HochreinAluminiumoxidkeramikEs handelt sich um wichtige keramische Werkstoffe, die hochreines, ultrafeines Aluminiumoxid als Hauptrohstoff und α-Al₂O₃ als Hauptkristallphase verwenden. Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hoher mechanischer Festigkeit, hoher Härte, hoher Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind hochreine Aluminiumoxide von großer Bedeutung.Aluminiumoxidkeramikwurden in Bereichen wie Maschinenbau, Elektronik, integrierten Schaltungen und Medizin weit verbreitet eingesetzt.
① Präzisionskomponenten für Halbleiteranlagen
Es ist bekannt, dass in Halbleiteranlagen zahlreiche Präzisionskeramikbauteile zum Einsatz kommen, die mehr als 10 % der Anlagenkosten ausmachen können. Aluminiumoxidkeramik zählt dabei zu den am häufigsten verwendeten Werkstoffen für Präzisionsbauteile.
Aktuell werden hochreine Al₂O₃-Beschichtungen oder Al₂O₃-Keramiken hauptsächlich als Schutzmaterialien für Ätzkammern und deren interne Komponenten eingesetzt. Neben den Kammern werden hochreine Aluminiumoxidkeramiken auch für Komponenten von Plasmaanlagen benötigt, beispielsweise für Gasdüsen, Gasverteilerplatten und Halteringe zur Fixierung der Wafer. Ein weiteres Beispiel: Beim Waferpolieren finden Aluminiumoxidkeramiken breite Anwendung in Polierplatten, Polierpad-Konditionierungsplattformen, Vakuumspannfuttern und anderen Komponenten.
②Im mechanischen Bereich
HochreinAluminiumoxidkeramikAluminiumoxidkeramiken weisen hervorragende mechanische Eigenschaften auf. Durch Sintern unter atmosphärischem Druck lassen sich Aluminiumoxidkeramiken mit einer Biegefestigkeit von ca. 250 MPa herstellen, während hochreine Aluminiumoxidkeramiken, die durch Heißpressen gesintert werden, eine Biegefestigkeit von bis zu 500 MPa und eine Mohshärte von bis zu 9 GPa erreichen. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich für Schleifscheiben, Keramikstifte und andere Bauteile. Am weitesten verbreitet sind Schneidwerkzeuge und Kugeln aus hochreiner Aluminiumoxidkeramik. Aufgrund der relativ geringen Bruchzähigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit ist es jedoch üblicherweise notwendig, eine zweite Phase (z. B. ZrO₂) einzubringen, um diese Eigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus kann durch die Verfeinerung der Korngröße zur Herstellung hochreiner Aluminiumoxidkeramik mit kleinen und gleichmäßig verteilten Körnern die Festigkeit und Zähigkeit des Materials bis zu einem gewissen Grad deutlich verbessert werden.
③In den Bereichen Elektronik und Elektrotechnik
HochreinAluminiumoxidkeramikSie weisen geringe dielektrische Verluste bei hohen Frequenzen und hervorragende Isolationseigenschaften auf und eignen sich daher für die Herstellung von Isolierbauteilen, Keramiksubstraten und transparenter Aluminiumoxidkeramik. Keramiksubstrate sind in diesem Bereich relativ weit verbreitet und finden zunehmend Anwendung in vielen Gebieten, beispielsweise in optischen Spezialinstrumenten, Beleuchtungsanlagen und Raumfahrtsatelliten.
Im Bereich der Keramiksubstrate sind Aluminiumoxid-Keramiksubstrate die am weitesten verbreiteten Substratmaterialien in der modernen Elektronikindustrie und dienen als Basismaterial für integrierte Schaltkreise. Beispielsweise liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) gängiger Substrate im Bereich der LED-Beleuchtung zwischen 14 und 17 × 10⁻⁶/K. Bei großen Temperaturunterschieden oder plötzlichen Temperaturänderungen dehnen sich Leiterplatten (PCBs) deutlich stärker aus als Chipgehäuse, was zu Lötstellenfehlern führen kann. Demgegenüber liegt der CTE von Aluminiumoxid-Keramiksubstraten deutlich näher am CTE von Chips, wodurch solche Probleme effektiv vermieden werden können.
④ Im medizinischen Bereich
Biomedizinische Materialien können Körperfunktionen reparieren, ohne Nebenwirkungen zu verursachen. Daher stellen Gesundheitseinrichtungen äußerst strenge Anforderungen an diese Materialien. Sie müssen nicht nur biokompatibel sein, sondern auch Eigenschaften wie Ungiftigkeit, Umweltverträglichkeit und Langlebigkeit aufweisen. Hochreine Aluminiumoxidkeramiken lösen aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität, mechanischen Eigenschaften und chemischen Stabilität nach der Implantation in den menschlichen Körper keine Abstoßungsreaktionen aus. Aus diesem Grund finden sie breite Anwendung in der Herstellung von künstlichen Knochen, Schrauben, künstlichen Gelenken und anderen Medizinprodukten und sind in der klinischen Praxis und Forschung anerkannt.