專家貼:高性能氧化鋁陶瓷發展現狀及應用解析製備工藝技術全盤傳授!

2020-12-12 東方財富網

在上海有色網(SMM)、中國再生資源產業技術創新戰略聯盟共同舉辦的2020有色金屬行業年會暨長約嘉年華上，山東工業陶瓷研究設計院副院長程之強對高性能氧化鋁陶瓷發展現狀及應用、氧化鋁陶瓷產業鏈及製備工藝技術進行了全面講解。

一、氧化鋁陶瓷簡介

氧化鋁陶瓷(alumina ceramics)是一種以α-Al2O3為主晶相的陶瓷材料——研究最早之一、應用最廣、產量最大。

主要分為高純型：Al2O3含量>99.9%，燒結T高達1650-1900；和普通型(75-99%)：75瓷、85瓷、90瓷、99瓷等。

晶型——12種同質異晶變體， α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ、κ、λ、ρ及無定型氧化鋁等12種，最為常見的有α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3

二、氧化鋁陶瓷的製備工藝技術

工藝流程

原料處理：用綠色高效處理技術及高能裝備，包括高純、超細、分布、形貌幾個方面。

燒結，包括燒成制度——在最低燒成溫度下獲得最佳性能的最簡短的燒成曲線(升溫、保溫、降溫)、氣氛：惰性、氧化、還原、真空、空氣；壓力；燒成方式(熱壓、熱等靜壓、微波加熱、放電等離子、自蔓燃)

成型技術工藝包括，幹法、塑性、溼法、增材製造(3D列印)

精密加工環節出現新技術——塑性加工工藝技術：磨削+雷射，磨削+超聲波

陶瓷的增材製造(3D列印)3D列印技術，又稱為增材製造、快速成型、無模成型等。

基於3D 數字模型，採用分層製造，逐層疊加的方式形成三維實體的技術(積層造形法)

全球3D列印市場分析

根據Grand View Research的最新報告，全球陶瓷3D列印市場到2025年預計將逼近1.6億美元

預計到2025年，航空航天終端用途的陶瓷3D列印市場將達到2610萬美元，醫療領域相關需求的年增長率約為35.4%

三、氧化鋁陶瓷的性能及應用

機械強度高、電絕緣性好、硬度和熔點高、抗腐蝕性好、化學穩定性優良等，而且在一定條件下具有良好的光學性和離子導電性。

應用範圍廣，主要應用於機械方面、電子、電力方面、化工方面、醫療方面。

機械方面(高強、高硬、耐磨)—刀具、球閥、磨料磨具、軸承、拉絲噴絲部件

氧化鋁陶瓷刀具：硬切割、高速幹切割、超高速切割

高的耐熱性、高硬度與耐磨性和優良的化學穩定性等優點，是切削加工中重要的刀具之一，其加工效率比傳統刀具提高3—10倍

氧化鋁陶瓷工業用閥(密封)

旋塞閥：石油開採、輸送和精練設備中，也廣泛用於石油化工、煤化工、天然氣等其它工業領域

閘閥、截止閥：自來水、汙水、建築、石油、化工、食品、醫藥、輕紡、電力、船舶、冶金、能源系統等

球閥：尤其適用於如氧氣、過氧化氫、甲烷、乙烯、強酸等工況惡劣的介質

電子、電力方面(高強、絕緣性好)—基片、透明陶瓷、電絕緣瓷、火花塞等

氧化鋁陶瓷基片(耐高溫、電絕緣性能高、介電常數和介質損耗低、熱導率大、化學穩定性好)

超特高壓支柱絕緣子(高強、高電阻、高介電強度、介電常數和介質損耗低、化學穩定性好)

化工方面(耐高溫、化學穩定性好、耐強酸鹼和有機溶劑腐蝕)—化工填料、泡沫、蜂窩、微孔、介孔陶瓷(膜)、耐腐蝕塗層等—填充、支撐和淨化分離材料

化工填料(耐高溫、耐腐蝕、高比表面)

不同的結構和形狀：拉西環、鮑爾環、十字隔板環、階梯環、矩鞍環、異鞍環等。應用於化工、冶金、煤氣、制氧等行業的乾燥塔、吸收塔、冷卻塔、洗滌塔、再生塔等

陶瓷膜(高比表面積、耐高溫、耐腐蝕)—環保、生物化學、食品醫藥、催化反應、化工、冶金、水處理、海水淡化等

醫療方面(高強、高硬、化學穩定性好、生物惰性)—人造骨骼、人工關節、人工牙齒等

Al2O3—HAP復材—良好的生物特性，穩定的物化性能，其硬度、抗彎強度、斷裂韌性均已接近人體骨——有望成為最理想的骨移植材料

四、透明氧化鋁陶瓷

透明陶瓷的定義：能夠通過光線並能夠成像的陶瓷。光線包括紫外線、可見光和紅外線等。

陶瓷透光的基本條件

緻密度>理論密度的99.5%

晶界無空隙或空隙大小<

晶界無雜質及玻璃相，或其與微晶體的光學性質相似

晶粒較小且均勻，其中無空隙

晶體對入射光的選擇吸收很小

表面光潔

透明陶瓷分類

透光陶瓷

半透明氧化鋁–透明氧化鋁–亞微米晶透明氧化鋁

中紅外透明陶瓷形成系列化，材料種類全

包括：YAG， Y2O3， 亞微米晶Al2O3， AlON， MgAl2O4等

五、面臨的機遇和挑戰

高質量發展階段：轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期

我國新材料產業現狀：整體表現為「大而不強」，體現在以下幾點

產品結構不合理

高端材料供給嚴重不足

低水平重複建設多，低端品種產能過剩

工信部：130多種關鍵材料的調研顯示，32%處於國內空白，52%依賴進口——「2018國家製造強國專家論壇」

核心技術受制於人，成果轉化緩慢

原始創新能力不足，共性技術研發與支撐能力不強

部分領域的核心技術被美國、日本、德國掌控，關鍵零部件及設備仍大量依賴進口

國際市場競爭力偏弱

企業之間、區域之間協作不充分

除部分骨幹企業技術裝備接近或達到國際先進水平，大部分中小企業技術裝備落後

重視新材料產業發展：目前通過綱領性文件、指導性文件、規劃發展目標與任務等構築起了新材料發展的政策金字塔

新材料，包括氧化鋁粉體和高性能氧化鋁陶瓷是關鍵基礎原材料！是節能環保、新一代信息技術、航空航天等等不可或缺的重要支撐，高端氧化鋁粉體，以及產業鏈延伸包括高性能陶瓷在內的新材料大有可為。

（文章來源：SMM）

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