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氧化铝材料的这些应用你都知道吗?
2021年03月26日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

氧化铝的不同用途可以把其分为两大类:一类是用作电解法生产金属铝原料的冶金级氧化铝;还有一类是非冶金级氧化铝,也称之为特种氧化铝、多品种氧化铝或化学品氧化铝,是指除生产铝锭用氧化铝以外的氧化铝和氢氧化铝的差异化产品或延伸产品。多品种氧化铝有超过400种品种,不同的品种性能各异适用范围不同,不管是在新材料领域还是传统领域都要着广泛的应用,下文将对一些常见的应用范围进行整理分享给大家~~~


蓝宝石晶体


蓝宝石(氧化铝单晶)具有高硬度、高强度、耐腐蚀、高光透过率等特点,是人类最早利用的几种天然矿物宝石之一,当然工业上用的都是人工制的(点我相关阅读:几种蓝宝石长晶技术路线对比)。自1890年法国科学家维纳尔第一次制备了蓝宝石晶体以来,人造蓝宝石晶体制备技术便不断发展,晶体质量也不断提高,应用领域得以大大拓宽中国化工网okmart.com。目前蓝宝石已经广泛应用于民用和军事等各个领域。

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蓝宝石晶棒


在民用领域,蓝宝石用于耐磨结构件、医用材料、高温窗口、微电子行业衬底材料、激光基质材料、光学棱镜、移动穿戴设备窗口等。在军事领域,蓝宝石作为高速飞机和导弹的透波窗口、光电吊舱、潜艇的光电桅杆等领域。

材料名称

应用领域

主要用途

蓝宝石

晶体

耐磨元件

仪表轴承、钟表轴承、天平刀口

可见光窗口

表镜、手机、条码机、投影仪窗口

红外窗口

红外分析仪、探测器、夜视仪、整流罩

电真空器件

行波管夹持件、无磁支撑件、高温绝缘件

外延衬底

SOS衬底、ZnO衬底、GaN衬底

珠宝首饰

人工红宝石、蓝宝石、各种刚玉宝石



氧化铝透明陶瓷


氧化铝(半)透明陶瓷是第一个实现透明的陶瓷材料,它对可见光和红外光具有良好的透过性,同时也具有高温强度大、耐热性好、耐腐蚀性强及电阻率大等特点,已经在能源、机械、军工、电子、半导体、医学等高技术领域得到越来越多的应用。


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透明陶瓷替代蓝宝石用于LED全方位大角度照明成本


应用领域:高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯的放电管、LED透明氧化铝陶瓷封装基片、微波集成电路基片(利用透明氧化铝介质损耗小等性质)、矫治牙齿用透明陶瓷托以及透红外窗口材料等。


TFT-LCD超薄基板玻璃


TFT-LCD(ThinFilmTransistor-薄膜晶体管-LiquidCrystalDisplay-液晶显示器)是目前主流显示器所用材料,基板玻璃在TFT-LCD上游原材料成本中占比约15.2%,同时对面板产品性能的影响十分巨大,面板成品的分辨率、透光度、厚度、重量、可视角度等指标都与所采用的基板玻璃质量密切相关,作为重要的基底材料,基板玻璃之于TFT-LCD产业的意义相当于硅晶圆之于半导体产业。而氧化铝则是基板玻璃原料的重要组成部分。


基板玻璃对其原材料--α-氧化铝要求很高,除了对常规的杂质如钾、钠、硅、铁的含量有严格的控制,还对十余种微量元素的含量都有严格地要求,并在百万分级水平,尤其对原料中锂元素的要求更高,不能超过20ppm(百万分之二十),否则就会影响液晶显示器的色彩质量。



电路基板及导热填料


①电路基板:氧化铝陶瓷基板材料是微电子应用中最经济有效且用途最广泛的基板材料。它具有良好的绝缘性、化学性质稳定,热导率高,高频性好等特性,广泛应用于厚膜电路、薄膜电路、混合电路、多芯片组件以及大功率IGBT模块等领域。


