[科普中国]-高铝瓷

高铝瓷是高铝陶瓷的简称，通常为Al2O3含量大于75%以上的氧化铝瓷的统称。主晶相为α-Al2O3，所以也常用Al2O3含量的多少来命名，如含量为95%时称95瓷，含量为99%以上时为99瓷。制备工艺与氧化铝瓷同，现已能制出高纯度、高细度、高密度和高均匀度的氧化铝瓷。由于电性能与机械性能都好，是一种理想的高温、高频陶瓷材料和大功率厚膜电路的基片材料，也可用于陶瓷-金属封接材料等。

材料组成高铝瓷材料是指化学成分中Al2O3含量大于75%的氧化铝瓷统称为高铝陶瓷(简称高铝瓷)。也有以其显微结构中主晶相(α-Al2O3)的矿物名称而命名，如刚玉瓷。高铝瓷材料不论在高频或低频下均有良好的力学、电气性能，如较低的介质损耗角正切、高的绝缘电阻、 高的机械强度、 较大的硬度、良好的耐磨性能和耐化学腐蚀性能，平均线膨胀系数不大，耐热性能也好。因此，力学、电气、热学性能要求较高的装暨绝缘件，较多用高铝瓷材料制造。

高铝瓷材料配方组成中除了工业Al2O3外，还掺人了其他次要成分，如SiO2(经常是石英或纯净的石英砂)和一些熔剂物质。由于有了次要成分，使瓷显微结构组织复杂化，除了主晶相α-Al2O3(刚玉)晶体外，还有莫来石(3Al2O3.2SiO2)晶体，以及硅酸盐玻璃体。随者瓷组织中Al2O3含量的变化，瓷材料性能也随之变化，其趋势是配方中Al2O3含量愈多。瓷材料的机槭强度随之明显提高。1

用途高铝瓷材料由于其优良性能，在真空断路器灭弧室作壳体材料，满足壳体材料与金属封接和真空气密性10-5-10-3Pa，并在使用20年后仍不低于5X10Pa的要求，同时高铝陶瓷壳体比玻璃壳体机械强度高、使用寿命长、运行安全可靠、结构紧凑。普遍采用质量分数92% Al2O3和95%Al2O3的高铝瓷材料制造陶瓷壳体。高铝瓷材料还用于制造额定电流大的有填料刀型触头熔断器，有填料螺旋栓连接熔断器、有填料圆简形帽熔断器和有填料半导体器件保护用熔断器等陶瓷件。

高铝瓷材料由于高温绝缘性能良好，大量制造汽车火花塞绝缘体、高温耐热设备的绝缘子，如电除尘器装置用的瓷套和瓷轴。高铝瓷材料在耐温设备方面可用来制造家用电器控温器；暖气炉的瓷管、瓷珠和瓷柱；耐较高温度的点火棒、氩弧焊嘴和煤气喷嘴等。在耐磨瓷件方面可制造喷雾干燥器的喷嘴孔片、旋涡片等；喷砂用的喷嘴；球磨机的瓷球和瓷衬等。1

制造工艺1.原料的选用。生产高铝瓷所用的原料是工业氧化铝，它是将矿产铝矾土用碱法或酸法处理而得。工业氧化铝含量大于98.6%。为防止瓷件电性能的降低，Na2O杂质的含量应小于0.5%~0.6%，Fe2O3杂质的含量应小于0.04 %。

2.粉碎及配料。将粉料加水进行湿法球磨，以获得细的颗粒，粒度为0.15~1.2μm。球磨后真空吸滤脱水，再过筛。然后，引人少量添加剂(氧化镁)，以降低烧结温度。最后，加以搅拌。使之获得更为均匀的粉粒。

3. 添加粘结剂。为提高配料粉粒间的粘结能力，必须添加少量的粘结剂，以提高粉粒间的结合力。常用的粘结剂有甘油、石蜡、二油脂酸等。

4.成型。将加有粘结剂的粉料加工成一定几何形状的半成品。一般采用注浆法，压力成型法或塑性料团成型法。

5. 烘干。烘干工艺过程是将生坯中的水分排除，使含水率降到2%~5%以下。烘干工艺过程为：预热→等速干燥+平衡阶段。此过程必须注意温度不能突变，以防止坯件开裂。

6.烧制。烧制工艺是通过高温处理，使坯件在高温烧结下使坯件发生一系列物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，最后达到成瓷的过程。在烧制过程中，一般分两次进行。第一次预烧在低温的马弗炉中进行，目的是去除坯件中的有机粘结剂；第二次烧结是在高温的硅碳棒炉中进行。为保证瓷件的尺寸精确不变形，烧制的温度制度(升降温的速度及时间)应严格掌握。2

原料杂质的影响氧化铝原料或多或少地带人氧化钠、氧化硅等杂质。为了降低高铝瓷的烧结温度，应引人某些氧化物或硅酸盐液相。这些加人物与高铝瓷性能关系是设计或拟定瓷料配方的基本依据。除了高纯氧化铝以外，用于制造电子元件、绝缘材料、工程陶瓷和耐磨陶瓷等大量的氧化铝都是用工业氧化铝或氢氧化铝为原料生产的，Na2O杂质能显著影响Al2O3烧结瓷体的介质损耗，Na2O含量的提高一般都要伴随着tgδ 值的显著增大。但是，Na2O含量的高低不是决定瓷体介质损耗的惟一因素， 原料中SiO2含量的提高能显著削弱或消除Na2O杂质对瓷体介质损耗提高的有害影响。

氧化铁对陶瓷的影响主要表现使陶瓷的烧结温度范围变窄，降低陶瓷的冷热性能；降低陶瓷的电击穿强度和抗折强度；影响陶瓷的白度，还容易在陶瓷釉面上产生色斑。在生产Al2O3，含量在99.5%以上的高纯氧化铝瓷或透明氧化铝陶瓷时，一般不能用工业氧化铝作原料。在这种情况下，氧化铝原料的纯度应在99.9%以上，通常用硫酸铝铵经提纯并加热分解来制备。2

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学