Anwendung von α-Aluminiumoxid in neuenAluminiumoxidkeramik
Obwohl es viele verschiedene neue Keramikwerkstoffe gibt, lassen sie sich grob nach ihren Funktionen und Anwendungsgebieten in drei Kategorien einteilen: Funktionskeramik (auch Elektronikkeramik genannt), Strukturkeramik (auch technische Keramik genannt) und Biokeramik. Je nach verwendeten Rohstoffen unterscheidet man Oxid-, Nitrid-, Borid-, Carbid- und Metallkeramik. Besonders wichtig sind Aluminiumoxidkeramiken, deren Rohstoff α-Aluminiumoxidpulver in verschiedenen Spezifikationen ist.
α-Aluminiumoxid findet aufgrund seiner hohen Festigkeit, Härte, Temperaturbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und weiterer hervorragender Eigenschaften breite Anwendung in der Herstellung verschiedener neuer Keramikwerkstoffe. Es dient nicht nur als pulverförmiger Rohstoff für moderne Aluminiumoxidkeramiken wie Substrate für integrierte Schaltungen, künstliche Edelsteine, Schneidwerkzeuge, künstliche Knochen usw., sondern kann auch als Phosphorträger, in hochentwickelten Feuerfestmaterialien, speziellen Schleifmitteln usw. eingesetzt werden. Mit dem Fortschritt moderner Wissenschaft und Technik erweitert sich das Anwendungsgebiet von α-Aluminiumoxid rasant, die Marktnachfrage steigt stetig und die Zukunftsaussichten sind vielversprechend.
Anwendung von α-Aluminiumoxid in Funktionskeramiken
FunktionskeramikHochleistungskeramiken nutzen ihre elektrischen, magnetischen, akustischen, optischen, thermischen und anderen Eigenschaften oder deren Kopplungseffekte, um bestimmte Funktionen zu erfüllen. Sie weisen vielfältige elektrische Eigenschaften wie Isolation, dielektrische Eigenschaften, piezoelektrische Eigenschaften, thermoelektrische Eigenschaften, Halbleitereigenschaften, Ionenleitfähigkeit und Supraleitung auf und finden daher breite Anwendung. Aktuell werden vor allem Isolierkeramiken für Substrate und Gehäuse integrierter Schaltungen, Isolierkeramiken für Zündkerzen im Automobilbereich, dielektrische Keramiken für Kondensatoren in Fernsehgeräten und Videorecordern, piezoelektrische Keramiken mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sowie Sensorkeramiken für verschiedene Sensoren in großem Umfang eingesetzt. Darüber hinaus finden sie auch Verwendung in Leuchtstoffröhren von Natriumdampf-Hochdrucklampen.
1. Isolierkeramik der Zündkerze
Isolierkeramik für Zündkerzen ist derzeit die größte Anwendung von Keramik in Motoren. Da Aluminiumoxid hervorragende elektrische Isolationseigenschaften, hohe mechanische Festigkeit, hohe Druckbeständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit aufweist, werden Zündkerzen mit Aluminiumoxid-Isolierung weltweit eingesetzt. Die Anforderungen an α-Aluminiumoxid für Zündkerzen sind gewöhnliche, natriumarme α-Aluminiumoxid-Mikropulver mit einem Natriumoxidgehalt von ≤ 0,05 % und einer mittleren Partikelgröße von 325 Mesh.
2. Substrate und Verpackungsmaterialien für integrierte Schaltungen
Keramiken, die als Substrat- und Verpackungsmaterialien eingesetzt werden, sind Kunststoffen in folgenden Aspekten überlegen: hohe Isolationsbeständigkeit, hohe chemische Korrosionsbeständigkeit, hohe Dichtigkeit, Schutz vor Feuchtigkeitseintritt, keine Reaktivität und keine Verunreinigung von hochreinem Halbleitersilizium. Die für Substrate und Verpackungsmaterialien integrierter Schaltungen erforderlichen Eigenschaften von α-Aluminiumoxid sind: Wärmeausdehnungskoeffizient 7,0 × 10⁻⁶/℃, Wärmeleitfähigkeit 20–30 W/K·m (Raumtemperatur), Dielektrizitätskonstante 9–12 (1 MHz), dielektrischer Verlust 3–10⁻⁴ (1 MHz), spezifischer Volumenwiderstand > 10¹²–10¹⁴ Ω·cm (Raumtemperatur).
Aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit und des hohen Integrationsgrades integrierter Schaltkreise werden strengere Anforderungen an Substrate und Verpackungsmaterialien gestellt:
Mit zunehmender Wärmeentwicklung des Chips ist eine höhere Wärmeleitfähigkeit erforderlich.
Aufgrund der hohen Rechengeschwindigkeit des Elements ist eine niedrige Dielektrizitätskonstante erforderlich.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient muss dem von Silizium nahekommen. Dies stellt höhere Anforderungen an α-Aluminiumoxid, d. h. es entwickelt sich in Richtung hoher Reinheit und Feinheit.
3. Hochdruck-Natriumdampflampe
Feine KeramikHergestellt aus hochreinem, ultrafeinem Aluminiumoxid als Rohmaterial, zeichnen sich diese Materialien durch hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, gute Isolationsfähigkeit und hohe Festigkeit aus und sind hervorragende optische Keramikwerkstoffe. Transparente polykristalline Keramiken, hergestellt aus hochreinem Aluminiumoxid mit geringen Mengen an Magnesiumoxid, Iridiumoxid oder Iridiumoxid-Zusätzen und hergestellt durch Atmosphärensintern und Heißpresssintern, widerstehen der Korrosion durch Natriumdampf bei hohen Temperaturen und eignen sich für den Einsatz in Hochdruck-Natriumdampflampen mit hoher Lichtausbeute.
Anwendung von α-Aluminiumoxid in Strukturkeramik
Als anorganische biomedizinische Werkstoffe weisen Biokeramiken im Vergleich zu Metallen und Polymeren keine toxischen Nebenwirkungen auf und zeichnen sich durch gute Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit gegenüber biologischem Gewebe aus. Daher gewinnen sie zunehmend an Bedeutung. Die Forschung und klinische Anwendung von Biokeramiken hat sich von kurzfristigen Ersatz- und Füllungslösungen hin zu dauerhaften und stabilen Implantationen sowie von biologisch inerten Materialien zu biologisch aktiven Materialien und Mehrphasen-Verbundwerkstoffen entwickelt.
In den letzten Jahren wurde poröseAluminiumoxidkeramikAufgrund ihrer chemischen Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, guten Hochtemperaturstabilität und thermoelektrischen Eigenschaften werden sie zur Herstellung künstlicher Skelettgelenke, Kniegelenke, Femurköpfe, anderer Knochenprothesen, Zahnwurzeln, Knochenfixationsschrauben und zur Hornhautreparatur eingesetzt. Die Porengröße bei der Herstellung poröser Aluminiumoxidkeramiken lässt sich durch Mischen von Aluminiumoxidpartikeln unterschiedlicher Größe, Schaumimprägnierung und Sprühtrocknung steuern. Alternativ können Aluminiumplatten anodisiert werden, um gerichtete, nanoskalige Mikroporen in Kanalform zu erzeugen.