Cerámica de alúmina de alta pureza: un actor "procerámico" fundamental en catro sectores clave, que amosa o atractivo da pureza
A cerámica de alúmina de alta pureza é un importante material cerámico composto principalmente de alúmina ultrafina de alta pureza como materia prima principal, con α-Al2O3 como fase cristalina principal. Debido ás súas excelentes propiedades, como alta resistencia mecánica, gran dureza, resistencia a altas temperaturas e resistencia á corrosión, a alúmina de alta pureza A cerámica é amplamente utilizado en maquinaria, electrónica, circuítos integrados, medicina e outros campos.
Enténdese que os equipos de semicondutores utilizan un gran número de precisión Compoñentes cerámicos, que poden representar máis do 10 % do custo dos equipos semicondutores. Entre estes, a cerámica de alúmina úsase habitualmente para compoñentes de precisión.
Por exemplo, nos equipos de gravado de semicondutores, os materiais da cámara son unha fonte importante de contaminación das obleas. A medida en que o gravado por plasma afecta a estes materiais determina o rendemento das obleas, a calidade, a estabilidade do proceso e moito máis. Polo tanto, a investigación e o desenvolvemento de materiais de cámara altamente resistentes ao gravado converteuse nunha tarefa complexa na industria da integración de semicondutores e na tecnoloxía de gravado por plasma. Actualmente, os revestimentos de Al2O3 de alta pureza ou Cerámica de Al2O3Os s úsanse principalmente como materiais protectores para cámaras de gravado e compoñentes internos. Ademais da cámara, compoñentes como as boquillas de gas, as placas de distribución de gas e os aneis de fixación de obleas en equipos de plasma tamén requiren cerámica de alúmina de alta pureza. Outro exemplo é o proceso de pulido de obleas, onde a cerámica de alúmina se usa amplamente en placas de pulido, plataformas de acondicionamento de almofadas de pulido, mandriles de baleiro e moito máis.
As cerámicas de alúmina de alta pureza presentan excelentes propiedades mecánicas. As preparadas por sinterización sen presión poden alcanzar unha resistencia á flexión duns 250 MPa, mentres que as preparadas por sinterización por prensado en quente poden alcanzar unha resistencia á flexión de 500 MPa e unha dureza de 9 GPa (dureza Mohs). Aproveitando estas propiedades, as cerámicas de alúmina de alta pureza pódense usar como rebarbas, cravos cerámicos, etc., sendo as aplicacións máis estendidas as ferramentas de corte de cerámica de alúmina de alta pureza e as bólas cerámicas de alúmina de alta pureza. Non obstante, debido á súa tenacidade á fractura e resistencia ao choque térmico relativamente baixas, a miúdo é necesario introducir unha segunda fase, como o ZrO2, na alúmina para mellorar a tenacidade e a resistencia ao choque térmico dos materiais cerámicos de alúmina de alta pureza. Ademais, ao refinar o tamaño do gran e producir cerámicas de alúmina de alta pureza con grans pequenos e distribuídos uniformemente, a súa resistencia e tenacidade tamén se poden mellorar significativamente ata certo punto.
As cerámicas de alúmina de alta pureza teñen unha baixa perda dieléctrica de alta frecuencia e excelentes propiedades de illamento, o que as fai axeitadas para a fabricación de dispositivos illantes, substratos cerámicos e cerámicas de alúmina transparentes. Entre elas, os substratos cerámicos e as cerámicas de alúmina transparente úsanse amplamente e atopan aplicacións crecentes en instrumentos ópticos especiais, equipos de iluminación, equipos de satélites espaciais e moito máis.
En canto aos substratos cerámicos, os substratos cerámicos de alúmina son o material base máis empregado na industria da información electrónica contemporánea, e serven como material fundamental para os chips de circuítos integrados. Por exemplo, na iluminación LED, o substrato principal ten un coeficiente de expansión térmica (CTE) de 14–17×10⁻⁶/K. En condicións de diferenzas de temperatura significativas ou cambios bruscos de temperatura, a placa de circuíto impreso (PCB) expándese máis drasticamente que o encapsulado do chip, o que leva a problemas de desoldadura. Neste contexto, o CTE dos substratos cerámicos de alúmina é máis próximo ao dos chips, o que evita eficazmente estes problemas.
En canto á cerámica de alúmina transparente, desde que o Dr. Coble desenvolveu e preparou por primeira vez cerámica de alúmina transparente (tamén coñecida como cerámica de alúmina policristalina transparente) en 1959, a investigación e as aplicacións da cerámica de alúmina transparente atraeron unha atención xeneralizada. En comparación co vidro, a cerámica de alúmina transparente ofrece unha maior resistencia, dureza e tenacidade, xunto cunha resistencia ao desgaste superficial superior que o vidro non pode igualar. En comparación cos materiais monocristalinos, a cerámica de alúmina transparente require temperaturas de preparación máis baixas e ciclos de produción máis curtos. Son precisamente estas propiedades as que fan que a cerámica de alúmina transparente sexa un tema candente para a investigación, o que permite a súa ampla aplicación en óptica, fabricación de instrumentos especiais, iluminación, tecnoloxía electrónica, tecnoloxía de alta temperatura, defensa nacional, militar, aeroespacial e moito máis. Por exemplo, aproveitando a transmitancia da luz, a resistencia á corrosión e a estabilidade a alta temperatura da cerámica de alúmina transparente, pódense usar para fabricar tubos de arco luminosos para lámpadas de sodio de alta presión.
Os materiais biomédicos poden reparar as funcións corporais humanas sen causar efectos adversos. As organizacións sanitarias impoñen requisitos moi estritos aos materiais biomédicos, esixindo non só biocompatibilidade, senón tamén non toxicidade, respecto polo medio ambiente, durabilidade e outras características. Debido á súa excelente biocompatibilidade, propiedades mecánicas e estabilidade química, as cerámicas de alúmina de alta pureza non causan reaccións de rexeitamento cando se implantan no corpo humano. Úsanse amplamente na produción de ósos artificiais, parafusos, articulacións artificiais, etc., e gañaron recoñecemento tanto en entornos clínicos como de investigación.
As propiedades e aplicacións distintivas das cerámicas de alúmina de alta pureza, que as diferencian das cerámicas de alúmina ordinarias, derivan da súa alta pureza. Ao mesmo tempo, os requisitos rigorosos de tamaño de partícula, dispersión, etc., supoñen desafíos para a preparación de pos de alúmina de alta pureza.