高纯三氧化二铝产业链情况简介

目录

一、三氧化二铝基本信息

二、三氧化二铝主要用途

三、产业链结构

四、主流制备方法

五、主要生产企业情况

六、下游蓝宝石生产的工艺

七、主要蓝宝石生产企业

八、结论

高纯三氧化二铝产业链情况简介

一、三氧化二铝基本信息

分子式：AL2O3

分子量：102

熔点：2050℃

比重：AL2O32。5-3。2g/cm3

特点：高纯度、超细、粒度分布均匀，白色无味粉末，纯度为99。99%以上的称为高纯

一般可以按以下四种分类方式区分：

（一）按晶型分类

氧化铝是白色晶状粉末，已经证实氧化铝有α、β、γ、δ、η、θ、κ和χ等十一种晶体。不同的制备方法及工艺条件可获得不同结构的纳米氧化铝：χ、β、η和γ型氧化铝，其特点是多孔性，高分散、高活性，属活性氧化铝；κ、δ、θ型氧化铝；α-Al2O3，其比表面低，具有耐高温的惰性，但不属于活性氧化铝，几乎没有催化活性；β-Al2O3、γ-Al2O3的比表面较大，孔隙率高、耐热性强，成型性好，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，被广泛应用作催化剂和催化剂载体等新的绿色化学材料。

（二）按纯度分可以分为

1、普通型，99。99%以下

2、4N-4N5，99。99%-99。995%

3、4N5-5N，99。995%-99。999%

（三）按照粒径尺寸不同可以分为

1、普通氧化铝，粒径尺寸大于100nm。

2、纳米氧化铝，粒径100nm以下，基本要求是30nm。

（四）按照物理尺寸和其他一些物理指标

1、饼料

2、粉料

3、晶块料

4、球形颗粒料

二、主要用途

根据氧化铝纯度和粒径的不同，使用场合也不同，概括如下：

（1）透明陶瓷：高压钠灯灯管、EP-ROM窗口。

（2）化妆品填料。

（3）单晶、红宝石、蓝宝石、白宝石、钇铝石榴石。

（4）高强度氧化铝陶瓷、C基板、封装材料、刀具、高纯坩埚、绕线轴、轰击靶炉管。

（5）精密抛光材料、玻璃制品、金属制品、半导体材料、塑料、磁带、打磨带。

（6）涂料、橡胶、塑料耐磨增强材料、高级耐水材料。

（7）气相沉积材料、荧光材料、特种玻璃、复合材料和树脂材料。

（8）催化剂、催化载体、分析试剂。

（9）宇航飞机机翼前缘。

一般4N5以上高纯氧化铝系列主要用于LED人造蓝宝石晶体，高级陶瓷，PDP荧光粉及一些高性能材料。作为蓝宝石晶体原料，根据不同的要求可提供粉体，颗粒，块状或者柱状等类型。

4N高纯氧化铝系列主要用于高压钠灯，新型发光材料，特殊陶瓷，高级涂层，三基色，催化剂及一些高性能材料。根据不同的要求可提供粉体，颗粒等类型。

三、产业链结构

蓝宝石晶体材料产业链

生产蓝宝石晶体主要消耗的原料为5N高纯氧化铝粉体，块体。

目前国内生产高纯氧化铝的主流技术有三种：多重结晶法、醇盐水解法、直接水解法。

1，多重结晶法具体又分为硫酸铝铵热解法和碳酸铝铵热解法。目前国内山东，上海，贵州等地的厂家，多数采取这种方法。它的缺点就是金属铁、镍、钛、锆等离子以及卤素元素难以去除，纯度最多可以达到4N，基本已经极限了，实际是3个9；从纯度上说，它的缺陷挺大，一般只能用在焰熔法宝石上，要直接拿来做大尺寸蓝宝石晶体原料就很难。

无法满足高端要求。

2，直接水解法即为胆碱法，胆碱法是目前国内规模最大的4N级氧化铝生产方法。目前河北，广州有厂家用的是这种方法。只能做工业宝石和低端蓝宝石。

这种工艺的主要缺陷在于无法再次提纯，原料是什么级别，做出来的氧化铝，就是什么级别，不可能超越原料水平。而且在水解过程中，为了增加反应接触面积，需要把铝材加工成片料或者粉料，这个过程中容易带进Fe，Ti、Ni、Zr等杂质。而这两种杂质含量多少对蓝宝石的品质影响非常大。

