中國(guó)粉體網(wǎng)訊 先進(jìn)陶瓷具有優(yōu)異的力學(xué)、聲,、光,、熱、電,、生物等特性,，在航空航天、電子信息,、生物醫(yī)藥,、高端裝備制造等高端科技領(lǐng)域隨處可見(jiàn)。其種類繁多，不同成分的陶瓷各具特色,，例如氧化鋁陶瓷的抗氧化性,、氮化硅陶瓷的高強(qiáng)度及耐電腐蝕性、氧化鋯陶瓷的高韌性及生物相容性等等,。
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說(shuō)到底,，化學(xué)成分各異的粉體是構(gòu)成先進(jìn)陶瓷繽紛世界的基礎(chǔ)，它們決定了不同陶瓷具備不同的性能及應(yīng)用方向,。另一方面,，隨著應(yīng)用方向的不斷開(kāi)拓，這些粉體的應(yīng)用也不再局限于陶瓷領(lǐng)域,，在一些新興領(lǐng)域也得到極大青睞,。下面我們就來(lái)盤點(diǎn)一下目前最火的8種陶瓷粉體材料。
高純氧化鋁
高純氧化鋁（4N及以上）具有高純度,、高硬度,、高強(qiáng)度、耐高溫,、耐磨損,、絕緣性好、化學(xué)性能穩(wěn)定,、高溫收縮性能適中等優(yōu)點(diǎn),，具有良好的燒結(jié)性能以及普通氧化鋁粉體無(wú)法比擬的光、電,、磁,、熱和機(jī)械性能，是現(xiàn)代化工附加值最高,、應(yīng)用最廣泛的高端材料之一,。作為高性能氧化鋁產(chǎn)品的代表品類，高純氧化鋁廣泛用于熒光材料,、透明陶瓷,、電子器件、新能源,、催化材料和航空航天材料等高科技尖端行業(yè),。近年來(lái)，高純氧化鋁在以下幾個(gè)方面很受關(guān)注,。
目前藍(lán)寶石是高純氧化鋁最大的市場(chǎng),。LED行業(yè)是藍(lán)寶石材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，約80%的LED芯片以藍(lán)寶石為襯底,。目前藍(lán)寶石市場(chǎng)容量全年約7000萬(wàn)毫米左右（折合主流產(chǎn)品4英寸規(guī)制晶棒）,。預(yù)計(jì)未來(lái)幾年,，全球藍(lán)寶石市場(chǎng)規(guī)模還將繼續(xù)擴(kuò)大，到2024年,，全球藍(lán)寶石市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)107億美元,。
2015-2024年全球藍(lán)寶石行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模統(tǒng)計(jì)情況及預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)來(lái)源：LEDinside
用于制備藍(lán)寶石的高純氧化鋁需要具備較高的純度,，且原料中的水分含量要求非常低,，在超過(guò)2000℃高溫熔化時(shí)，水的存在可導(dǎo)致鉬坩堝氧化,。單晶藍(lán)寶石技術(shù)日益成熟,，各大領(lǐng)域?qū)尉{(lán)寶石的需要也日益增加，這就導(dǎo)致對(duì)原料高純氧化鋁的要求也有了新的高度,。
先進(jìn)陶瓷方面,，高純氧化鋁透明陶瓷材料不僅具有良好的透光性,，而且其力學(xué),、光學(xué)、熱學(xué),、電學(xué)性能都優(yōu)于不透明陶瓷,；氧化鋁陶瓷基片是當(dāng)代電子信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最廣的基板材料，是集成電路芯片的基礎(chǔ)材料,。除了陶瓷基板,，高純氧化鋁的高端應(yīng)用還有半導(dǎo)體設(shè)備用精密部件，此類陶瓷相較于一般的精細(xì)陶瓷而言性能方面要求更為嚴(yán)苛,。
鋰電隔膜無(wú)機(jī)涂覆方面,，無(wú)機(jī)涂覆隔膜的可拉伸強(qiáng)度和熱收縮率更好，且技術(shù)更加成熟從而得到廣泛的應(yīng)用,。無(wú)機(jī)涂覆材料中,，目前勃姆石和氧化鋁占據(jù)主要的市場(chǎng)，前幾年,，高純氧化鋁作為無(wú)機(jī)涂覆材料曾被寄予了厚望,，但隨著勃姆石制備工藝日益成熟以及市場(chǎng)對(duì)勃姆石的日益認(rèn)可，勃姆石在無(wú)機(jī)涂覆材料應(yīng)用中的占比逐漸提升,。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，2021年勃姆石占無(wú)機(jī)涂覆材料比例已經(jīng)達(dá)到60%，較2016年增加了46個(gè)百分點(diǎn),，預(yù)計(jì)2025年勃姆石占無(wú)機(jī)涂隔膜用量的比例為75%,。相比之下，高純氧化鋁在無(wú)機(jī)涂覆領(lǐng)域的發(fā)展空間或?qū)⒈恢饾u壓縮,，前景并不樂(lè)觀,。
