氧化铝陶瓷概述

黑色Al2O3瓷的着色剂通常都是一些 高温挥发性较强的氧化物。
11
一、瓷料高温下的挥发 ❖ Al2O3瓷烧成温度较高，99瓷烧成
温度1800℃，95瓷也都在1650℃～ 1700℃，因此配料组分挥发性的高 低直接关系到陶瓷材料的生产和利 用。
12
(1)主成分Al2O3高温下挥发性较弱。 (2) 在 99 瓷 中 用 作 抑 制 晶 粒 生 长 ，
17
❖ 在电场作用下，Na离子在“尖晶石 基块’’之间的(空旷地带)沿电场方向 自由移动，表现了－Al2O3极显著的离 子电导特性。正因为如此，－Al2O3呈 现出明显的电导损耗和离子松弛损耗。 这样，Al2O3瓷中－Al2O3的存在就导致 了介质损耗角正切值tg的显著提高。
18
❖改善措施：
（1）加入粘土（主要成分SiO2）， 生成玻璃相让Na2O进入玻璃相。
15
通常是用碱式法生产
的，其中含有少量Na2O杂质。 Na2O 杂 质 的 存 在 ， 与 Al2O3 形 成
－Al2O3化合物，使瓷体的电性能明 显恶化，电阻率降低，tg↑，Na2O 对装置瓷非常有害。
16
❖ Na2O加入以后，生成－Al2O3， － Al2O3是一种多铝酸盐，其结构为 Na2O·11Al2O3，是由少数Al—O—Al键把 “尖晶石基块”连接起来的层状结构， －Al2O3中的Na离子就处于“尖晶石基 块”之间由少数 A1—O—A1键支撑起 来的空旷的空间内。
2
氧化铝陶瓷基片
电子陶瓷
3
2.1 Al2O3瓷的类型和性能 根据Al2O3含量来确定瓷的牌号。
Al2O3含量在99％左右——“99瓷”， 含量在95％和90％左右的依次称为 “95瓷”和“90瓷”等等。
Al2O3含量在85％以上的陶瓷通常称 高铝瓷，含量在99％以上的也称为刚玉 瓷或纯刚玉瓷。
4
(4)Al2O3 陶 瓷 的 熔 剂 类 加 入 物 MgO ， CaO ， BaO ， Si02 ， 除 CaO 的 高 温 挥 发 性 较弱，其他几个氧化物的挥发性都较强。 但挥发性较强的氧化物结合成复合氧化 物（3Al2O3 ·2Si02）时，挥发速度和挥 发性有不同程度的降低。
14
(5) 熔 剂 类 加 入 物 的 如 CaF2 ， B2O3 等 高 温 挥 发 性 很 强 ， 既 使 在 75 瓷 瓷料中引入少量CaF2，烧成后的瓷 体也易出现针孔。 (6) 在 Al2O3 黑 瓷 生 产 中 用 作 着 色 剂 的 FeO ， MnO ， CoO ， NiO ， Cr2O3 等较低温度下就有明显挥发。 黑 色 Al2O3 瓷 生 产 中 必 须 考 虑 如 何 减 少着色剂的挥发。
21
2、CaO 引入少量CaO，形成六铝酸钙
9
2.2 组成与性能间的关系
瓷料组成与性能间的关系是我们设计 或拟订瓷料配方的基本依据。氧化铝 含量与陶瓷性能间有着密切的关系。 而且其他添加剂对Al2O3瓷料性能也都 会有不同程度的影响。
10
Al2O3瓷的烧结温度较高，瓷料(主 要是瓷料中的一些加入物)的高温挥发 性能也常常对陶瓷材料的生产和性能 显示一定的影响。
第二节 氧化铝瓷
氧化铝瓷是一种以Al2O3为主 要原料、以刚玉(—Al2O3)为主 要矿物组成的陶瓷材料。
1
氧化铝瓷在电子技术领域中广泛用 作真空电容器陶瓷、微波管输能窗的 陶瓷组件、各种陶瓷基板及半导体集 成电路陶瓷封装管壳等。它是电真空 陶瓷的主要瓷种，也是生产陶瓷基板 及多层布线封装管壳的一种基本陶瓷 材料。
使瓷体具有细晶结构的加入物MgO， 有较高的高温挥发性。
当 MgO 结 合 成 尖 晶 石 时 MgO· Al2O3 ，挥发速度有所降低 。但 挥发速度仍较明显。
13
(3)在99瓷、97瓷以及某些95瓷的生 产 中 有 时 与 MgO 同 时 引 入 的 La203 ， Y203 等稀土氧化物的高温挥发性较弱。
（2）加入粘土生成钠长石。
（3）煅烧。对高铝瓷采用此方式， 可使－Al2O3－Al2O3，在煅烧时加 入 一 定 量 的 硼 酸 与 Na2O 反 应 生 成 硼 酸 钠，是易挥发物质，在煅烧中挥发除 去。
19
表4-6列出了Al2O3在Na、Si杂质共存 时，杂质含量对烧结瓷体介质损耗的影 响。
20
氧化铝陶瓷中，Al2O3含量越高， 性能越好。
但Al2O3含量越高，工艺要求越 高，如烧结温度过高(99瓷烧结温 度1800℃)，能耗大，对窑炉的要 求也很高。
5
高铝瓷的烧结温度较高，为了 降低烧结温度，降低成本，国内外 也都研制并生产了Al2O3含量在75— 85％之间的Al2O3陶瓷。习惯上把这 种Al2O3陶瓷称为“75瓷”，广泛用 作金属膜电阻和线绕可变电阻基体， 厚膜集成电路基片，集成电路扁平 封装管壳等。
目前我国大量生产的Al2O3陶瓷 是95瓷。75瓷的生产也比较普遍。 此外还生产97瓷，99瓷，主要用作 薄膜硅片或混合集成电路薄膜基片。
8
常用的氧化铝陶瓷为白色，但也有 一些特殊要求，如一些器件为避免光 照，应做成黑色，吸收可见光，可加 入一些金属氧化物作为着色剂，生产 黑色Al2O3陶瓷。
有些氧化铝陶瓷由于加入一些着色 氧化物，也会呈现一定的颜色。这些 颜色却不是预期的。
❖ 从表4—6可以看出，虽然原料中Na20 杂质能显著影响Al203烧结瓷体的介质损 耗， Na20含量的提高一般都要伴随着 tg值的显著增大(1*～3*Al203数据更为 明显)。
❖ 但是，工业氧化铝中经常存在少量杂
质Si02，原料中Si02含量的提高能显著 削弱或消除Na20杂质对瓷体介质损耗提 高的有害影响，3*～5*，Al203数据更为 明显。
6
Al2O3陶瓷的基本性能: 介电常数一般在8～10，介质损
耗小，导热系数，绝缘强度较高， 特别是高铝瓷具有极高的机械强度， 其导热性能良好，绝缘强度高，电 阻率高，介质损耗低，电性能随温 度和频率的变化比较稳定。
7
Al2O3陶瓷的性能指标会因原料， 配方和生产工艺的条件不同，在一 定范围内变化。