3，醇铝水解法、醇盐水解法即为异丙醇铝法。宣城晶瑞是用的这种方法，目前日本和美国也主要采取这种工艺生产高纯度氧化铝，产品纯度高达到5个9，主要用于LED蓝宝石长晶行业。这种工艺比较复杂，国内能掌握此技术的很少。

和直接水解法相比，这种工艺的主要优点是：

1）高纯铝和醇类反应充分，不需要加工成粉末，避免加工过程中带入Fe，Ti等杂质引入。

2）可以再次提纯，反应得到的异丙醇铝可以在230-250度下8级塔板精馏，以气态的形式收集高纯异丙醇铝，铁、钛、镍、锆、铅、镁等金属杂质不会气化，留在釜底。冷凝下来的高纯异丙醇铝还可以再次用陶瓷膜分离，游离金属杂质钾，钠，锌等都被除去。

3）粉体在净化室内5n氮气氛围下煅烧减少了污染。

4）块体采用1000吨预压，再等静压，密度可以达到3。7。

几种方法的比较

五、主要企业情况

高纯氧化铝厂家

3、供需关系

在网上寻找的资料可以估算出高纯氧化铝的需求。

一般年产每万片2寸蓝宝石衬底需要用500kg 高纯氧化铝材料，截至2012年一季度末，国内已投产、在建的和刚规划的蓝宝石项目达到60个。其中，已投产的蓝宝石项目比例超过35%。若在建的和已规划的蓝宝石项目全部建成投产，国内2英寸蓝宝石衬底年产能将超过3亿片，相当于2010年全球蓝宝石衬底需求量的10倍。按照3亿片的数量计算，需要30000*500kg=15000吨高纯氧化铝，如果再算上良率和切削损耗，需求会多一些。如果国内的氧化铝生产厂家公布的数据都是真实的话，也就在15000吨左右的产能。

六、蓝宝石长晶工艺和下游生产厂家

1、生产工艺

主要包括焰熔法、CZ提拉法、泡生法KY、热交换器长晶法HEM、倒模法EFG、坩埚下降法、温度梯度法TGT、水平法HDM、微提拉旋转泡生法SAPMAC。

（1）焰熔法

熔焰法(Verneuilmethod)是熔体中生长单晶的方法，其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种晶上凝固并逐渐生长形成单晶。

该方法主要特点:①原材料是粉末状的，放置于熔焰炉内的容器内，容器底部有孔，粉体通过振动撒入。②粉末和氧气一起进入一个狭窄的管道，这个狭窄管道安装在一个较大的管道内，大的管道内可以提供氧气，狭窄管道的开口处可以产生高于2000℃的火焰。当粉末通过火焰时，就被熔成液体，滴在安装在下面的陶制支撑杆上，液滴在支撑杆上形成锥形烧结体，末端与火焰很近，保持熔融状态。③这种技术是最早产业化生产人造红宝石和蓝宝石的有效技术，被广泛应用于制作小尺寸人造蓝宝石部件珠宝。

熔焰法生长的宝石晶体尺寸较小，具有大量的镶嵌结构，质量欠佳。熔焰法中成核原理、晶体生长率和尺寸控制原理被应用于各种晶体生长的方法里，比如泡生法、提拉法等，可以说是晶体生长技术的基础。

熔焰法示意图

（2）CZ提拉法

提拉法(Czochralskimethod)由Czochralski于1918年发明，是利用籽晶从熔体中提拉生长出晶体的方法。将预先合成好的多晶原料装在坩锅中，并加热到原料的熔点以上使原料熔化成熔体，在坩锅上方有一根可以放置和升降的提拉杆，杆的下端带有夹头，其上装有籽晶。降低提拉杆，使籽晶插入熔体中，只要温度合适，籽晶既不熔掉也不长大，然后慢慢向上提拉和转动晶杆。同时缓慢地降低加热功率，籽晶就逐渐长粗，小心地调节加热功率，就能得到所需直径的晶体。用此方法已经成功长出了半导体、氧化物和其他绝缘类的大晶体。合理的温度场、提拉速度和晶体转速是本方法的关键。

该方法主要特点:①籽晶被固定在杆上，浸入Al2O3熔体里，籽晶杆边向上拉边旋转。②通过精确控制温度梯度、提拉和旋转的速度，就有可能从熔体中提拉出大尺寸单晶圆柱形锭。③通过选择合适的籽晶，就有可能生长出各种方向的晶体(A、M、