Hochreine Aluminiumoxidkeramik: Die wichtigsten "Ceramic"-Materialien in vier Hauptbereichen
HochreinAluminiumoxidkeramiksind wichtige keramische Werkstoffe, die hochreines ultrafeines Aluminiumoxid als Hauptrohstoff und α-Al₂O₃ als Hauptkristallphase verwenden. Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hohe mechanische Festigkeit, hohe Härte, hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind hochreineAluminiumoxidkeramikwerden in Bereichen wie Maschinenbau, Elektronik, integrierte Schaltkreise und Medizin häufig eingesetzt.
①Präzisionskomponenten für Halbleiterausrüstung
Es versteht sich, dass in Halbleitergeräten eine große Anzahl von Präzisionskeramikkomponenten verwendet wird, und diese Keramikkomponenten können mehr als 10 % der Kosten von Halbleitergeräten ausmachen. Unter ihnen ist Aluminiumoxidkeramik ein relativ häufig verwendetes Keramikmaterial für Präzisionskomponenten.
Derzeit werden hochreine Al₂O₃-Beschichtungen oder Al₂O₃-Keramiken hauptsächlich als Schutzmaterialien für Ätzkammern und deren Innenkomponenten verwendet. Darüber hinaus werden hochreine Aluminiumoxidkeramiken auch für Komponenten von Plasmageräten wie Gasdüsen, Gasverteilerplatten und Sicherungsringe zur Waferfixierung benötigt. Ein weiteres Beispiel: Im Waferpolierprozess findet Aluminiumoxidkeramik breite Anwendung bei Polierplatten, Polierpad-Konditionierungsplattformen, Vakuumspannfuttern und anderen Komponenten.
②Im mechanischen Bereich
HochreinAluminiumoxidkeramikbesitzen hervorragende mechanische Eigenschaften. Aluminiumoxidkeramiken mit einer Biegefestigkeit von etwa 250 MPa können durch Sintern bei Atmosphärendruck hergestellt werden, während hochreine Aluminiumoxidkeramiken, die durch Heißpressen und Sintern produziert werden, eine Biegefestigkeit von bis zu 500 MPa und eine Härte von bis zu 9 GPa (Mohs-Härte) erreichen können. Aufgrund dieser Eigenschaften können hochreine Aluminiumoxidkeramiken als Schleifscheiben, Keramikstifte und andere Komponenten verwendet werden. Unter diesen Anwendungen werden Schneidwerkzeuge und Kugeln aus hochreiner Aluminiumoxidkeramik am häufigsten verwendet. Aufgrund der relativ geringen Bruchzähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit von hochreiner Aluminiumoxidkeramik ist es jedoch normalerweise erforderlich, dem Aluminiumoxid eine zweite Phase (wie ZrO₂) hinzuzufügen, um die Zähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit des hochreinen Aluminiumoxidkeramikmaterials zu verbessern. Darüber hinaus können durch die Verfeinerung der Korngröße zur Herstellung hochreiner Aluminiumoxidkeramik mit kleinen und gleichmäßig verteilten Körnern auch die Festigkeit und Zähigkeit des Materials bis zu einem gewissen Grad deutlich verbessert werden.
③Im elektronischen und elektrischen Bereich
HochreinAluminiumoxidkeramikweisen geringe dielektrische Verluste bei hohen Frequenzen und hervorragende Isoliereigenschaften auf und eignen sich daher für die Herstellung von Isoliergeräten, Keramiksubstraten und transparenter Aluminiumoxidkeramik. Keramiksubstrate sind dabei relativ weit verbreitet und finden in vielen Bereichen zunehmend Anwendung, beispielsweise bei speziellen optischen Instrumenten, Beleuchtungsgeräten und Weltraumsatellitenausrüstung.
Aluminiumoxidkeramiksubstrate sind die am häufigsten verwendeten Substratmaterialien in der modernen elektronischen Informationsindustrie und dienen als Grundmaterial für integrierte Schaltkreischips. Im Bereich der LED-Beleuchtung beispielsweise liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) gängiger Substrate zwischen 14 und 17×10⁻⁶/K. Bei übermäßigen Temperaturunterschieden oder plötzlichen Temperaturänderungen dehnen sich Leiterplatten (PCBs) stärker aus als Chipgehäuse, was zu Lötstellenfehlern führt. Dagegen liegt der CTE von Aluminiumoxidkeramiksubstraten viel näher an dem von Chips, wodurch derartige Probleme wirksam vermieden werden können.
④Im medizinischen Bereich
Biomedizinische Materialien können menschliche Körperfunktionen wiederherstellen, ohne diesen zu beeinträchtigen. Gesundheitsorganisationen stellen extrem strenge Anforderungen an biomedizinische Materialien. Diese Materialien müssen nicht nur biokompatibel sein, sondern auch Eigenschaften wie Ungiftigkeit, Umweltfreundlichkeit und Haltbarkeit aufweisen. Dank ihrer hervorragenden Biokompatibilität, mechanischen Eigenschaften und chemischen Stabilität lösen hochreine Aluminiumoxidkeramiken beim Einpflanzen in den menschlichen Körper keine Abstoßungsreaktionen aus. Sie finden daher breite Anwendung bei der Herstellung künstlicher Knochen, Bolzen, Gelenke und anderer medizinischer Geräte und sind in der klinischen Praxis und wissenschaftlichen Forschung anerkannt.