铝陶瓷,即可作为结构陶瓷亦可作为电子陶瓷或者结构-功能一体化材料,表-1示出日本京瓷公司生产的不同纯度的氧化铝陶瓷的体积密度、力学、热学、电学、耐化学腐蚀性能数据。

表-1 Al2O3含量从96至99.9 的氧化铝陶瓷性能数据

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正是由于Al2O3陶瓷上述优异的性能,应用的领域越来越广阔,在机械、化工、冶金、电子、能源、环保、航天、半导体及新能源汽车等行业发挥重要价值。

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图示:不同应用领域中的Al2O3陶瓷产品照片