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高性能氧化鋁陶瓷發展現狀及應用解析

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、形貌幾個方麵。

燒結,包括燒成製度——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、濕法、增材製造(3D打印)精密加工環節出現新技術——塑性加工工藝技術:磨削+激光,磨削+超聲波。陶瓷的增材製造(3D打印)3D打印技術,又稱為增材製造、快速成型、無模成型等。基於3D 數字模型,采用分層製造,逐層疊加的方式形成三維實體的技術(積層造形法)

全球3D打印市場分析

根據Grand View Research的最新報告,全球陶瓷3D打印市場到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打印市場將達到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,主要應用於機械方麵、電子、電力方麵、化工方麵、醫療方麵。機械方麵(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:石油開采、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、能源係統等,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、電力方麵(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)

化工方麵(耐高溫、化學穩定性好、耐強酸堿和有機溶劑腐蝕)—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、高比表麵)

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、製氧等行業的幹燥塔、吸收塔、冷卻塔、洗滌塔、再生塔等

陶瓷膜(高比表麵積、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

醫療方麵(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複材—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

致密度>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

表麵光潔

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係列化,材料種類全

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

五、麵臨的機遇和挑戰

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”

核心技術受製於人,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。



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