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氧化铝陶瓷简介

发布:jytjtc 浏览:707次
氧化铝陶瓷简介

  氧 化铝陶瓷是一种以氧化铝(AL2O3)为主体的材料,用于厚膜集成电路。氧 化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需 要注意的是需用超声波进行洗涤。氧 化铝陶瓷是一种用途广泛的陶瓷。因为其优越的性能,在 现代社会的应用已经越来越广泛,满 足于日用和特殊性能的需要。

  氧 化铝陶瓷分为高纯型与普通型两种。

  高纯型氧化铝陶瓷系Al2O3含量在99.9%以上的陶瓷材料,由于其烧结温度高达1650-1990℃,透射波长为1~6μm,一 般制成熔融玻璃以取代铂坩埚:利 用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管;在 电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。

  普 通型氧化铝陶瓷系按Al2O3含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种,有时Al2O3含量在80%或75%者 也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中99氧 化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐 火炉管及特殊耐磨材料,如陶瓷轴承、陶 瓷密封件及水阀片等;95氧 化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件;85瓷 中由于常掺入部分滑石,提 高了电性能与机械强度,可与钼、铌、钽等金属封接,有 的用作电真空装置器件。

  制作工艺

  粉体制备

  将 入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在1μm微米以下,若 制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在99.99%外,还 需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采 用挤压成型或注射成型时,粉 料中需引入粘结剂与可塑剂,一般为重量比在10-30%的热塑性塑胶或树脂?有 机粘结剂应与氧化铝粉体在150-200温度下均匀混合,以利于成型操作。采 用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若 采用半自动或全自动干压成型,对 粉体有特别的工艺要求,需 要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状,以 利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外,为 减少粉料与模壁的摩擦,还需添加1~2%的润滑剂,如硬脂酸,及粘结剂PVA。

  欲 干压成型时需对粉体喷雾造粒,其 中引入聚乙烯醇作为粘结剂。上 海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Al203喷雾造粒的粘结剂,在 加热情况下有很好的流动性。喷 雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散,流动角摩擦温度小于30℃。颗 粒级配比理想等条件,以获得较大素坯密度。

  成型方法

  氧 化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热 压与热等静压成型等多种方法。近 几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离 心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复 杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。

  摘其常用成型介绍:

  1、干压成型:氧 化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过1mm,长 度与直径之比不大于4∶1的物件。成 型方法有单轴向或双向。压机有液压式、机械式两种,可 呈半自动或全自动成型方式。压机最大压力为200Mpa。产量每分钟可达15~50件。由 于液压式压机冲程压力均匀,故 在粉料充填有差异时压制件高度不同。而 机械式压机施加压力大小因粉体充填多少而变化,易 导致烧结后尺寸收缩产生差异,影响产品质量。因 此干压过程中粉体颗粒均匀分布对模具充填非常重要。充 填量准确与否对制造的氧化铝陶瓷零件尺寸精度控制影响很大。粉体颗粒以大于60μm、介于60~200目 之间可获最大自由流动效果,取 得最好压力成型效果。

  2、注浆成型法:注 浆成型是氧化铝陶瓷使用最早的成型方法。由于采用石膏模、成 本低且易于成型大尺寸、外形复杂的部件。注 浆成型的关键是氧化铝浆料的制备。通常以水为熔剂介质,再 加入解胶剂与粘结剂,充分研磨之后排气,然后倒注入石膏模内。由 于石膏模毛细管对水分的吸附,浆料遂固化在模内。空心注浆时,在 模壁吸附浆料达要求厚度时,还需将多余浆料倒出。为减少坯体收缩量、应 尽量使用高浓度浆料。

  氧 化铝陶瓷浆料中还需加入有机添加剂以使料浆颗粒表面形成双电层使料浆稳定悬浮不沉淀。此外还需加入乙烯醇、甲基纤维素、海 藻酸胺等粘结剂及聚丙烯胺、阿拉伯树胶等分散剂,目 的均在于使浆料适宜注浆成型操作。

  烧成技术

  将 颗粒状陶瓷坯体致密化并形成固体材料的技术方法叫烧结。烧 结即将坯体内颗粒间空洞排除,将 少量气体及杂质有机物排除,使 颗粒之间相互生长结合,形成新的物质的方法。

  烧 成使用的加热装置最广泛使用电炉。除 了常压烧结即无压烧结外,还 有热压烧结及热等静压烧结等。连 续热压烧结虽然提高产量,但 设备和模具费用太高,此外由于属轴向受热,制品长度受到限制。热 等静压烧成采用高温高压气体作压力传递介质,具 有各向均匀受热之优点,很 适合形状复杂制品的烧结。由于结构均匀,材 料性能比冷压烧结提高30~50%。比一般热压烧结提高10-15%。因此,一 些高附加值氧化铝陶瓷产品或国防军工需用的特殊零部件、如陶瓷轴承、反射镜、核燃料及枪管等制品、场 采用热等静压烧成方法。

  此外,微波烧结法、电弧等离子烧结法、自 蔓延烧结技术亦正在开发研究中。

  精加工与封装工序

  有 些氧化铝陶瓷材料在完成烧结后,尚需进行精加工。如 可用作人工骨的制品要求表面有很高的光洁度、如镜面一样,以增加润滑性。由 于氧化铝陶瓷材料硬度较高,需 用更硬的研磨抛光砖材料对其作精加工。如SIC、B4C或金刚钻等。通 常采用由粗到细磨料逐级磨削,最终表面抛光。一般可采用<1μm微米的Al203微 粉或金刚钻膏进行研磨抛光。此 外激光加工及超声波加工研磨及抛光的方法亦可采用。

  氧化铝陶瓷强化工艺

  为了增强氧化铝陶瓷,显著提高其力学强度,国 外新推一种氧化铝陶瓷强化工艺。该工艺新颖简单,所 采取的技术手段是在氧化铝陶瓷表面,采 用电子射线真空镀膜、溅 射真空镀膜或化学气相蒸镀方法,镀 上一层硅化合物薄膜,在1200℃~1580℃的加热处理,使氧化铝陶瓷钢化。

  经 强化的氧化铝陶瓷的力学强度可在原基础上大幅度增长,获 得具有超高强度的氧化铝陶瓷。

  特点

  1.硬度大

  经 中科院上海硅酸盐研究所测定,其洛氏硬度为HRA80-90,硬度仅次于金刚石,远 远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。

  2.耐磨性能极好

  经 中南大学粉末冶金研究所测定,其 耐磨性相当于锰钢的266倍,高铬铸铁的171.5倍。根 据我们十几年来的客户跟踪调查,在同等工况下,可 至少延长设备使用寿命十倍以上。

  3.重量轻

  其密度为3.5g/cm3,仅为钢铁的一半,可大大减轻设备负荷。


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