Керамика из высокочистого оксида алюминия: ключевые "керамические" материалы в четырёх основных областях
Высокая чистотакерамика из оксида алюминияявляются важными керамическими материалами, в которых в качестве основного сырья используется высокочистый ультрадисперсный оксид алюминия, а в качестве основной кристаллической фазы – α-Al₂O₃. Благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая механическая прочность, высокая твердость, высокая термостойкость и коррозионная стойкость, высокочистыекерамика из оксида алюминияшироко используются в таких областях, как машиностроение, электроника, интегральные схемы и медицина.
①Прецизионные компоненты для полупроводникового оборудования
Известно, что в полупроводниковом оборудовании используется большое количество прецизионных керамических компонентов, и их стоимость может составлять более 10% от стоимости полупроводникового оборудования. Среди них оксид алюминия является относительно распространённым керамическим материалом для прецизионных компонентов.
В настоящее время высокочистые покрытия на основе Al₂O₃ или керамика на основе Al₂O₃ используются в основном в качестве защитных материалов для камер травления и их внутренних компонентов. Помимо самих камер, высокочистая алюмооксидная керамика также требуется для компонентов плазменного оборудования, таких как газовые сопла, газораспределительные пластины и стопорные кольца, фиксирующие пластины. Другой пример: в процессе полировки пластин алюмооксидная керамика широко применяется для изготовления полировальных пластин, платформ подготовки полировальных кругов, вакуумных зажимных приспособлений и других компонентов.
②В области механики
Высокая чистотакерамика из оксида алюминияОбладают превосходными механическими свойствами. Керамика из оксида алюминия с прочностью на изгиб около 250 МПа может быть получена методом спекания при атмосферном давлении, в то время как керамика из оксида алюминия высокой чистоты, полученная методом спекания при горячем прессовании, может достигать прочности на изгиб до 500 МПа и твердости до 9 ГПа (твердость по Моосу). Используя эти характеристики керамики из оксида алюминия высокой чистоты, ее можно использовать в качестве шлифовальных кругов, керамических штифтов и других компонентов. Среди этих применений наиболее широко используются режущие инструменты и шары из оксида алюминия высокой чистоты. Однако из-за относительно низкой вязкости разрушения и термостойкости керамики из оксида алюминия высокой чистоты обычно необходимо вводить в оксид алюминия вторую фазу (например, ZrO₂) для повышения прочности и термостойкости материала из оксида алюминия высокой чистоты. Кроме того, за счет уменьшения размера зерна для получения высокочистой алюмооксидной керамики с мелкими и равномерно распределенными зернами можно также в определенной степени существенно повысить прочность и ударную вязкость материала.
③В области электроники и электричества
Высокая чистотакерамика из оксида алюминияОбладая низкими высокочастотными диэлектрическими потерями и превосходными изолирующими свойствами, они подходят для изготовления изоляционных устройств, керамических подложек и прозрачной алюмооксидной керамики. Керамические подложки широко используются в этих областях и находят всё более широкое применение во многих областях, таких как специальные оптические приборы, осветительное оборудование и космическое спутниковое оборудование.
Что касается керамических подложек, то подложки из оксида алюминия являются наиболее широко используемыми материалами в современной электронной информационной промышленности и служат основным материалом для интегральных схем. Например, в области светодиодного освещения коэффициент теплового расширения (КТР) основных подложек составляет от 14 до 17×10⁻⁶/K. При чрезмерной разнице температур или резком перепаде температур печатные платы (ПП) расширяются сильнее, чем корпуса микросхем, что приводит к разрушению паяных соединений. В связи с этим КТР подложек из оксида алюминия значительно ближе к КТР микросхем, что позволяет эффективно предотвращать подобные проблемы.
④В области медицины
Биомедицинские материалы способны восстанавливать функции организма человека, не оказывая на него негативного воздействия. Медицинские организации предъявляют к биомедицинским материалам чрезвычайно строгие требования. Эти материалы должны обладать не только биосовместимостью, но и такими свойствами, как нетоксичность, экологичность и долговечность. Благодаря превосходной биосовместимости, механическим свойствам и химической стабильности, высокочистая алюмооксидная керамика не вызывает реакций отторжения при имплантации в организм человека. Поэтому она широко используется в производстве искусственных костей, болтов, искусственных суставов и других медицинских изделий, получив признание в клинической практике и научных исследованиях.