但高純氧化鋁在作為電極添加材料及固態(tài)電池電解質(zhì)填料方面正在興起,。
高純氧化鋁還有一個(gè)高端應(yīng)用領(lǐng)域，即半導(dǎo)體行業(yè)研磨拋光,。
各種半導(dǎo)體耗材占比
化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）是半導(dǎo)體先進(jìn)制程中的關(guān)鍵技術(shù),，拋光材料在半導(dǎo)體耗材中占據(jù)不小的比重，其性能是影響化學(xué)機(jī)械拋光質(zhì)量和拋光效率的關(guān)鍵因素之一,。高純氧化鋁作為拋光液的磨料部分,，其性能便尤為重要，尤其隨著碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起,，高純超細(xì)氧化鋁在半導(dǎo)體拋光中的應(yīng)用顯得更為重要,。
勃姆石
勃姆石含有一個(gè)結(jié)晶水，化學(xué)式為γ-Al2O3·H2O或者γ-AlOOH,，屬于氧化鋁水合物的一種,。
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前面我們講到，勃姆石在鋰電池隔膜涂覆方面滲透率已經(jīng)超過(guò)了高純氧化鋁,，成為主要的無(wú)機(jī)涂覆材料,。高工產(chǎn)研鋰電研究所（GGII）數(shù)據(jù)顯示，受動(dòng)力鋰電池出貨量及涂覆隔膜出貨量雙雙上漲所帶動(dòng),，2022年中國(guó)鋰電池隔膜用勃姆石出貨量3.2萬(wàn)噸,，同比增長(zhǎng)超70%。GGII預(yù)測(cè),，2023年中國(guó)鋰電池隔膜用勃姆石出貨量將超5萬(wàn)噸,，同比增長(zhǎng)超60%。
未來(lái),，隨著新能源汽車,、儲(chǔ)能領(lǐng)域高速增長(zhǎng)，以及勃姆石涂覆性能優(yōu)越,，疊加技術(shù)進(jìn)步和規(guī)�,；a(chǎn)后成本降低，勃姆石的需求量及滲透率將會(huì)進(jìn)一步提升,，市場(chǎng)空間極為廣闊,。
此外，勃姆石還有很多重要市場(chǎng),。較高的比表面積,、大孔隙率以及相變后可以保持原來(lái)形貌等特點(diǎn)使其成為制造快速、高效,、可重復(fù)使用吸附劑的重要原料,；顯著的生物相容性讓它在骨科、牙科和生物醫(yī)學(xué)上大放異彩,；特有的阻燃性,、良好的填充性以及耐漏電性能讓其在高性能和超薄的覆銅板中得到廣泛應(yīng)用,；穩(wěn)定的斜方結(jié)構(gòu)以及表面的高密度羥基，使其表面可以被各種官能團(tuán)改性,，成為生產(chǎn)昂貴的負(fù)載催化劑和試劑的原料,。
氮化鋁
基于現(xiàn)階段電子芯片的綜合性能越來(lái)越高、整體尺寸越來(lái)越小的發(fā)展情況,，電子芯片工作過(guò)程中所呈現(xiàn)出的熱流密度同樣大幅提升,。因此，選用合適的封裝材料與工藝,、提高器件散熱能力就成為發(fā)展功率器件的技術(shù)瓶頸,。陶瓷材料本身具有熱導(dǎo)率高、耐熱性好,、高絕緣,、高強(qiáng)度、與芯片材料熱匹配等性能,，非常適合作為功率器件封裝基板,。
圖片來(lái)源：福建臻璟
其中，氮化鋁是導(dǎo)熱性能最為優(yōu)良的陶瓷材料,，其理論熱導(dǎo)率可達(dá)320W/（m·K）,，其商用產(chǎn)品熱導(dǎo)率一般為180W/（m·K）~260W/（m·K），使其能夠用于高功率,、高引線和大尺寸芯片封裝基板材料。除高導(dǎo)熱外,，其優(yōu)良特性還包括：
（1）熱膨脹系數(shù)(4.3×10-6/℃)與半導(dǎo)體硅材料((3.5~4.0)×10-6/℃)匹配,；
（2）機(jī)械性能好，高于BeO陶瓷,，接近氧化鋁,；
（3）電性能優(yōu)良，具有極高的絕緣電阻和低的介質(zhì)損耗,；
（4）可以進(jìn)行多層布線,，實(shí)現(xiàn)封裝的高密度和小型化；
（5）無(wú)毒,，有利于環(huán)保,。
因此，氮化鋁被認(rèn)為是新一代散熱基板和電子器件封裝的理想材料,。
