کاربرد α-آلومینا در صنایع جدیدسرامیک‌های آلومینا
اگرچه انواع مختلفی از مواد سرامیکی جدید وجود دارد، اما می‌توان آنها را تقریباً بر اساس عملکرد و کاربردشان به سه دسته تقسیم کرد: سرامیک‌های کاربردی (که به عنوان سرامیک الکترونیکی نیز شناخته می‌شوند)، سرامیک‌های ساختاری (که به عنوان سرامیک مهندسی نیز شناخته می‌شوند) و بیوسرامیک‌ها. بر اساس اجزای مختلف مواد اولیه مورد استفاده، می‌توان آنها را به سرامیک‌های اکسیدی، سرامیک‌های نیتریدی، سرامیک‌های بوریدی، سرامیک‌های کاربیدی و سرامیک‌های فلزی تقسیم کرد. در میان آنها، سرامیک‌های آلومینا بسیار مهم هستند و ماده اولیه آن پودر α-آلومینا با مشخصات مختلف است.
α-آلومینا به دلیل استحکام بالا، سختی بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر سایش و سایر خواص عالی، به طور گسترده در تولید مواد سرامیکی جدید مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده نه تنها یک ماده اولیه پودری برای سرامیک‌های آلومینای پیشرفته مانند زیرلایه‌های مدار مجتمع، جواهرات مصنوعی، ابزارهای برش، استخوان‌های مصنوعی و غیره است، بلکه می‌تواند به عنوان حامل فسفر، مواد نسوز پیشرفته، مواد سنگ‌زنی ویژه و غیره نیز مورد استفاده قرار گیرد. با توسعه علم و فناوری مدرن، زمینه کاربرد α-آلومینا به سرعت در حال گسترش است و تقاضای بازار نیز در حال افزایش است و چشم‌انداز آن بسیار گسترده است.
کاربرد α-آلومینا در سرامیک‌های کاربردی
سرامیک‌های کاربردیبه سرامیک‌های پیشرفته‌ای اطلاق می‌شود که از خواص الکتریکی، مغناطیسی، صوتی، نوری، حرارتی و سایر خواص یا اثرات جفت شدن آنها برای دستیابی به یک عملکرد خاص استفاده می‌کنند. آنها دارای خواص الکتریکی متعددی مانند عایق، دی‌الکتریک، پیزوالکتریک، ترموالکتریک، نیمه‌هادی، رسانایی یونی و ابررسانایی هستند، بنابراین عملکردها و کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارند. در حال حاضر، موارد اصلی که در مقیاس وسیع مورد استفاده عملی قرار گرفته‌اند عبارتند از: سرامیک‌های عایق برای زیرلایه‌ها و بسته‌بندی مدارهای مجتمع، سرامیک‌های عایق شمع خودرو، سرامیک‌های دی‌الکتریک خازن که به طور گسترده در تلویزیون‌ها و ضبط‌کننده‌های ویدیویی استفاده می‌شوند، سرامیک‌های پیزوالکتریک با کاربردهای متعدد و سرامیک‌های حساس برای سنسورهای مختلف. علاوه بر این، آنها برای لامپ‌های ساطع‌کننده نور لامپ سدیم فشار بالا نیز استفاده می‌شوند.
۱. سرامیک‌های عایق شمع
سرامیک‌های عایق شمع در حال حاضر تنها کاربرد بزرگ سرامیک در موتورها هستند. از آنجا که آلومینا عایق الکتریکی عالی، استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر فشار بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی دارد، شمع‌های عایق آلومینا به طور گسترده در جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. الزامات α-آلومینا برای شمع‌ها، میکروپودرهای α-آلومینای کم سدیم معمولی است که در آن محتوای اکسید سدیم ≤0.05٪ و اندازه متوسط ذرات 325 مش است.
