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鄒小姐：13326633089 -
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氧化鋁有著非常多的相態(tài)，即α-Al2O3、γ-Al2O3、η-Al2O3、δ-Al2O3、θ-Al2O3、χ-Al2O3、κ-Al2O3等。不同晶型由于其晶體結(jié)構(gòu)的差異而表現(xiàn)出不同的性能，應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。而α-Al2O3作為鋁的氧化物中最為穩(wěn)定的晶相，以其獨(dú)特優(yōu)勢，在電子領(lǐng)域備受關(guān)注。
圖1、α—Al2O3粉體 來源：百度百科
一、α—Al2O3的結(jié)構(gòu)及其特性
在α—Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)中，由3個(gè)氧原子組成的面是兩相鄰接的八面體所共有，整個(gè)晶體可以看成無數(shù)八面體[AlO6]通過共面結(jié)合而成的大“分子”，這一結(jié)構(gòu)使得α－氧化鋁的穩(wěn)定性大。同時(shí)這種緊密堆積結(jié)構(gòu)，Al-O化學(xué)鍵很強(qiáng)，晶格能很大，使得α-Al2O3的熔點(diǎn)高達(dá)2050℃，莫氏硬度高達(dá)9，并且α相具有耐酸堿、絕緣性能好﹑耐高溫﹑導(dǎo)熱率高等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用也最多。
圖2、α—Al2O3的結(jié)構(gòu)示意圖和主要性質(zhì)
二、α—Al2O3的制備方法
目前，α-Al2O3的制備方法有固相、液相以及氣相三種，固相、液相合成方法中分別主要以機(jī)械研磨法、燃燒法，和溶膠－凝膠法、沉淀法制備 α-A12O3粉末，氣相合成方法則主要是通過化學(xué)氣相沉積法制備氧化鋁薄膜。基于這些方法可使 α-A12O3制備滿足多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，所以針對制備過程中α-A12O3晶粒的影響因素，如溫度、pH 值、礦化劑類型等，已經(jīng)存在較為成熟的研究結(jié)論。
圖3、α—Al2O3的制備方法
（1）固相合成法
固相合成方法通常是以工業(yè)氧化鋁或氫氧化鋁為原料，經(jīng)過高溫煅燒后生成α—Al2O3。但煅燒溫度過高會引起氧化鋁粒徑增大和顆粒聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致α—Al203的高溫性能受到較大影響，因此通常采用機(jī)械球磨或加入礦化劑的方法來改善產(chǎn)品的質(zhì)量。加入礦化劑的主要目的是去除產(chǎn)品中的金屬氧化物，降低相變溫度，控制晶粒尺寸和形貌。
（2）液相制備
工業(yè)氧化鋁中存在堿金屬氧化物（尤其是Na2O）等雜質(zhì)，為了改善這種情況，通常采用溶膠凝膠法以鋁鹽與酸或堿反應(yīng)制備氧化鋁前體，然后高溫煅燒制備α—Al2O3。這種方法的煅燒溫度低，得到的氧化鋁純度高。但制備工藝復(fù)雜，對原料純度要求高。在溶膠－凝膠法制備α—Al2O3的過程中添加α—Al2O3晶種是很常見的一種方法，目的是為了讓氧化鋁從θ相轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>α相。
（3）氣相制備
化學(xué)氣相淀積（CVD) 在氣相合成中是最為經(jīng)典的方法，利用氣體，或者通過一定的方法加熱，使物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，在氣態(tài)下兩種或兩種以上材料發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，形成新材料，新材料沉積到晶片表面，在冷卻過程中凝聚長大，形成超細(xì)粉體的過程。該方法常用于制備適用于航空航天領(lǐng)域的α-Al2O3涂層材料。
三、α—Al2O3電子領(lǐng)域的應(yīng)用
（1）環(huán)氧復(fù)合絕緣材料
