氧化铝陶瓷的性能及主要应用
氧化铝陶瓷是一种以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料,工程实际应用的氧化铝陶瓷一般Al2O3含量在75%~99.9%之间。通常以配料中的Al2O3含量来分类,含量在75%左右称为“75”瓷,含量在85%的称为“85”瓷,含量在95%的为“95”瓷,含量在99%的为“99”瓷。
Al2O3陶瓷的性能
Al2O3瓷的用途非常广泛,因Al2O3含量的不同,其性能便有所不同,用途也各异。
1.机械强度高 Al2O3瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。Al2O3成分愈纯,强度愈高。强度在高温下可维持到900℃。利用Al2O3瓷的机械强度,可制成装置瓷和其他机械构件。Al2O3陶瓷的莫氏硬度可达到9,加上具有优良的抗磨损性能等,所以广泛地用于制造刀、球酱294阀、磨轮、陶瓷钉、轴承等,其中以Al2O3陶瓷刀和工业用阀应用广。
2.电阻率高,电绝缘性能好 常温电阻率1015Ω·cm,绝缘强度15kV/mm,利用其绝缘性和强度,可以制成基板、管座、火花塞、电路外壳。
3.硬度高 莫氏硬度为9,加上优良的抗磨损性,所以广泛地用以制造、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。用Al2O3陶瓷加工汽车发动机和飞机零件时,能够以高的切削速度获得高的精度。
4.熔点高,抗腐蚀 熔点2050℃,能较好地抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ta、Mn、Fe、Co等熔融金属的侵蚀。对NaOH、玻璃、炉渣的侵蚀也有很高的抵抗能力。在惰性气氛中不与Si、P、Sb、Bi作用。因此可用作耐火材料、炉管、玻璃拉丝坩、空心球、纤维、热电偶保护套等。
5.化学稳定性优良 许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、氮化物、溴化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、不与Al2O3作用。因此Al2O3可以制成纯金属和单晶生长的坩锅、人体关节、人工骨等。
6.光学特性 可以制成透光材料(透明Al2O3瓷),用以制造钠蒸气灯管、微波整流罩、红外窗口、激光振荡元件等。
7.离子导电性 用作太阳能电池材料和蓄电池材料。
Al2O3陶瓷的主要应用
1.机械方面
Al2O3陶瓷刀由于具有硬度高、高温力学性能强、耐磨性能好、化学稳定性好、不易与金属发生黏结等特点,大量应用于硬材料切割、高速钢切割、超高速切割等一些难加工材料的切割。Al2O3陶瓷刀的佳切削速度比一般的硬质合金刀高,可大幅提高对不同材料的切削效率。
2.工业方面
目前,工业用阀门种类繁多,氧化铝工业用阀常用的是旋塞阀、闸阀、截止阀、球阀等。 球阀:球阀的主要特点是本身结构紧凑,密封可靠,结构简单,维修方便,密封面与球面常在闭合状态,不易被介质冲蚀,易于操作和维修,适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质,而且还适用于工作条件恶劣的介质,如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等,在各行业得到广泛的应用。
旋塞阀:它广泛地应用于油田开采、输送和精练设备中,同时也广泛用于石油化工、化工、煤气、天然气、液化石油气、暖通行业以及一般工业中。
闸阀、截止阀:它可广泛用于自来水、污水、建筑、石油、化工、食品、医药、轻纺、电力、船舶、冶金、能源系统等体管线上作为调节和截流装置使用。
3.电子、电力方面
在电子、电力方面,有各种Al2O3陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种Al2O3陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等,其中以Al2O3透明陶瓷和基片应用广。
4.化工方面
在化工应用方面Al2O3陶瓷也有较广泛的用途,如Al2O3陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等,其中以Al2O3陶瓷膜、涂层研究和应用多。
①Al2O3陶瓷膜:膜分为有机高分子膜和无机膜等,自20世纪80年代以来,Al2O3陶瓷膜特别是多孔Al2O3陶瓷膜的研制与开发得到了大幅度的提升,在膜领域占据了重要的地位。Al2O3陶瓷膜在净化工业用水加工、海水淡化、气体分离、催化反应等方面都具有大量的应用,因此陶瓷无机膜日益受到科技界与工业界的广泛关注。
②Al2O3涂层:钛合金材料高温氧化严重,为了提高其使用性能,可以在钛合金材料表面涂覆Al2O3涂层,这样也可以使钛合金材料的耐腐蚀和抗高温氧化等特性提高。
5.医学方面
在医学方面Al2O3更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。Al2O3陶瓷具有优良的生物相容性、生物惰性、理化稳定性及高硬度、高耐磨性,是制备人造骨和人造关节的理想材料。但它具有和其他陶瓷材料一样的缺点,如脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等,因此需要进一步研究应用。
6.建筑卫生陶瓷方面
在建筑卫生陶瓷方面,Al2O3陶瓷产品随处可见,如Al2O3陶瓷衬砖、研磨介质、棍棒、陶瓷保护管以及Al2O3质耐火材料等。其中以Al2O3球磨介质应用广。Al2O3球磨介质具有合适的硬度、适中的密度、耐磨、耐腐蚀且价格低廉等特点,因此大部分的建筑卫生陶瓷方面的原材料都用Al2O3球磨介质加工。
7.其他方面
Al2O3陶瓷是目前新材料中研究较多较广的材料之一,除了以上的几种应用外,它还广泛应用于其他一些高科技领域,如高温工业炉、复合增强等领域。
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