通常来说,厚膜电路及薄膜电路都可以应用99.6%的氧化铝陶瓷作为基板材料,99.6%氧化铝基材具有出色的电绝缘性能,机械强度,良好的导热性,化学耐久性和尺寸稳定性等强硬的技术品质及合适的成本的优势,使其成为混合电路的标配选择。当然,再要求不那么的场合,99.5%的氧化铝陶瓷材料将更具应用成本优势,尽管这种材料的抗弯强度,导热系数,介电强度和介电常数均低于99.6%的氧化铝,但够用也就可以了。


氧化铝基板(毫米波/微波用基板)


②导热填料:通常是树脂、硅胶等柔性材料广泛应用于电子材料,但通常这类材料都是热的不良导体,因此需要给它们加点导热填料来增加它们的导热系数。较为常用的导热填料有氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等,其中,运用最广的为微米级氧化铝及硅微粉。


球形氧化铝:导热氧化铝高段位选手


氧化铝具有导热、绝缘等优点,可作为导热填料用于制备导热绝缘胶、灌封胶等高分子材料。与其他填料相比,虽然氧化铝的导热率不高,但也基本能满足“导热界面材料、导热工程塑料以及铝基覆铜板等领域填充剂”的应用。且氧化铝价格较低,来源较广,是高导热绝缘聚合物的经济适用型填料。


锂电池行业


新能源的呼声越来越大,虽然新能源有很多选项,但就目前来看,还是锂电最火。而氧化铝(据说新兴力量勃姆石也不错,分子式是γ-AlOOH,水合氧化铝)在锂电池上主要有如下两个作用:


1、用于电池负极涂层:随着锂离子充电电池容量的不断提高,内部蓄积的能量越来越大,内部温度会提高,有可能出现温度过高使负极隔膜被融化而造成短路;如果在隔膜上涂上一层纳米氧化铝涂层,就能避免电极之间短路。提高锂电池使用的安全性。


2、锂离子电池材料参杂,主要是包覆:包覆一般是指对钴酸锂,锰酸锂,钛酸锂,磷酸铁锂等材料进行表面包覆。纳米厚度的氧化铝包覆层会大幅减小界面阻抗,额外提供电子传输隧道,极大的阻止电解液对电极的侵蚀作用。


催化剂载体

氧化铝是当之无让的催化剂第一大载体(老二是二氧化硅)。用做催化剂载体的氧化铝有两个用途,一种是负载催化活性组分:比表面积小的氧化铝(或只有少量的粗孔的材料),通常用于负载比活性很高的催化剂活性组分。用这类载体可以消孔隙内的扩散效应,在以选择性氧化为目的的工艺中,可以减少深度氧化副反应。如乙烯氧化制环氧乙烷用的银催化剂即以α-氧化铝为载体。另一种是二氧化铝表面酸性与所负载的活性组分构成双功能催化剂。如铂重整中用的铂-氧化铝催化剂,其中氧化铝既作为载体,也是催化剂活性组分之一。


氧化铝陶瓷电热片


MCH是MetalCeramicsHeater的缩写,意思是金属陶瓷发热体。MCH元件是将电热体与陶瓷经过高温烧结,固着在一起,形成陶瓷发热体元件。相比于常见的PTC陶瓷发热体,MCH元件是一种新型高效环保节能陶瓷发热元件,具有相同加热效果情况下节约20~30%电能,且没有PTC长时间使用功率衰减的巨大困扰。用于MCH的陶瓷主要有氧化铝和氮化硅,相对而言,氧化铝价格更亲民一些。


氧化铝陶瓷加热体典型应用:智能马桶加热器


目前氧化铝陶瓷发热体最常见的有:陶瓷电热管、陶瓷发热盘、陶瓷发热片、陶瓷电热圈等,可根据应用场合的不同,选择不同的形状样式。它们的共同特点是电转换效率高、加热速度快、耐高温耐腐蚀、使用寿命长等。


氧化铝泡沫陶瓷


泡沫陶瓷材料最早于20世纪70年代由美国科学家利用氧化铝和高岭土等原料研制成功,是一种具有高温特性的多孔材料,使用温度为常温~1600℃(当然材料不同使用温度不同)。泡沫陶瓷具有密度小、气孔率高、耐高温、比强度高、耐腐蚀等优良特性被广泛应用于金属熔液过滤、隔热隔音材料、汽车尾气处理、电工电子领域、医用材料领域以及生物化学等领域。