۲. زیرلایه‌های مدار مجتمع و مواد بسته‌بندی
سرامیک‌های مورد استفاده به عنوان مواد زیرلایه و مواد بسته‌بندی از جنبه‌های زیر نسبت به پلاستیک‌ها برتری دارند: مقاومت عایق‌بندی بالا، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی بالا، آب‌بندی بالا، جلوگیری از نفوذ رطوبت، عدم واکنش‌پذیری و عدم آلودگی سیلیکون نیمه‌هادی فوق خالص. خواص α-آلومینا مورد نیاز برای زیرلایه‌های مدار مجتمع و مواد بسته‌بندی عبارتند از: ضریب انبساط حرارتی 7.0×10-6/℃، رسانایی حرارتی 20-30W/K·m (دمای اتاق)، ثابت دی‌الکتریک 9-12 (IMHz)، تلفات دی‌الکتریک 3~10-4 (IMHz)، مقاومت حجمی > 1012-1014Ω·cm (دمای اتاق).
با عملکرد بالا و ادغام بالای مدارهای مجتمع، الزامات سختگیرانه‌تری برای زیرلایه‌ها و مواد بسته‌بندی مطرح می‌شود:
با افزایش تولید حرارت تراشه، رسانایی حرارتی بالاتری مورد نیاز است.
با سرعت بالای عنصر محاسباتی، ثابت دی‌الکتریک پایینی مورد نیاز است.
ضریب انبساط حرارتی باید نزدیک به سیلیکون باشد. این امر الزامات بالاتری را برای α-آلومینا ایجاد می‌کند، یعنی در جهت خلوص و ظرافت بالا توسعه می‌یابد.
۳. لامپ ساطع کننده نور سدیم با فشار بالا
سرامیک‌های مرغوبساخته شده از آلومینای فوق ریز با خلوص بالا به عنوان مواد اولیه، دارای ویژگی‌های مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، عایق خوب، استحکام بالا و غیره هستند و یک ماده سرامیکی نوری عالی هستند. پلی کریستال شفاف ساخته شده از آلومینای با خلوص بالا با مقدار کمی اکسید منیزیم، اکسید ایریدیم یا افزودنی‌های اکسید ایریدیم، و ساخته شده با پخت اتمسفری و پخت پرس گرم، می‌تواند در برابر خوردگی بخار سدیم با دمای بالا مقاومت کند و می‌تواند به عنوان لامپ‌های سدیم با فشار بالا با راندمان روشنایی بالا استفاده شود.
کاربرد α-آلومینا در سرامیک‌های ساختاری
مواد بیوسرامیکی به عنوان مواد زیست‌پزشکی معدنی، در مقایسه با مواد فلزی و مواد پلیمری، هیچ عارضه جانبی سمی ندارند و زیست‌سازگاری و مقاومت در برابر خوردگی خوبی با بافت‌های بیولوژیکی دارند. این مواد به طور فزاینده‌ای مورد توجه مردم قرار گرفته‌اند. تحقیقات و کاربرد بالینی مواد بیوسرامیکی از جایگزینی و پر کردن کوتاه‌مدت به کاشت دائمی و محکم و از مواد بیولوژیکی بی‌اثر به مواد بیولوژیکی فعال و مواد کامپوزیتی چند فازی توسعه یافته است.
در سال‌های اخیر، متخلخلسرامیک‌های آلومینابه دلیل مقاومت شیمیایی در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، پایداری خوب در دمای بالا و خواص ترموالکتریک، از آنها برای ساخت مفاصل اسکلتی مصنوعی، مفاصل زانوی مصنوعی، سر استخوان ران مصنوعی، سایر استخوان‌های مصنوعی، ریشه‌های دندان مصنوعی، پیچ‌های تثبیت استخوان و ترمیم قرنیه استفاده شده است. روش کنترل اندازه منافذ در طول تهیه سرامیک‌های آلومینای متخلخل، مخلوط کردن ذرات آلومینا با اندازه‌های مختلف ذرات، آغشته کردن فوم و خشک کردن ذرات با اسپری است. صفحات آلومینیومی همچنین می‌توانند آنودایز شوند تا منافذ کانالی ریز متخلخل در مقیاس نانو جهت‌دار تولید کنند.