Ceramica di allumina ad alta purezza: i materiali chiave in quattro campi principali
Alta purezzaceramiche di alluminasono importanti materiali ceramici che utilizzano allumina ultrafine ad elevata purezza come materia prima principale e α-Al₂O₃ come fase cristallina principale. Grazie alle loro eccellenti proprietà come elevata resistenza meccanica, elevata durezza, resistenza alle alte temperature e resistenza alla corrosione, l'elevata purezzaceramiche di alluminasono stati ampiamente utilizzati in settori quali macchinari, elettronica, circuiti integrati e medicina.
①Componenti di precisione per apparecchiature a semiconduttore
È noto che nelle apparecchiature a semiconduttore viene utilizzato un gran numero di componenti ceramici di precisione, che possono rappresentare oltre il 10% del costo delle apparecchiature stesse. Tra questi, le ceramiche di allumina sono un materiale ceramico relativamente comune per i componenti di precisione.
Attualmente, i rivestimenti in Al₂O₃ ad alta purezza o le ceramiche di Al₂O₃ sono utilizzati principalmente come materiali protettivi per le camere di incisione e i loro componenti interni. Oltre alle camere, le ceramiche di allumina ad alta purezza sono richieste anche per componenti di apparecchiature al plasma come ugelli del gas, piastre di distribuzione del gas e anelli di fissaggio che fissano i wafer. Ad esempio, nel processo di lucidatura dei wafer, le ceramiche di allumina possono essere ampiamente utilizzate per piastre di lucidatura, piattaforme di condizionamento dei tamponi di lucidatura, mandrini a vuoto e altri componenti.
②Nel campo meccanico
Alta purezzaceramiche di alluminapossiedono eccellenti proprietà meccaniche. Le ceramiche di allumina con una resistenza alla flessione di circa 250 MPa possono essere preparate tramite il metodo di sinterizzazione a pressione atmosferica, mentre le ceramiche di allumina ad alta purezza prodotte con il metodo di sinterizzazione a caldo possono raggiungere una resistenza alla flessione fino a 500 MPa e una durezza fino a 9 GPa (durezza Mohs). Sfruttando queste caratteristiche delle ceramiche di allumina ad alta purezza, possono essere utilizzate come mole abrasive, perni ceramici e altri componenti. Tra queste applicazioni, gli utensili da taglio e le sfere in ceramica di allumina ad alta purezza sono i più utilizzati. Tuttavia, a causa della relativamente scarsa tenacità alla frattura e resistenza agli shock termici delle ceramiche di allumina ad alta purezza, è solitamente necessario introdurre una seconda fase (come ZrO₂) nell'allumina per migliorarne la tenacità e la resistenza agli shock termici. Inoltre, affinando la granulometria per produrre ceramiche di allumina ad alta purezza con grani piccoli e distribuiti uniformemente, è possibile migliorare in una certa misura anche la resistenza e la tenacità del materiale.
③Nei settori elettronico ed elettrico
Alta purezzaceramiche di alluminaPresentano basse perdite dielettriche ad alta frequenza ed eccellenti proprietà isolanti, che li rendono adatti alla produzione di dispositivi isolanti, substrati ceramici e ceramiche di allumina trasparenti. Tra queste applicazioni, i substrati ceramici sono relativamente ampiamente utilizzati e hanno trovato un impiego sempre più esteso in molti campi, come strumenti ottici speciali, apparecchiature di illuminazione e apparecchiature per satelliti spaziali.
Per quanto riguarda i substrati ceramici, i substrati ceramici di allumina sono i materiali più utilizzati nell'industria elettronica moderna e costituiscono il materiale fondamentale per i chip dei circuiti integrati. Ad esempio, nel campo dell'illuminazione a LED, il coefficiente di dilatazione termica (CTE) dei substrati più diffusi varia da 14 a 17×10⁻⁶/K. In caso di eccessiva differenza di temperatura o di improvviso cambiamento di temperatura, i PCB (circuiti stampati) si dilatano più drasticamente rispetto ai package dei chip, causando guasti ai giunti di saldatura. A fronte di questa sfida, il CTE dei substrati ceramici di allumina è molto più vicino a quello dei chip, il che può efficacemente prevenire tali problemi.
④Nel campo medico
I materiali biomedici possono riparare le funzioni del corpo umano senza causare effetti avversi, e le organizzazioni sanitarie hanno requisiti estremamente rigorosi per i materiali biomedici. Questi materiali non solo devono essere biocompatibili, ma devono anche possedere proprietà come la non tossicità, il rispetto dell'ambiente e la durevolezza. Grazie alla loro eccellente biocompatibilità, alle proprietà meccaniche e alla stabilità chimica, le ceramiche di allumina ad alta purezza non innescano reazioni di rigetto quando vengono impiantate nel corpo umano. Pertanto, possono essere ampiamente utilizzate nella produzione di ossa artificiali, bulloni, articolazioni artificiali e altri dispositivi medici, e sono state riconosciute nella pratica clinica e nella ricerca scientifica.