此外,，AlN晶體是GaN、AlGaN以及AlN外延材料的理想襯底,。與藍(lán)寶石或SiC襯底相比,，AlN與GaN熱匹配和化學(xué)兼容性更高,、襯底與外延層之間的應(yīng)力更小。因此,，AlN晶體作為GaN外延襯底時(shí)可大幅度降低器件中的缺陷密度,，提高器件的性能，在制備高溫,、高頻,、高功率電子器件方面有很好的應(yīng)用前景。
氮化硅
圖片來(lái)源：青島瓷興
氮化硅目前主要用作陶瓷材料,，氮化硅陶瓷是工業(yè)技術(shù)特別是尖端技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵材料,。例如：
在機(jī)械領(lǐng)域可用作高速車刀、軸承,、發(fā)動(dòng)機(jī)刮片,、燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和渦輪葉片等；作為導(dǎo)熱,、力學(xué)綜合性能最好的陶瓷材料可用于散熱基板,；較高的強(qiáng)度和韌性以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性使其非常適合作為生物陶瓷；優(yōu)異的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性,，較低的介電常數(shù),，較好的抗燒蝕性能使其成為最有希望的天線罩材料......
目前，氮化硅作為軸承球材料和散熱基板材料最受矚目,。
其中,，軸承球是應(yīng)用最為廣泛的氮化硅陶瓷制品，其年產(chǎn)量占全球高性能氮化硅制品的十分之三,。氮化硅陶瓷軸承球與鋼質(zhì)球相比具有突出的優(yōu)點(diǎn)：密度低,、耐高溫、自潤(rùn)滑,、耐腐蝕,、疲勞壽命破壞方式與鋼質(zhì)球相同。因此,，氮化硅陶瓷軸承球可廣泛應(yīng)用于機(jī)床精密軸承,、汽車軸承、風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣軸承,、石油化工耐腐蝕和耐高溫軸承等領(lǐng)域,。
尤其是，氮化硅陶瓷球除這些優(yōu)異的性能之外還具有良好的絕緣性,，能夠解決因電腐蝕帶來(lái)的軸承表面損壞,、潤(rùn)滑劑過(guò)早老化、產(chǎn)生異響等影響,，非常適合應(yīng)用于電動(dòng)汽車等領(lǐng)域,。
在散熱基板方面,，其理論熱導(dǎo)率值最高可達(dá)320W/（m·K），科研人員通過(guò)工藝優(yōu)化,，氮化硅陶瓷實(shí)際使用熱導(dǎo)率不斷提高,，目前已突破177W/（m·K）。此外,，氮化硅較AlN具有更高的強(qiáng)度,、韌性和硬度。所以高性能氮化硅導(dǎo)熱基板材料成為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)陶瓷研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)爭(zhēng)相研制與開(kāi)發(fā)的下一代高性能導(dǎo)熱基板材料,。
球形氧化鋁
在眾多導(dǎo)熱粉體材料中,，綜合性能、技術(shù)成熟度,、生產(chǎn)成本等,，球形氧化鋁憑借較高的導(dǎo)熱性能、高填充系數(shù),、較好的流動(dòng)性,、成熟的工藝、豐富的規(guī)格以及相對(duì)合理的價(jià)格,，成為導(dǎo)熱粉體行業(yè)中高端導(dǎo)熱領(lǐng)域最主流的導(dǎo)熱粉體類別,。
在汽車電動(dòng)化的浪潮下，國(guó)內(nèi)外主流車企紛紛加大新能源汽車戰(zhàn)略布局,，新能源汽車進(jìn)入市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的高速成長(zhǎng)期,。由于政府的大力支持以及從我國(guó)能源供給情況來(lái)看，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)將保持快速發(fā)展的態(tài)勢(shì),。而新能源汽車電池,、電控、電機(jī)均采用導(dǎo)熱材料及導(dǎo)熱膠等熱界面材料,，有望帶動(dòng)球形氧化鋁填充料需求。
數(shù)據(jù)來(lái)源：高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）
