氧化铝陶瓷具有机械强度高, 绝缘电阻大, 硬度高, 耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能, 其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业, 是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。 通常氧化铝陶瓷分为2大类, 一类是高铝瓷, 另一类是刚玉瓷。高铝瓷是以Al2O3和SiO2为主要成分的陶瓷, 其中Al2O3的含量在45%以上, 随着Al2O3含量的增多, 高铝瓷的各项性能指标都有所提高;由于瓷坯中主晶相的不同, 又分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷、莫来石瓷等。根据Al2O3含量的不同, 习惯上又称为75瓷、80瓷、85瓷、90瓷、92瓷、95瓷、99瓷等。

氧化铝陶瓷原料

作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含量非常丰富, 在岩石中平均含量为15.34%, 是自然界中仅次于SiO2存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2大类, 一类是工业氧化铝, 另一类是电熔刚玉。

1、工业氧化铝

工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿 (主要矿物组成为铝的氢氧化物, 如一水硬铝石 (xAl2O3·H2O) 、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成) 和高岭土为原料, 通过化学法 (主要是碱法, 多采用拜尔法——碱石灰法) 处理, 除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝, 再经煅烧而制得, 其矿物成分绝大部分是γ-Al2O3。 工业氧化铝是白色松散的结晶粉末, 颗粒是由许多粒径<0.1 μm的γ-Al2O3晶体组成的多孔球形聚集体, 其孔隙率约为30%, 平均粒径为40～70 μm。

工业氧化铝的3项主要杂质成分中, Na2O及Fe2O3将降低氧化铝瓷件的电性能, Na2O的含量应<0.5%～0.6%, Fe2O3含量应<0.04%。另外, 在电真空瓷件中, 工业氧化铝不得含有氯化物、氟化物等, 因为它们能侵蚀电真空装置。

2、电熔刚玉

电熔刚玉是以工业氧化铝或富含铝的原料在电弧炉中熔融, 缓慢冷却使晶体析晶出来, 其Al2O3含量可达99%以上, Na2O含量可减少至0.1%～0.3%。电熔刚玉的矿物组成主要是α-Al2O3, 纯正的电熔刚玉呈白色, 称为白刚玉;熔制时加入氧化铬, 可制成红色的铬刚玉;加入氧化锆时可制成锆刚玉;电熔刚玉中含有TiO2则称钛刚玉。这一系列的电熔刚玉由于熔点高、硬度大, 是制造高级耐火材料、高硬磨料磨具的优质原料 (刚玉熔点为2 050 ℃, 莫氏硬度为10) 。

氧化铝陶瓷的应用

机械方面

氧化铝瓷烧结产品的抗弯强度可达250MPa，热压产品可达500MPa。氧化铝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具、球阀、磨轮、陶瓷钉、轴承等，其中以氧化铝陶瓷刀具和工业用阀应用最广。

1、纯氧化铝陶瓷刀具

氧化铝陶瓷刀具的最佳切削速度比一般的硬质合金刀具高，可大幅提高对不同材料的切削效率。随着科学工作者的大量研究，添加其它成分构成两相或以固溶体形式存在于基体之中的氧化铝基复合陶瓷和晶须增强陶瓷中。这些技术弥补了纯氧化铝陶瓷的不足，从而提高了它的切削性能和耐用度。

2、复合氧化铝陶瓷刀具

氧化铝-碳化物陶瓷刀具，是在氧化铝中添加一定的碳化物，以提高它的强度、耐磨性、抗冲击性以及高温性能等。由于添加了金属，提高了氧化铝与碳化物的连接强度，改善了使用性能，此类陶瓷刀具适合于加工淬火钢、合金钢、锰钢、冷硬铸铁、镍基和钴基合金以及非金属材料等。

3、增韧氧化铝陶瓷刀具

增韧氧化铝陶瓷刀具是指在氧化铝基体中添加增韧或增强材料。目前常用的增韧方法有：ZrO2相变增韧、晶须增韧、第二相颗粒弥散增韧等。

电子/电力方面

在电子、电力方面，有各种氧化铝陶瓷底板、基片、陶瓷膜、透明陶瓷以及各种氧化铝陶瓷电绝缘瓷件、电子材料、磁性材料等，其中以氧化铝透明陶瓷和基片应用最广。

1、氧化铝透明陶瓷

当前透明陶瓷是材料领域研究和应用的重要前沿方向。透明陶瓷作为一种新兴材料，除了本身具有宽范围的透光性外，还具有高热导率、低电导率、高硬度、高强度、低介电常数和介电损耗、耐磨性和耐腐蚀性好等一系列优点。

2、氧化铝陶瓷基片

氧化铝陶瓷基片具有机械强度高、绝缘性好、避光性高等优良性能，广泛用于多层布线陶瓷基片、电子封装及高密度封装基片。

化工方面

在化工应用方面，氧化铝陶瓷也有较广泛的用途，如氧化铝陶瓷化工填料球、无机微滤膜、耐腐蚀涂层等，其中以氧化铝陶瓷膜和涂层的研究和应用最多。

医学方面

在医学方面，氧化铝更多的是用于制造人工骨、人工关节、人工牙齿等。

优点：氧化铝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。

缺点：脆性大、断裂韧性低、机加工技术难度高、工艺复杂等。

建筑/卫生/陶瓷方面

在建筑卫生陶瓷方面，产品随处可见，如氧化铝陶瓷衬砖、研磨介质、辊棒、陶瓷保护管以及氧化铝质耐火材料等。其中以氧化铝球磨介质应用最广。

其它方面

氧化铝陶瓷是目前新材料中研究最多、应用最广的材料之一，除了以上的几种应用外，它还广泛应用于其它一些高科技领域，如航空航天、高温工业炉、复合增强等领域。

氧化铝陶瓷常见缺陷分析

氧化铝陶瓷的制备会经历较多生产工序，在过程中物料与机械、设备、工具、器皿、环境接触机会较多，因此，出现污染及瓷件质量问题的因素也较多。一般情况下，氧化铝陶瓷烧成后常见的有关颜色的质量问题有：

（1）瓷件表面有斑点，如黑点、棕点、红点；

（2）瓷件表面产生斑块，如暗斑(阴斑)，黑色云斑、亮斑等；

（3）瓷件有色差现象，如整体发黄或发灰；

（4）瓷件呈现淡黄色。