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【原創(chuàng)】球形氧化鋁:“魔丸降世”,!


來源:中國粉體網(wǎng)   山川

[導(dǎo)讀]  球形氧化鋁的獨特魅力,!

中國粉體網(wǎng)訊  氧化鋁,化學(xué)式為 Al2O3,,作為地殼內(nèi)含量僅次于二氧化硅的氧化物,,氧化鋁廣泛存在于長石,、云母等礦物之中,,是大部分工業(yè)生產(chǎn)中所必需的一種關(guān)鍵材料。


氧化鋁這種材料的魅力之一在于其擁有多種晶型,,常見的有α-Al2O3,、β-Al2O3、γ-Al2O3,、θ-Al2O3,、Al2O3Al2O3,、κ-Al2O3,、σ-Al2O3、ρ-Al2O3,、χ-Al2O3等,。不同晶型的氧化鋁之間性質(zhì)差異較大,這意味著氧化鋁的應(yīng)用非常廣泛,。




氧化鋁的魅力之二在于擁有多種不同的形貌,如纖維狀,、砂狀,、板狀、球狀,、棒狀,、多孔膜等,這些特殊的形貌在很多領(lǐng)域發(fā)揮出神奇的作用,。


在不同形狀的氧化鋁粉體中,,球形氧化鋁具有規(guī)則的形貌,較小的比表面積,,較大的堆積密度和較好的流動性能,,可極大地提高制品的應(yīng)用性能。


例如:球形氧化鋁有良好的壓制成型和燒結(jié)特性,,對于制得高質(zhì)量的陶瓷制品極為有利,;作為研磨拋光材料,球形氧化鋁可以避免產(chǎn)生劃痕,;在石油化學(xué)工業(yè)中,,對氧化鋁載體的孔徑分布和孔結(jié)構(gòu)提出了越來越高的要求,,球形氧化鋁粉體可通過調(diào)整粒級配置來調(diào)控形成催化劑載體顆粒的孔徑及其分布......


01.新能源汽車、電子電力領(lǐng)域的“散熱使者”


在新能源汽車以及儲能領(lǐng)域,,隨著電池的能量密度越來越高,,對散熱的要求也越來越高,高溫會對電池的性能和可靠性帶來不利影響,,甚至?xí)l(fā)安全性問題,。在消費電子和5G網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域,隨著電子產(chǎn)品性能越來越強大,,內(nèi)部元器件集成度和組裝密度的提高將導(dǎo)致其工作功耗和發(fā)熱量不斷增大,,電子產(chǎn)品發(fā)熱散熱問題日益突出,高溫會對電子產(chǎn)品的性能與可靠性產(chǎn)生不利影響,,甚至引發(fā)熱失效問題,,從而引起整個電子產(chǎn)品的故障。


電子設(shè)備失效原因


相關(guān)研究表明,,電子元件的故障發(fā)生率隨工作溫度的提高呈指數(shù)增長,,目前,普遍使用具有高導(dǎo)熱率的導(dǎo)熱材料作為熱界面材料和封裝材料來及時將熱量導(dǎo)出,,從而保障電子元器件的正常運行,。因此導(dǎo)熱材料對于解決動力電池、儲能電池和電子產(chǎn)品的熱管理問題具有重要作用,。



熱界面材料使用示意圖


當(dāng)前,,以聚合物為基體,與高導(dǎo)熱填料共混形成的聚合物復(fù)合材料是最常用的熱界面材料,。由于聚合物的熱導(dǎo)率很低,,所以復(fù)合材料導(dǎo)熱率的提升主要依靠導(dǎo)熱填料的作用。


在眾多導(dǎo)熱填料中,,綜合其性能,、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)、較好的流動性,、成熟的工藝,、豐富的規(guī)格以及相對合理的價格,是導(dǎo)熱散熱領(lǐng)域最主流的導(dǎo)熱粉體類別,。



通常,,球形氧化鋁在一定的填充量下,其對應(yīng)聚合物復(fù)合導(dǎo)熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)很容易達到 3w/(m·k )以上,通過較好的粒徑級配以及表面改性,,高端球形氧化鋁產(chǎn)品可以將聚合物復(fù)合導(dǎo)熱體系的導(dǎo)熱系數(shù)最大提升至 8w/(m·k),。因此,球形氧化鋁被廣泛應(yīng)用于硅膠,、灌封膠,、環(huán)氧樹脂、塑料,、橡膠,、硅脂、散熱陶瓷等不同導(dǎo)熱材料中,,可以滿足大部分中高端導(dǎo)熱界面材料,、導(dǎo)熱工程塑料以及鋁基覆銅板等領(lǐng)域填料的應(yīng)用需求。


02.拋光領(lǐng)域的“三大‘魔’頭”之一


隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展,,由于特征尺寸的減小和高密度器件的實現(xiàn),,集成電路材料層之間的平坦度變得越來越關(guān)鍵,對半導(dǎo)體制程中的超精密表面處理效率和表面質(zhì)量的要求也越來越高,。


化學(xué)機械拋光技術(shù)(CMP)結(jié)合了機械摩擦和化學(xué)腐蝕的雙重作用,,是目前半導(dǎo)體制造中最常用的拋光方法。拋光液的性能是影響化學(xué)機械拋光質(zhì)量和拋光效率的關(guān)鍵因素之一,,拋光液一般包含氧化劑,、絡(luò)合劑、表面活性劑,、磨料,、pH調(diào)節(jié)劑、腐蝕抑制劑等成分,,各種添加劑的選擇和含量對拋光效果都會產(chǎn)生很大的影響,。其中磨粒主要通過微切削、劃擦等方式承擔(dān)著CMP拋光中機械作用,。