根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù),，2022年全球?qū)岱垠w材料市場(chǎng)規(guī)模為50.4億元,，其中球形氧化鋁導(dǎo)熱粉體市場(chǎng)規(guī)模占比50.8%，為25.6億元,，同比增長(zhǎng)30.7%,。據(jù)壹石通公告，單輛新能源汽車大約需要使用不低于10kg的球形氧化鋁,，而且新能源汽車市場(chǎng)仍在快速增長(zhǎng),，再加上氧化鋁價(jià)格下降使得其在5G、消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)岱垠w材料中滲透率增加,。據(jù)預(yù)測(cè)2022-2025年全球球形氧化鋁導(dǎo)熱材料市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增速將達(dá)28.2%,，到2025年將達(dá)54.0億元,。
此外，球形的粉體因具有規(guī)則的形貌,、更大的堆積密度,、好的流動(dòng)性等性質(zhì)，可大大提高產(chǎn)品的應(yīng)能,。因而,，除了在導(dǎo)熱領(lǐng)域以外，球形Al2O3粉體在陶瓷,、催化劑載體等多個(gè)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用與研究,。
鈦酸鋇
鈦酸鋇（BaTiO3）是一種ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，自從20世紀(jì)上半葉,，鈦酸鋇陶瓷的優(yōu)異介電性能被發(fā)現(xiàn),，便被用來(lái)做電容器的介質(zhì)材料，它是目前使用最普遍的電子陶瓷粉體之一,，還是制造電子元件的母體材料,，因此被人們稱作“電子陶瓷工業(yè)的支柱”。
近年來(lái),，電子制造業(yè)飛速發(fā)展,，而世界上幾乎70%的MLCC被運(yùn)用在電子產(chǎn)品上。根據(jù)中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)公布數(shù)據(jù),，2022年中國(guó)MLCC行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模約為596億元,，到2026年預(yù)計(jì)將達(dá)726億元。作為MLCC核心原材料,，鈦酸鋇粉體需求將不斷攀升,。
在國(guó)際市場(chǎng)上，鈦酸鋇粉體生產(chǎn)企業(yè)主要有村田,、日本住友,、杜邦、中央硝子,、TDK,、日本堺化學(xué)等。與國(guó)際企業(yè)相比,，我國(guó)鈦酸鋇粉體企業(yè)在技術(shù),、規(guī)模、產(chǎn)品性能等方面仍存在差距,，尤其在高端納米鈦酸鋇粉體領(lǐng)域,，我國(guó)納米鈦酸鋇粉體大多從日美等國(guó)家采購(gòu)，價(jià)格居高不下，受制于人,。
另外,，微型化的MLCC是后續(xù)多層陶瓷電容器發(fā)展的主要方向，這主要是因?yàn)殡娮釉O(shè)備逐漸向微型化,、薄層化方向發(fā)展,。在介質(zhì)層的薄型化方面，日本企業(yè)仍處于領(lǐng)先地位,，介質(zhì)層厚度為1μm的多層陶瓷電容器已經(jīng)量產(chǎn),，研發(fā)厚度已達(dá)到0.3μm。介質(zhì)層薄層化的基礎(chǔ)是鈦酸鋇陶瓷粉體的細(xì)化,，在多層陶瓷電容器介質(zhì)層厚度越來(lái)越小的情況下,，為提高元件的穩(wěn)定性和可靠性，鈦酸鋇作為多層陶瓷電容器的主要原料,，主要使用的鈦酸鋇粉體的尺寸為80-150nm,。因此，高性能鈦酸鋇粉體材料是實(shí)現(xiàn)高性能MLCC國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵,。
納米復(fù)合氧化鋯
納米復(fù)合氧化鋯是一類加入穩(wěn)定劑后在室溫條件下仍能保持四方相或者立方相的氧化鋯,，穩(wěn)定劑主要為稀土氧化物(Y2O3、CeO2等）及堿土金屬氧化物（CaO,、MgO等）,。
圖片來(lái)源：東方鋯業(yè)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，各種能滿足特殊使用條件和使用功能的儀器,、設(shè)備層出不窮,，對(duì)材料及部件功能的要求也越來(lái)越高，世界市場(chǎng)對(duì)兼具高韌性,、耐高溫,、耐磨損、耐腐蝕和特殊光學(xué)性能的納米復(fù)合氧化鋯材料及其制件的需求增長(zhǎng)迅猛,。氧化釔穩(wěn)定氧化鋯是應(yīng)用最廣,、最具代表性的納米復(fù)合氧化鋯，其具有較高的氧離子導(dǎo)電特性,、良好的機(jī)械性能,，耐氧化及耐腐蝕性能、高熱膨脹系數(shù),、低熱導(dǎo)率及良好的抗氧化性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)材料和功能材料,，如氧傳感器,、氧氣泵、高溫固體燃料電池,、鐵電陶瓷及航空發(fā)動(dòng)機(jī)涂層等,。
