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錦州市金屬材料研究所

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超細氧化鋁粉體有哪些高端應用領域?

2021-04-01

超細氧化鋁粉體是現代工業中不可缺少的重要材料,氧化鋁粉體超細微化后,其表面電子結構和晶體結構都發生了變化,產生了宏觀物體所不具有的表面效應、小尺寸效應、量子效應和宏觀量子隧道效應,并具有高強度、高硬度、抗磨損、耐腐蝕、耐高溫、絕緣性好、表面積大等優異的特性,目前已在生物陶瓷、精密陶瓷、化工催化劑、稀土三基色熒光粉、集成電路芯片、航空光源器件等方面得到了廣泛的應用。


1、陶瓷材料和復合材料


在常規陶瓷添加超細氧化鋁粉體可改善陶瓷的韌性,降低燒結溫度,由于超細氧化鋁粉體的超塑性,解決了低溫塑料對其應用范圍限制的不足,因此在低溫塑性陶瓷中得到了廣泛的應用。


利用超細氧化鋁粉體還可以合成新型的具有特殊功能的復合陶瓷材料及鋁合金超細復合材料。其中以SiC-Al2O3超細復合材料較為顯著,其抗彎強度從單相碳化硅陶瓷300-400MPa提高到1GPa,材料的斷裂韌性提高幅度也在40%以上。


超細氧化鋁還可作為彌散強化和添加劑,如鑄鐵研具鑄造時以超細氧化鋁粉體作為變質形核,耐磨性可提高數倍以上。


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2、表面防護層材料


由超細氧化鋁粒子組成的新型極薄的透明材料,噴涂在金屬、陶瓷、塑料及硬質合金的表面上,可提高表面的硬度、耐腐蝕性和耐磨性,并且具有防污、防塵、防水等功能,可以解決現代工業生產中易磨損部件、易腐蝕管道而間接影響設備使用壽命和加工產品精度等問題。因此可應用于機械、刀具、化工管道等的表面防護。


其中超細氧化鋁陶瓷涂層刀具結合了陶瓷材料和硬質合金材料的優點,在擁有與硬質合金材料相近的強韌性能的同時、耐磨性大大提高,能達到未涂層刀具的幾倍到幾十倍,并且使加工效率顯著提高。


3、催化劑及其載體


超細氧化鋁孔徑分布良好,孔容高、表面積高達60-400m2/g,表面原子配位不全等導致表面有很多失配鍵、欠氧鍵,且隨著粒徑的減小,表面光滑程度變差,形成了凸凹不平的原子臺階,增加了化學反應的接觸面,是理想的催化劑或催化劑載體,超細氧化鋁粒子負載Co-Mo催化劑的HDS活性高于普通氧化鋁負載的Co-Mo催化劑的HDS活性。


催化劑及載體中應用的主要是γ-Al2O3,廣泛應用于汽車尾氣凈化、催化燃燒、加氫脫硫、石油煉制、高分子合成等。


4、生物及醫學材料


超細氧化鋁生物陶瓷在生理環境中基本上不發生腐蝕,具有良好的結構相容性,新生組織長入多孔陶瓷表面上交連貫通的孔隙,與機體組織之間的結合強度較高,并且有強度高、摩擦系數小、磨損率低等特性。因此在臨床上應用比較廣泛,已用于制作承力的人工骨、關節修復體、牙根種植體、折骨夾板與內固定器件等,還成功地進行了牙槽脊擴建、頜面骨缺損重建、五官矯形與修復等。


目前,正在核心研究用于人造氣管等軟組織材料,以及模擬生物肌體功能、人工智能方面的生物陶瓷材料。


5、半導體材料


超細氧化鋁粉體具有很大的表面積及界面,對外界環境濕氣很敏感,環境溫度的變化迅速引起表面或界面離子價態和電子輸送的變化。在濕度30-80%范圍內,超細氧化鋁交流阻抗呈線性變化,響應速度快、可靠性高、靈敏度高、抗老化壽命長、抗其它氣體的侵蝕和污染、在塵埃煙霧環境中能保持檢測精度,是理想的濕敏傳感器和濕電溫度計材料。


另外,超細氧化鋁是常用的基片材料,具有良好的電絕緣性、化學耐久性、耐熱性、介電常數高、表面平整均勻、成本低等優勢,可用于半導體器件和大規模集成電路的襯底材料,廣泛應用微電子、電子和信息產業。


6、光學材料


納米級的氧化鋁可以吸收紫外光,并且在某些波長光的激發下可以產生出與粒子尺寸相關波長的光波??捎米骶o湊型熒光燈中熒光粉層的保護涂膜,還可和稀土熒光粉復合制成熒光燈管的發光材料,提高燈管壽命。


氧化鋁顆粒表面包敷一層對身體無害的高聚物也可加入防曬油和化妝品中。


正是由于超細氧化鋁粉體與常規顆粒相比具有一系列優異的電、磁、光、力學和化學宏觀特性,因此近年來各地將制備高純超細氧化鋁粉末作為新材料領域研究的主攻方向之一。


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