多孔陶瓷

泡沫陶瓷

蜂窝陶瓷

粒状陶瓷

气孔率/%

80-90

70

30-5



氧化铝泡沫陶瓷是使用最早的一类泡沫陶瓷,也是泡沫陶瓷三大类氧化铝、碳化硅、氧化锆)的一个重要分支被广泛使用于铝及其合金铸造行业。


氧化铝泡沫陶瓷


当然除了用于金属过滤,多孔陶瓷材料在煤化工、硅材料、石油化工、钢铁、有色冶炼电力、垃圾焚烧等领域的气固分离;在精细化工、生物化工、制药、食品等领域液固分离;在MBR水处理中水回用,垃圾渗滤液,研磨切割废水处理,油田回注水,研磨切割废水等水处理中均有着重要的应用。


多孔陶瓷用于高温烟气处理


氧化铝耐磨陶瓷


氧化铝耐磨陶瓷因其优异的耐磨损、耐高温、耐腐蚀等特性,还有硬度大这个咱们也勿需怀疑氧化铝了,最重要的是它价格非常的亲民,适用于工业应用,目前已成为广泛应用的耐磨材料。目前广泛应用于矿石进行破碎处理系统、原材料粉磨系统、水泥粉磨系统、各种溜槽衬板;硬质材料粉体输送风机叶轮;火电厂制粉系统及水泥厂选粉系统耐磨衬板;水泥、矿物、陶瓷、电子材料、磁性材料以及涂料等研磨介质球等。


高纯氧化铝研磨介质球


除了经济适用型的氧化铝耐磨材料,在高纯氧化铝粉体领域的高纯氧化铝研磨球也是氧化铝的一个重要应用方向。高纯氧化铝粉体在各行各业中均有着广泛应用,如高性能氧化铝陶瓷、透明氧化铝陶瓷、荧光粉、蓝宝石晶体、精密抛光材料等等,是一种附加值很高的粉体材料。为了让高纯氧化铝粉体不受研磨介质等带入杂质的影响,一般需要采用自己磨自己方式,因此,采用高纯氧化铝制备成的研磨介质便成了高纯氧化铝粉体制备的好帮手。


高纯氧化铝研磨珠:耐磨可是关键指标之一


氧化铝研磨材料、精密抛光材料


刚玉磨料:磨料是精密磨削加工工具的原料,大多数情况下磨料的硬度必须高于被加工对象的硬度(机械去除),否则无法实现磨削加工的要求。常见的磨料品种有:棕刚玉、黑刚玉、白刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅、人造金刚石、立方氮化硼等。由于α晶型氧化铝俗称刚玉,我们一般也就希望磨料比较刚,为了达到硬的要求我们往往希望氧化铝类的磨料以α相出现。所以用做研磨材料的氧化铝材料通常都是这刚玉那刚玉的,但值得我们注意的是,各种刚玉磨料并非只有α相氧化铝。


永不“钝”的陶瓷刚玉磨料


陶瓷刚玉磨料:通常传统刚玉磨料以工业氧化铝或煅烧氧化铝为原料在电弧炉内高温融化,冷却结晶,破碎的工艺得到,磨粒通常只由一个或几个晶粒组成。随着现代材料科学技术的飞速发展,通过传统熔融法制备的大单晶刚玉磨料由于晶粒粗大,磨削性能差,无法满足现代加工的需要,因此迫切需要有适应不同磨削需求的新型磨料。因此,便有了后来的陶瓷刚玉磨料。为了获得更好的磨削效果,1981年时美国3M公司率先推出了一种商标名为“Cubitron”的刚玉磨料,其采用了溶胶-凝胶法(Sol-Gel)与特殊烧结相结合的工艺,性能远远优于传统的刚玉磨料,随后在1986年美国Norton公司推出了商标名为“SG”的新型刚玉磨料,也采用了溶胶-凝胶法与烧结结合的工艺。这种改进了制备工艺的刚玉磨料,一出世便以优异性能(韧性好、自锐性好、使用寿命长等)得到广泛关注,人们后来将它们统称为SG磨料或陶瓷刚玉磨料。