國(guó)內(nèi)某鋯業(yè)龍頭相關(guān)負(fù)責(zé)人曾向媒體表示,，“相比手機(jī)背板，業(yè)內(nèi)更看好納米級(jí)復(fù)合氧化鋯在三元正極材料方面的增量市場(chǎng)空間和齒科生物用材料的市場(chǎng)發(fā)展空間,�,！币札X科為例，據(jù)估算,，國(guó)內(nèi)每年所需齒科用納米級(jí)氧化鋯已超過(guò)2000噸,，且復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。
高純碳化硅
碳化硅材料主要可分為陶瓷和單晶兩類,。作為陶瓷材料,，其在一般的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)兌纫蟛⒉皇呛車?yán)格，但在一些特殊環(huán)境下,，如光刻機(jī)等半導(dǎo)體設(shè)備中作為精密部件時(shí)需對(duì)其純度進(jìn)行嚴(yán)格控制,，以免影響硅片的純凈度。
單晶方面,，碳化硅（SiC）作為重要的第三代半導(dǎo)體材料之一,，在高溫、高頻,、高功率,、抗輻射等方面具有優(yōu)秀的性能。SiC基器件已經(jīng)在軍事,、民事,、航空航天等多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是各國(guó)科學(xué)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)領(lǐng)域,。SiC單晶作為SiC產(chǎn)業(yè)鏈的基石有著至關(guān)重要的地位,。
然而，SiC的本身特性決定了其單晶生長(zhǎng)難度較大,。這主要是由于在常壓下沒(méi)有化學(xué)計(jì)量比為Si：C=1：1的液相存在,，并不能采用目前半導(dǎo)體工業(yè)主流所采用的生長(zhǎng)工藝較成熟的生長(zhǎng)法——直拉法、降坩堝法等方法進(jìn)行生長(zhǎng),。為了克服這一難題,，科學(xué)家們經(jīng)過(guò)不懈努力提出了各種方法以獲得高結(jié)晶質(zhì)量、大尺寸,、廉價(jià)的SiC晶體,。目前比較主流的方法有物理氣相傳輸法（PVT法）、液相法以及高溫氣相化學(xué)沉積法等,。
其中PVT法是主要的碳化硅單晶制備工藝,，在PVT法中，影響SiC晶體合成的因素有很多，其中SiC粉體作為合成原料會(huì)直接影響SiC單晶的生長(zhǎng)質(zhì)量和電學(xué)性質(zhì),。有科研人員研究了不同粒徑以及不同雜質(zhì)含量的SiC粉體對(duì)SiC單晶生長(zhǎng)的影響,，發(fā)現(xiàn)單晶中大部分的雜質(zhì)均來(lái)自SiC粉體，單晶的質(zhì)量與粉體的純度呈線性關(guān)系,。
由于SiC粉體在單晶生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,，近年來(lái)，制備高純的SiC粉體逐漸成為SiC單晶生長(zhǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),。目前可以大批量生產(chǎn)高純SiC粉體的公司有中國(guó)的天科合達(dá),、法國(guó)圣戈班、日本太平洋等,，不同公司合成的SiC粉體的純度不同,，價(jià)格也不同。據(jù)統(tǒng)計(jì),，這些SiC粉體的粒徑約為300～500μm,，純度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)在99.95%～99.9999%之間,，價(jià)格在2000～12000元/kg之間,。
因此，低成本,、高效率的合成高純碳化硅微粉是第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈備受關(guān)注的一環(huán),。
參考來(lái)源：中國(guó)粉體網(wǎng)、粉體的設(shè)計(jì)研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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