CMP拋光液產(chǎn)業(yè)鏈


據(jù)了解,CMP拋光材料在半導(dǎo)體材料中價值量占比達7%,,拋光液在CMP拋光材料成本中占比達49%,,而磨料約占拋光液成本的50%-70%,從成本占比就可以看出磨料在半導(dǎo)體制程中有多重要,。


當(dāng)采用高純亞微米級球形氧化鋁粉作為化學(xué)機械拋光液磨粒時,,去除率高、拋光快,、拋光面不易產(chǎn)生微細劃痕,、光潔度高,成為化學(xué)機械拋光行業(yè)“三大‘魔’頭”之一(其余兩種為SiO2、CeO2),。


03.陶瓷領(lǐng)域的“燒結(jié)藝術(shù)”


在陶瓷領(lǐng)域中,,氧化鋁陶瓷具有良好的耐高溫、耐腐蝕,、高的化學(xué)穩(wěn)定性,、較好的介電性能、硬度大,、熔點高且耐磨損等優(yōu)良性能,,故氧化鋁陶瓷在國內(nèi)的陶瓷領(lǐng)域中有著很重要的作用。



一般的陶瓷在自身特性方面表現(xiàn)出不宜燒結(jié)成型,,球形氧化鋁是氧化鋁的眾多形貌中致密性能,、穩(wěn)定性能、改善燒結(jié)性能最好的一種,,很好的解決了這一問題,。一直以來,國內(nèi)外學(xué)者對氧化鋁陶瓷的性能都進行了研究,,其中球形氧化鋁陶瓷的粒徑大小,、晶體結(jié)構(gòu)、形貌都會決定氧化鋁陶瓷的應(yīng)用性能�,,F(xiàn)如今,,球形氧化鋁陶瓷已經(jīng)應(yīng)用到了工業(yè)的很多方面。


04.催化劑載體領(lǐng)域的“活性大師”


載體對于催化劑及其催化領(lǐng)域來說是非常重要的一部分,,因為其特有的孔結(jié)構(gòu)和機械強度,,可以使活性劑均勻的分布在孔結(jié)構(gòu)上,以便得到更好的催化作用,,又因為球形氧化鋁是很多材料中催化活性較高的,,使催化活性穩(wěn)定性得到改善。另外球形氧化鋁因其優(yōu)良的形貌可以降低磨損性,,降低了生產(chǎn)成本,,所以球形氧化鋁粉體在催化劑載體領(lǐng)域中占有至關(guān)重要的作用。


圖片來源:廣州匯富研究院


05.表面防護涂層領(lǐng)域的“鎧甲勇士”


因為球形氧化鋁具有高硬度,、耐腐蝕,、耐高溫、形貌規(guī)則,、大小均一和分散均勻等特點,,所以常常被拿來用作防護材料。將球形氧化鋁用作噴涂材料是目前的研究熱點之一,,噴涂材料不僅對高分子材料,,玻璃金屬及合金材料有防護作用,,而且能夠提升廚房炊具等一些不銹鋼產(chǎn)品的壽命。它既改變了材料的性能,,又能使材料變得光滑耐磨,,同時球形氧化鋁粉體作為噴涂材料在不同的環(huán)境中有著不同的應(yīng)用,不僅過程簡單,,而且對于多種材料表面都有著防護作用,。


06.光學(xué)領(lǐng)域的“發(fā)光精靈”


球形氧化鋁在電子和光學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,球形氧化鋁作為基底,,加入稀土元素作為激活劑,,這種方法可以生產(chǎn)出性能更好的紅色發(fā)光材料。而球形氧化鋁顆粒大小均一,、分散性均勻,,較其他形狀的氧化鋁來說發(fā)光性能較好,并能更好地決定發(fā)光材料的填充結(jié)構(gòu),。


07.3D打印領(lǐng)域的“塑形大師”


球形氧化鋁因具有高強度,、高球化率和耐高溫的特性而作為3D打印最常用的材料之一。由于球形氧化鋁粉體具有良好的顆粒流動性,、化學(xué)反應(yīng)速率和堆積性,,因此作為打印漿料時具有固含量高、流動性好,、易清洗和機械性能高等優(yōu)點,。


小結(jié)


隨著我國氧化鋁工業(yè)的發(fā)展,氧化鋁產(chǎn)品已經(jīng)從單一的冶金氧化鋁發(fā)展到數(shù)百種滿足市場需求的特種氧化鋁,。其中,,因球形氧化鋁粉體具有形貌規(guī)則、粒度均勻,、表面光滑和顆粒磨損小等優(yōu)點,,在導(dǎo)熱填料、研磨拋光,、催化劑及其載體,、表面防護涂層和陶瓷添加劑等領(lǐng)域已成為不可或缺的材料。尤其是隨著新能源汽車和5G行業(yè)熱管理領(lǐng)域?qū)?dǎo)熱材料的需求正處于上升和爆發(fā)期,,作為核心材料的球形氧化鋁市場需求將持續(xù)火熱,,前景廣闊。


參考來源:

[1]中國粉體網(wǎng).粉體大數(shù)據(jù)研究

[2]百圖股份招股說明書


(中國粉體網(wǎng)/山川)

注:圖片非商業(yè)用途,,存在侵權(quán)告知刪除


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作者:山川

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