1931年，德國SiemensHalske公司最早將氧化鋁陶瓷應用于火花塞材料，并獲得了專利。隨著電子工業(yè)的發(fā)展和技術進步，日本于1942年將氧化鋁陶瓷用在了軍需用的航空飛機的火花塞上。后來，氧化鋁陶瓷逐步被應用于真空電子器件，用來制備高壓鈉燈管、集成電路基板等高科技產(chǎn)品。氧化鋁陶瓷是一種以α-Al2O3主晶相的陶瓷材料，其α-Al2O3含量一般為75%～99.9%。根據(jù)其中氧化鋁含量的不同分為99瓷、95瓷、85瓷和75瓷等。含量在99%左右的為99瓷，含量在95%左右的為95瓷，以此類推。由于它熔點高、硬度大、絕緣電阻大、化學穩(wěn)定性好，被廣泛應用于耐磨材料、高溫結構材料、電絕緣材料和耐化學腐蝕材料等。因此，新型的制作工藝越來越受到科技工作者的重視。

1氧化鋁陶瓷制備工藝

1.1氧化鋁陶瓷的成型工藝

氧化鋁陶瓷成型的方法有很多種，常見的成型方法主要有干壓成型、擠壓成型、注射成型、流延成型與熱等靜壓成型等，近些年來也開發(fā)出不少新的成型工藝，如壓濾成型、固體自由成型、凝膠注成型等。

1.1.1干壓成型

干壓成型是一種比較成熟的工藝，這種成型方法是利用外力作用，增大內(nèi)摩擦力，使顆粒之間由于內(nèi)摩擦力的作用而產(chǎn)生聯(lián)結，維持一定形狀的一種成型方法。干壓成型的優(yōu)點是工藝相對比較簡單，操作起來比其他方法更加容易。

1.1.2凝膠注模成型

20世紀末，研究人員已經(jīng)開發(fā)出了基于注射成型的新型成型工藝，即注模成型。這種成型方法的成型周期比其他方法短，在脫模時，不易發(fā)生變形開裂，有機載體添加的量比以前降低，僅僅占到坯體總質(zhì)量的2/100～4/100，而且這種成型方法對脫脂十分有利。RuipingLiu等人通過對氧化鋁陶瓷的凝膠注模成型觀察得出結論，即利用凝膠注模法制作的多孔陶瓷，不僅具有較高的孔隙率，而且強度很高。謝志鵬等人研究了添加劑對氧化鋁凝膠流延成型所產(chǎn)生的影響。J.M.Tulliani通過這一方法，制備出孔隙率達到75%的多孔氧化鋁陶瓷。

1.1.3氧化鋁微注射成型工藝

粉末微注射成型技術對所用的粉末顆粒有著一定要求，其平均直徑一般小于1滋m。生產(chǎn)出來的陶瓷部件性能優(yōu)良。例如，具有較好耐腐蝕性、高強度的陶瓷部件。目前，含氧化鋁的微型陶瓷部件也得到了應用；MengJunhu等人用低壓微注射成型技術生產(chǎn)一種氧化鋁陶瓷材料通道，生產(chǎn)的通道有致密度高的特點；Loebbecke等人研究黏結劑和粒子直徑對流變特性所產(chǎn)生的影響；RuhAndreas用微注射成型法制得氧化鋁陶瓷齒輪；Thomas利用這一成型方法，制備出氧化鋁陶瓷牙托。

1.1.4注凝成型

注凝成型工藝首先要選用高濃度低黏度的漿料進行注模，然后通過加入的引發(fā)劑和催化劑，調(diào)節(jié)溫度使有機單體聚合，以三維網(wǎng)狀的形式形成擁有一定強度的生坯，再經(jīng)脫模、干燥、排膠處理后燒結，獲得產(chǎn)品。注凝成型的優(yōu)點是工藝較簡單，成型的素坯均勻性好，強度高且容易加工。而且，這種成型方法對模具沒有太多的要求，成型過程中坯體的收縮較小，適合于制作尺寸較大、形狀復雜的陶瓷件。

1.1.5流延成型

流延法也叫刮刀成型法，在技術上比較新穎，適用于薄片陶瓷材料的制作，利用這個方法成型一般要在陶瓷粉料中添加其他成分，如黏結劑、分散劑、增塑劑等，制作成漿料十分均勻，從而使最后得到的陶瓷片厚度符合制作的要求。流延成型一般分為2種，一種是非水基成型。例如，丁國強等人采用了非水基流延成型工藝生產(chǎn)出了氧化鋁陶瓷基片，而且對非水基流延工藝的參數(shù)對基片性能的影響進行了探討。另一種是水基流延成型。付長翼等人采用這種工藝，制備了性能優(yōu)良的氧化鋁陶瓷基片。

1.2氧化鋁陶瓷的燒結工藝

氧化鋁陶瓷在燒結的過程中需要的溫度非常高，所以對窯爐和窯具的制作材料有很嚴格的要求。高溫發(fā)熱體耐火材料的選擇成為一個關鍵的問題。因此，如何把氧化鋁陶瓷的燒結溫度降低，減少其燒結所使用的時間，還有減少窯爐和窯具在燒結過程中的損耗等，降低生產(chǎn)成本，是始終值得關注的課題。

1.2.1熱壓燒結

熱壓燒結即在燒結的同時施加一定的壓力，而在壓力的條件下會使得原子的擴散速率增大，從而提高了燒結驅動力，使得燒結過程所需的時間大大減短。JoRoy等人運用熱壓燒結技術，在10MPa的壓力、1600℃的環(huán)境下，進行了10min的燒結，制備出陶瓷材料，它的相對密度高達99%，晶粒尺寸隨著燒結溫度的提高而增大。從中可以看出，燒結溫度對晶粒生長的影響較大，而燒結時間與燒結壓力的影響相對來說就比較小一些。