因α—Al2O3的絕緣性能好﹐且和環(huán)氧樹脂有較好的相容性，填充到環(huán)氧樹脂中可以起到顆粒補(bǔ)強(qiáng)作用﹐并能提高導(dǎo)熱能力﹐因此，可以和環(huán)氧樹脂制備成復(fù)合材料，應(yīng)用到高壓絕緣材料﹐比如高壓開關(guān)盆式絕緣子、高壓互感器、絕緣拉桿、環(huán)氧套管等，電壓等級從110～1000kV。
圖4、高壓開關(guān)用盆式絕緣子
（2）電子陶瓷
α—Al2O3不但具有良好的成瓷性能﹐且具有高電阻率、高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)、介電損耗，因此被制備成不同的電子陶瓷﹐主要用于電子封裝、真空滅弧室、行波管﹑點(diǎn)火器等。
電氣陶瓷其中之一就是集成電路基板﹐隨著電子技術(shù)的發(fā)展﹐不斷推出多層共燒技術(shù)（HTCC、LTCC），進(jìn)一步提高了集成電路的小型化，氧化鋁陶瓷基片已成為應(yīng)用最廣泛的電子陶瓷，占電子陶瓷基片的90%，已成為電子工業(yè)不可或缺的材料。
圖5、氧化鋁陶瓷電路板 來源：同達(dá)鑫官網(wǎng)
（3）導(dǎo)熱絕緣材料
α—Al2O3不但具有良好的絕緣性能﹐且熱導(dǎo)率為30 W /(m?K)，相對氮化鋁﹑氮化硼等性價(jià)比高，且在硅膠﹑硅油體系有良好的分散性能，因此，在電子導(dǎo)熱絕緣領(lǐng)域占有很大的比重，常用于導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱灌封膠﹑導(dǎo)熱硅脂等材料。
導(dǎo)熱硅膠墊能夠填充到電子元件和殼體或散熱器的縫隙中﹐起到散熱作用，同時(shí)還起到絕緣﹑減震﹑密封等作用。導(dǎo)熱灌封膠用于封裝電子元器件﹑線路等，提高整體性和耐候性及抗震等性能。導(dǎo)熱硅脂主要是由氧化鋁和硅油配制，并加有穩(wěn)定劑和改性添加劑，調(diào)配成均勻的膏狀物質(zhì)，用于散熱器和器件之間。
圖6、 導(dǎo)熱硅膠墊片 來源：中鋁鄭州研究院
（4）電子玻璃
LCD（液晶）玻璃基板是一種區(qū)別于普通玻璃的電子玻璃，是平板顯示的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一，其表面極其平整，厚度為0.1～0.7 mm。不但表觀質(zhì)量要求苛刻，而且還要求極低的膨脹系數(shù)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性﹑高的機(jī)械強(qiáng)度等，是一種制備技術(shù)要求極高的材料。LCD玻璃屬于無堿鋁硼硅酸鹽玻璃，即為SiO2一Al2O3一B2O3一RO體系（RO為堿土金屬），因此要求其中的氧化鋁為低鈉α—Al2O3。
圖7、液晶玻璃基板 來源：洛陽古洛玻璃有限公司
（5）鋰離子電池
α—Al2O3在鋰離子電池領(lǐng)域應(yīng)用量最大的是隔膜涂層，即將α—Al2O3粉體均勻的涂覆在一層有微孔結(jié)構(gòu)的聚烯燒薄膜表面，用于隔離正負(fù)極防止短路，但又能保證鋰離子自由通過。涂覆氧化鋁后﹐耐溫可達(dá)180℃，而且極大地減小了收縮率，同時(shí)提高耐刺穿能力和吸液率，有效提高電池安全性能。
圖8、鋰電池概念圖 來源中國電池網(wǎng)
總結(jié)
用于電子領(lǐng)域的α—Al2O3粉體要求也越來越高。更高品質(zhì)的產(chǎn)品和產(chǎn)品指標(biāo)的穩(wěn)定將是未來的發(fā)展趨勢。
（1）產(chǎn)品更高的純度意味著電氣元器件更高的可靠度，隨著電氣元器件的小型化，要求α—Al2O3具有更高的純度，尤其是異物的含量將要求越來越高。
（2）高性能的亞微米α—Al2O3在未來高端電子應(yīng)用領(lǐng)域有著較強(qiáng)的優(yōu)勢，更高轉(zhuǎn)化率、小比表面積的亞微米粉體將是技術(shù)發(fā)展趨勢。
（3）除了對產(chǎn)品理化指標(biāo)的嚴(yán)格控制之外，作為電子領(lǐng)域應(yīng)用的α—Al2O3，其產(chǎn)品的批一致性和穩(wěn)定性越來越受到關(guān)注，成為產(chǎn)品質(zhì)量重要的衡量指標(biāo)。
參考來源：
1、低鈉α—Al2O3在電子領(lǐng)域的應(yīng)用 李建忠等
2、微波輔助制備高純α—Al2O3粉體工藝及其性能研究 趙天歌
3、α—Al2O3相變機(jī)理及制備工藝研究進(jìn)展 吳宇峰等
作者：晴天
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