γ氧化铝磨料:当然,软的伽马氧化铝也并非一无是处,鉴于伽马氧化铝具有细且均匀的粒度分布,尽管它摩氏硬度只有8,但用它来镜面抛光、金相抛光等效果还不错哦。


生物惰性陶瓷:氧化铝


生物惰性陶瓷主要是指化学性能稳定、生物相容性好的陶瓷材料。现有的惰性生物陶瓷有氧化铝、氧化锆以及医用碳素材料等。这类陶瓷材料的结构都比较稳定,分子中的键合力较强,而且都具有较高的强度、耐磨性及化学稳定性。


植入材料中的氧化铝是一种一直使用得很满意的实用生物材料。单晶氧化铝c轴方向具有相当高的抗弯强度(1300MPa),耐磨性能好,耐热性好,可以直接与骨固定。已被用作人工骨、牙根、关节和固定骨折用的螺栓。



氧化铝耐火材料


板状刚玉:又称板状氧化铝(国外称TabularAlumina,英语直译是片状氧化铝的意思),由美国铝业公司(ALCOA)首先研制开发。烧结板状刚玉,是一种高纯氧化铝为原料,在不添加任何外加剂的情况下,先粉磨、成球、干燥,然后在略低于α-Al2O3熔点(2050℃)经竖窑1850℃~1950℃的高温速烧而形成的具有晶粒粗大、发育良好的板片状晶体结构的α-氧化铝,其特征是呈现二维平面的板片状且有较多晶间和晶内圆形封闭气孔的显微结构特征。


板状刚玉具有高的耐火度、优异的抗热震性、抗蠕变性和抗剥落性。广泛应用于钢铁、铸造、石化、陶瓷、玻璃等行业的高性能耐火材料中。


板状刚玉显微结构


氧化铝纤维:具有质量轻、热稳定性好、热导率低以及耐火度较高等优异特点,其成品形式有散装纤维、真空成型制品等,具有非常有效的节能效果。用氧化铝纤维制备的隔热衬护材料可以应用于1400℃以上的工作温度,在钢铁工业、石油化工业、陶瓷制备业中的各种炉窑都是应用的此种材料。


牙膏摩擦剂:氢氧化铝


氢氧化铝具有轻度摩擦特性且属于中性物质,添加在牙膏中作摩擦剂可有效去除牙齿上的污物而不会损伤珐琅质,氟化物能很好地配伍,性能优异,同时价格适中,是药物牙膏的理想磨料之一。用作牙膏填料的氢氧化铝的粒度一般为d50≤7μm,附碱须<0.01%。


人造石、玛瑙石氢氧化铝填料


用氢氧化铝和不饱和聚酯树脂或甲基丙烯酸树脂可生产人造大理石和人造玛瑙装饰材料及洁具。氢氧化铝具有和聚酯树脂极为接近的折光系数(1.57),从而使人造产品具有半透明的、令人满意的光亮度,添加不同颜色后可设计各种花纹图案和规格,同时具有重量轻、无辐射、不脆裂、易切割等特性。


此外,耐污染性能是人造石的一个重要性能,特别是对于厨房台面来说,耐各类食材污染的指标尤为重要。据悉,铝粉板(氢氧化铝粉)耐污渍渗透能力非常的强,酱油醋食物污渍统统不是它的对手,毕竟人家盐酸的不怕,当然这还需要树脂的配合才能做到。


铝粉板盐酸测试


其他填充剂

①阻燃剂:高分子材料被广泛用于日常生活中,但由于其易燃、发烟大等特性,极易成为火灾的直接活化剂,因为对高分子材料进行阻燃处理是必须的。氢氧化铝是塑料、橡胶和其他有机聚合物及纺织品的一种理想的阻燃填充料。氢氧化铝是白色粉末,通常条件下其物理性质和化学性质都相对稳定,不吸潮、不变色、无毒无害无气味、粒度可按需要加工生产,当受热温度超过200℃时,开始吸热分解,放出三个结晶水,温度越高其分解速度越快,从而抑制了聚合物温度的升高,起到了降温、阻燃和消火的作用。


电线电缆无卤化在路上


②造纸填料:氢氧化铝在造纸工业中,主要用于表层涂料、填料以及生产不燃纸。氢氧化铝能改善纸张的光泽性、反射性、阻光性、平滑性及适印性能。氢氧化铝也可来作铜版纸原料氧化钛会黏土的替代物。常用的氢氧化铝粒度为0.7-1.4μm。


氢氧化铝也能给纸防火纸



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