专家贴：高性能氧化铝陶瓷发展现状及应用解析 制备工艺技术全盘传授！

在上海有色网(SMM)、中国再生资源产业技术创新战略联盟共同举办的2020有色金属行业年会暨长约嘉年华上，山东工业陶瓷研究设计院副院长程之强对高性能氧化铝陶瓷发展现状及应用、氧化铝陶瓷产业链及制备工艺技术进行了全面讲解。

一、氧化铝陶瓷简介

氧化铝陶瓷(alumina ceramics)是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料——研究最早之一、应用最广、产量最大。

主要分为高纯型：Al2O3含量>99.9%，烧结T高达1650-1900；和普通型(75-99%)：75瓷、85瓷、90瓷、99瓷等。

晶型——12种同质异晶变体， α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ、κ、λ、ρ及无定型氧化铝等12种，最为常见的有α-Al2O3、β-Al2O3和γ-Al2O3

二、氧化铝陶瓷的制备工艺技术

工艺流程

原料处理：用绿色高效处理技术及高能装备，包括高纯、超细、分布、形貌几个方面。

烧结，包括烧成制度——在最低烧成温度下获得最佳性能的最简短的烧成曲线(升温、保温、降温)、气氛：惰性、氧化、还原、真空、空气；压力；烧成方式(热压、热等静压、微波加热、放电等离子、自蔓燃)

成型技术工艺包括，干法、塑性、湿法、增材制造(3D打印)

精密加工环节出现新技术——塑性加工工艺技术：磨削+激光，磨削+超声波

陶瓷的增材制造(3D打印)3D打印技术，又称为增材制造、快速成型、无模成型等。

基于3D 数字模型，采用分层制造，逐层叠加的方式形成三维实体的技术(积层造形法)

全球3D打印市场分析

根据Grand View Research的最新报告，全球陶瓷3D打印市场到2025年预计将逼近1.6亿美元

预计到2025年，航空航天终端用途的陶瓷3D打印市场将达到2610万美元，医疗领域相关需求的年增长率约为35.4%

三、氧化铝陶瓷的性能及应用

机械强度高、电绝缘性好、硬度和熔点高、抗腐蚀性好、化学稳定性优良等，而且在一定条件下具有良好的光学性和离子导电性。

应用范围广，主要应用于机械方面、电子、电力方面、化工方面、医疗方面。

机械方面(高强、高硬、耐磨)—刀具、球阀、磨料磨具、轴承、拉丝喷丝部件

氧化铝陶瓷刀具：硬切割、高速干切割、超高速切割

高的耐热性、高硬度与耐磨性和优良的化学稳定性等优点，是切削加工中重要的刀具之一，其加工效率比传统刀具提高3—10倍

氧化铝陶瓷工业用阀(密封)

旋塞阀：石油开采、输送和精练设备中，也广泛用于石油化工、煤化工、天然气等其它工业领域

闸阀、截止阀：自来水、污水、建筑、石油、化工、食品、医药、轻纺、电力、船舶、冶金、能源系统等

球阀：尤其适用于如氧气、过氧化氢、甲烷、乙烯、强酸等工况恶劣的介质

电子、电力方面(高强、绝缘性好)—基片、透明陶瓷、电绝缘瓷、火花塞等

氧化铝陶瓷基片(耐高温、电绝缘性能高、介电常数和介质损耗低、热导率大、化学稳定性好)

超特高压支柱绝缘子(高强、高电阻、高介电强度、介电常数和介质损耗低、化学稳定性好)

化工方面(耐高温、化学稳定性好、耐强酸碱和有机溶剂腐蚀)—化工填料、泡沫、蜂窝、微孔、介孔陶瓷(膜)、耐腐蚀涂层等—填充、支撑和净化分离材料

化工填料(耐高温、耐腐蚀、高比表面)

不同的结构和形状：拉西环、鲍尔环、十字隔板环、阶梯环、矩鞍环、异鞍环等。应用于化工、冶金、煤气、制氧等行业的干燥塔、吸收塔、冷却塔、洗涤塔、再生塔等

陶瓷膜(高比表面积、耐高温、耐腐蚀)—环保、生物化学、食品医药、催化反应、化工、冶金、水处理、海水淡化等

医疗方面(高强、高硬、化学稳定性好、生物惰性)—人造骨骼、人工关节、人工牙齿等

Al2O3—HAP复材—良好的生物特性，稳定的物化性能，其硬度、抗弯强度、断裂韧性均已接近人体骨——有望成为最理想的骨移植材料

四、透明氧化铝陶瓷

透明陶瓷的定义：能够通过光线并能够成像的陶瓷。光线包括紫外线、可见光和红外线等。

陶瓷透光的基本条件

致密度>理论密度的99.5%

晶界无空隙或空隙大小<

晶界无杂质及玻璃相，或其与微晶体的光学性质相似

晶粒较小且均匀，其中无空隙

晶体对入射光的选择吸收很小

表面光洁

透明陶瓷分类

透光陶瓷

半透明氧化铝–透明氧化铝–亚微米晶透明氧化铝

中红外透明陶瓷形成系列化，材料种类全

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

五、面临的机遇和挑战

高质量发展阶段：转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的攻关期

我国新材料产业现状：整体表现为“大而不强”，体现在以下几点

产品结构不合理

高端材料供给严重不足

低水平重复建设多，低端品种产能过剩

工信部：130多种关键材料的调研显示，32%处于国内空白，52%依赖进口——“2018国家制造强国专家论坛”

核心技术受制于人，成果转化缓慢

原始创新能力不足，共性技术研发与支撑能力不强

部分领域的核心技术被美国、日本、德国掌控，关键零部件及设备仍大量依赖进口

国际市场竞争力偏弱

企业之间、区域之间协作不充分

除部分骨干企业技术装备接近或达到国际先进水平，大部分中小企业技术装备落后

重视新材料产业发展：目前通过纲领性文件、指导性文件、规划发展目标与任务等构筑起了新材料发展的政策金字塔

新材料，包括氧化铝粉体和高性能氧化铝陶瓷是关键基础原材料！是节能环保、新一代信息技术、航空航天等等不可或缺的重要支撑，高端氧化铝粉体，以及产业链延伸包括高性能陶瓷在内的新材料大有可为。