[科普中國]-高鋁瓷

高鋁瓷是高鋁陶瓷的簡稱，通常為Al2O3含量大于75%以上的氧化鋁瓷的統(tǒng)稱。主晶相為α-Al2O3，所以也常用Al2O3含量的多少來命名，如含量為95%時稱95瓷，含量為99%以上時為99瓷。制備工藝與氧化鋁瓷同，現(xiàn)已能制出高純度、高細度、高密度和高均勻度的氧化鋁瓷。由于電性能與機械性能都好，是一種理想的高溫、高頻陶瓷材料和大功率厚膜電路的基片材料，也可用于陶瓷-金屬封接材料等。

材料組成高鋁瓷材料是指化學成分中Al2O3含量大于75%的氧化鋁瓷統(tǒng)稱為高鋁陶瓷(簡稱高鋁瓷)。也有以其顯微結(jié)構(gòu)中主晶相(α-Al2O3)的礦物名稱而命名，如剛玉瓷。高鋁瓷材料不論在高頻或低頻下均有良好的力學、電氣性能，如較低的介質(zhì)損耗角正切、高的絕緣電阻、 高的機械強度、 較大的硬度、良好的耐磨性能和耐化學腐蝕性能，平均線膨脹系數(shù)不大，耐熱性能也好。因此，力學、電氣、熱學性能要求較高的裝暨絕緣件，較多用高鋁瓷材料制造。

高鋁瓷材料配方組成中除了工業(yè)Al2O3外，還摻人了其他次要成分，如SiO2(經(jīng)常是石英或純凈的石英砂)和一些熔劑物質(zhì)。由于有了次要成分，使瓷顯微結(jié)構(gòu)組織復雜化，除了主晶相α-Al2O3(剛玉)晶體外，還有莫來石(3Al2O3.2SiO2)晶體，以及硅酸鹽玻璃體。隨者瓷組織中Al2O3含量的變化，瓷材料性能也隨之變化，其趨勢是配方中Al2O3含量愈多。瓷材料的機槭強度隨之明顯提高。1

用途高鋁瓷材料由于其優(yōu)良性能，在真空斷路器滅弧室作殼體材料，滿足殼體材料與金屬封接和真空氣密性10-5-10-3Pa，并在使用20年后仍不低于5X10Pa的要求，同時高鋁陶瓷殼體比玻璃殼體機械強度高、使用壽命長、運行安全可靠、結(jié)構(gòu)緊湊。普遍采用質(zhì)量分數(shù)92% Al2O3和95%Al2O3的高鋁瓷材料制造陶瓷殼體。高鋁瓷材料還用于制造額定電流大的有填料刀型觸頭熔斷器，有填料螺旋栓連接熔斷器、有填料圓簡形帽熔斷器和有填料半導體器件保護用熔斷器等陶瓷件。

高鋁瓷材料由于高溫絕緣性能良好，大量制造汽車火花塞絕緣體、高溫耐熱設(shè)備的絕緣子，如電除塵器裝置用的瓷套和瓷軸。高鋁瓷材料在耐溫設(shè)備方面可用來制造家用電器控溫器；暖氣爐的瓷管、瓷珠和瓷柱；耐較高溫度的點火棒、氬弧焊嘴和煤氣噴嘴等。在耐磨瓷件方面可制造噴霧干燥器的噴嘴孔片、旋渦片等；噴砂用的噴嘴；球磨機的瓷球和瓷襯等。1

制造工藝1.原料的選用。生產(chǎn)高鋁瓷所用的原料是工業(yè)氧化鋁，它是將礦產(chǎn)鋁礬土用堿法或酸法處理而得。工業(yè)氧化鋁含量大于98.6%。為防止瓷件電性能的降低，Na2O雜質(zhì)的含量應小于0.5%~0.6%，F(xiàn)e2O3雜質(zhì)的含量應小于0.04 %。

2.粉碎及配料。將粉料加水進行濕法球磨，以獲得細的顆粒，粒度為0.15~1.2μm。球磨后真空吸濾脫水，再過篩。然后，引人少量添加劑(氧化鎂)，以降低燒結(jié)溫度。最后，加以攪拌。使之獲得更為均勻的粉粒。

3. 添加粘結(jié)劑。為提高配料粉粒間的粘結(jié)能力，必須添加少量的粘結(jié)劑，以提高粉粒間的結(jié)合力。常用的粘結(jié)劑有甘油、石蠟、二油脂酸等。

4.成型。將加有粘結(jié)劑的粉料加工成一定幾何形狀的半成品。一般采用注漿法，壓力成型法或塑性料團成型法。

5. 烘干。烘干工藝過程是將生坯中的水分排除，使含水率降到2%~5%以下。烘干工藝過程為：預熱→等速干燥+平衡階段。此過程必須注意溫度不能突變，以防止坯件開裂。

6.燒制。燒制工藝是通過高溫處理，使坯件在高溫燒結(jié)下使坯件發(fā)生一系列物理化學變化，形成預期的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，最后達到成瓷的過程。在燒制過程中，一般分兩次進行。第一次預燒在低溫的馬弗爐中進行，目的是去除坯件中的有機粘結(jié)劑；第二次燒結(jié)是在高溫的硅碳棒爐中進行。為保證瓷件的尺寸精確不變形，燒制的溫度制度(升降溫的速度及時間)應嚴格掌握。2

原料雜質(zhì)的影響氧化鋁原料或多或少地帶人氧化鈉、氧化硅等雜質(zhì)。為了降低高鋁瓷的燒結(jié)溫度，應引人某些氧化物或硅酸鹽液相。這些加人物與高鋁瓷性能關(guān)系是設(shè)計或擬定瓷料配方的基本依據(jù)。除了高純氧化鋁以外，用于制造電子元件、絕緣材料、工程陶瓷和耐磨陶瓷等大量的氧化鋁都是用工業(yè)氧化鋁或氫氧化鋁為原料生產(chǎn)的，Na2O雜質(zhì)能顯著影響Al2O3燒結(jié)瓷體的介質(zhì)損耗，Na2O含量的提高一般都要伴隨著tgδ 值的顯著增大。但是，Na2O含量的高低不是決定瓷體介質(zhì)損耗的惟一因素， 原料中SiO2含量的提高能顯著削弱或消除Na2O雜質(zhì)對瓷體介質(zhì)損耗提高的有害影響。

氧化鐵對陶瓷的影響主要表現(xiàn)使陶瓷的燒結(jié)溫度范圍變窄，降低陶瓷的冷熱性能；降低陶瓷的電擊穿強度和抗折強度；影響陶瓷的白度，還容易在陶瓷釉面上產(chǎn)生色斑。在生產(chǎn)Al2O3，含量在99.5%以上的高純氧化鋁瓷或透明氧化鋁陶瓷時，一般不能用工業(yè)氧化鋁作原料。在這種情況下，氧化鋁原料的純度應在99.9%以上，通常用硫酸鋁銨經(jīng)提純并加熱分解來制備。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

黃倫先 - 副教授 - 西南大學