1.2.2超高壓燒結

超高壓燒結是指在較大的壓力條件下進行燒結，用這種方法燒結不需要用很高的溫度就能夠成功制得高致密、高純度的氧化鋁陶瓷。Liao等人在素坯經(jīng)800℃的燒結之后，制備的高純氧化鋁陶瓷相對密度達到98.2%，晶粒的平均尺寸只有49nm。這是目前報道中，氧化鋁陶瓷密度一樣大小的前提條件下，燒結溫度的最低點。超高壓作用下能有效地降低燒結溫度，減少能耗，提高氧化鋁陶瓷致密度。

1.2.3高真空燒結

高真空燒結是指在高度真空的狀態(tài)下進行燒結的一種燒結技術。王利等人以高純氧化鋁為原材料，所用高純氧化鋁的純度大于99.99%，采用等靜壓成型技術，接著在1500℃的溫度的真空條件下進行燒結，制備的高純氧化鋁陶瓷性能優(yōu)異，不僅具有很高的抗彎強度，而且晶粒尺寸在2～3μm。Gustavo等人采用了高真空燒結技術制得氧化鋁陶瓷，相對密度大，彎曲強度高。研究得出：運用高真空燒結方法制作高純氧化鋁陶瓷，不僅可以使晶界處雜質(zhì)減少，而且出現(xiàn)氣孔的概率也會降低。

1.2.4熱等靜壓燒結

熱等靜壓燒結實質(zhì)上就是一種另類的熱壓燒結工藝。它是在高溫的環(huán)境下，把所要燒結的坯體放置在氣體介質(zhì)之中，這樣坯體會受到來自四面八方的壓力的作用，所制作的陶瓷材料在致密度方面可以得到進一步的提高；熱等靜壓在燒結過程消耗的時間較少，而且在燒結時所需要的溫度相對來說也比較低；在微觀結構上表現(xiàn)得十分均勻，性能十分優(yōu)異。

1.2.5微波燒結

微波燒結利用微波在電磁場中的損耗對材料進行加熱，直接把材料加熱到燒結溫度，速度快，瓷體致密。微波燒結法的氣熱流方向是自里而流向外的，異于其他的燒結方法，對坯體內(nèi)的氣體向外逸出這個過程十分有利；與此同時，粒子在微波的作用下，活性有所提高，其遷移容易進行，在燒結過程中，避免了陶瓷晶粒異常長大，制備出來的陶瓷性能令人滿意。

微波燒結技術可以有效地解決尺寸較大、結構復雜的元件在非均勻加熱時裂開的現(xiàn)象。它具有升溫速度快、熱效率高、安全、沒有污染等特點，因此高純氧化鋁大多選用微波燒結法。

1.2.6放電等離子燒結

放電等離子燒結是利用脈沖能、放電脈沖壓力和焦耳熱產(chǎn)生的瞬時高溫場使材料加熱至燒結溫度從而實現(xiàn)燒結的過程。它是通過一剎那間產(chǎn)生的放電等離子的作用之下，讓所要燒結的材料里面各個顆粒都能夠產(chǎn)生發(fā)熱的效果，并且這些顆粒的發(fā)熱十分均勻，可以在較短的時間內(nèi)就可以達到致密的效果。王操等人采用放電等離子燒結工藝，采用兩部加壓的方式制備出在波長為64nm時，直線透過率為51%的樣品；采用放電等離子燒結方法獲得的樣品，不僅晶粒細小，而且十分均勻，致密度高，所以放電等離子燒結的前景被很多人看好。

2應用與展望

氧化鋁陶瓷廣泛應用于水龍頭閥芯、金屬陶瓷刀具、化工填料球、陶瓷膜、耐腐蝕涂層等，特別是在生物醫(yī)學領域和航空航天領域應用有其獨特的優(yōu)勢。在生物醫(yī)學方面，氧化鋁陶瓷在人造骨頭、關節(jié)和牙齒上應用得比較多。體外實驗表明：氧化鋁陶瓷對體外纖維細胞無毒性，因此可以長期存在體內(nèi)環(huán)境。近年來，隨著熱等靜壓成形術和激光蝕刻技術的應用，第三代氧化鋁陶瓷晶粒更加細小，純度和密度相對于以前來說都有所提高，在強度和硬度方面也有十分顯著的提升，并且碎裂率顯著降低；這些特點使得它在全髖關節(jié)置換術中發(fā)揮重要作用。因為氧化鋁擁有一個特性，就是無論是在高溫下還是在生理液體中都十分穩(wěn)定，而且將氧化鋁陶瓷應用在全髖關節(jié)置換術中，氧化鋁自身的親水性能還可以減少材料的磨損，所以成為全髖關節(jié)置換術的優(yōu)良材料。氧化鋁陶瓷在航天方面也有著許多用途。航天飛機的熱防護系統(tǒng)、導彈頭錐及火箭發(fā)動機的墊圈都由氧化鋁陶瓷制成。

隨著科學技術的不斷發(fā)展和制造水平的不斷提高，氧化鋁陶瓷行業(yè)迅速發(fā)展。陶瓷粉體的制備由微米級提高到了納米級水平，納米氧化鋁陶瓷具有燒結溫度低、強度高、韌性高等特點，具有廣泛的應用前景。近年來，研制納米氧化鋁陶瓷已經(jīng)成為材料科學工作者的主要研究目標之一。