为什么电子级氧化铝需要低钠？

日期：2022-03-17 浏览次数：次

氧(yang)化(hua)铝(lv)大类可(ke)以分为冶(ye)金(jin)(jin)级(ji)(ji)和非冶(ye)金(jin)(jin)级(ji)(ji)两(liang)种，冶(ye)金(jin)(jin)级(ji)(ji)主要(yao)应用于(yu)(yu)铝(lv)的冶(ye)炼，非冶(ye)金(jin)(jin)级(ji)(ji)用途广(guang)泛(fan)，主要(yao)应用于(yu)(yu)陶瓷、耐(nai)火(huo)材料(liao)、研磨抛光、玻璃(li)、填料(liao)、催(cui)化(hua)剂、吸附剂、涂层(ceng)材料(liao)等，不仅应用于(yu)(yu)冶(ye)金(jin)(jin)、化(hua)工(gong)、建(jian)材、机械(xie)、电(dian)子、医药、环保等行业，而且(qie)在航空航天(tian)、信息技术、新能源等髙精尖(jian)领域(yu)也得到(dao)了广(guang)泛(fan)应用。

纳米氧化铝

电子级氧化(hua)铝简介(jie)

从物(wu)相分类，氧化铝又可以分为α、γ、χ、θ、η、ρ等物相，其中α相是结构(gou)最为(wei)(wei)稳定的，具有耐(nai)酸碱、绝缘性(xing)能好、耐(nai)高(gao)温、导热率高(gao)等优点，因(yin)此(ci)应用也最多，通常其工业品(pin)名称为(wei)(wei)煅烧α-Al₂O₃，按照Na₂O含量(liang)又可(ke)分(fen)为普通钠、中钠、低钠型α-Al₂O₃。

电(dian)子(zi)级氧化(hua)铝主要(yao)应用于(yu)与电(dian)气性能有关的领(ling)域(yu)，比(bi)如(ru)电(dian)子(zi)基板、电(dian)子(zi)导热(re)硅胶、绝缘填料、电(dian)池材料等，因此对(dui)电(dian)气性能要(yao)求较高，对(dui)于(yu)氧化(hua)铝来讲，Na₂O是(shi)主要的(de)有害杂(za)质，因此(ci)，应用(yong)于电子级(ji)的氧化(hua)铝通常为低钠的α-Al₂O₃。电子级(ji)氧化铝(lv)对(dui)产品的(de)要求(qiu)也相对(dui)于耐火、普(pu)通陶瓷等应用高(gao)很多。

变压器绝缘片氧化铝陶瓷基板

变(bian)压器绝缘片(pian)氧化(hua)铝陶瓷基板

电子级氧化铝(lv)的质(zhi)量(liang)控制要(yao)求

1.化(hua)学成(cheng)分

一般来说(shuo)α-Al₂O₃的主要(yao)杂质有Na₂O、SiO₂、Fe₂O₃、CaO、MgO、TiO₂等，除此还有一些微(wei)量元素，总杂(za)质(zhi)含量约(yue)0.5%，Al₂O₃含量(liang)≥99.5%。

其(qi)中，Na₂O含量(liang)是最为重要(yao)的(de)一个指标，不但影响电子陶瓷的致密度，而且(qie)还(hai)由于Na₂O结(jie)合(he)Al₂O₃生成(cheng)具有一定导电性的β-Al₂O₃，从而影响其电气性能(neng)。例如在LCD玻(bo)璃中(zhong)，由于Na离子会影响液(ye)(ye)晶和(he)薄(bo)膜晶体管的(de)化学稳定性，进(jin)而使(shi)半(ban)导体液(ye)(ye)晶材(cai)料(liao)(liao)和(he)薄(bo)膜材(cai)料(liao)(liao)劣化，缩短显示器的(de)寿命，并且还会污染生产线，通常液(ye)(ye)晶玻璃用α-Al₂O₃要求其中Na₂O含(han)量不(bu)大于0.03%。因此，电子级的(de)α-Al₂O₃都必须是低钠(na)的产品。

Fe₂O₃、TiO₂等有色的氧化(hua)物不但对下(xia)(xia)游产品(pin)造成颜色的影响，同时(shi)还会(hui)导致(zhi)电气性能下(xia)(xia)降，因(yin)此要求含量尽可能低。

SiO₂在下游产品中一般(ban)不是(shi)有害元(yuan)素，比如陶瓷(ci)、玻璃等均需要添加SiO₂，但(dan)其含量的波动对产品的配料(liao)有(you)一定(ding)的影响，要控制在一定(ding)的范围内。

CaO、MgO一(yi)般(ban)情况(kuang)下(xia)含(han)量很低，除特殊(shu)要求(qiu)外(wai)，一(yi)般(ban)不作为专门控制。

另外，一些微量元素尽管含量极低，但对某些产品影响较大，必须严格控制，比如在LCD玻璃中，Cr、Cl、Li 等元素必须控制，要求含量在5 PPm之内。

2.粒度及颗粒形貌

α-Al₂O₃粉体的粒(li)度(du)的大小(xiao)及其(qi)分(fen)布(bu)不但影(ying)响(xiang)产(chan)(chan)品(pin)的加工性能(neng)，还会对(dui)产(chan)(chan)品(pin)本(ben)身的性能(neng)产(chan)(chan)生较大的影(ying)响(xiang)。作为电子材料(liao)的应用，必(bi)须严格控制其(qi)粒(li)度(du)的大小(xiao)及其(qi)分(fen)布(bu)。

当(dang)α-Al₂O₃粉体(ti)作(zuo)为填(tian)料使用时，其(qi)微观形(xing)(xing)貌对(dui)其(qi)流变性和分散(san)性有(you)很大(da)的(de)影响(xiang)，不同(tong)的(de)形(xing)(xing)貌在有(you)机基体(ti)中的(de)粘度(du)差异(yi)较大(da)，一般来说，形(xing)(xing)貌越规整，其(qi)粘度(du)越低。因此，为了降(jiang)低粘度(du)，提高颗粒(li)均匀(yun)性，通(tong)过适当的(de)工(gong)艺控制使α-Al₂O₃可以制(zhi)备成球形、片状(zhuang)等规则形貌。

3.异物控制

α-Al₂O₃粉体中的(de)(de)杂质(zhi)除了一般意义的(de)(de)化学杂质(zhi)外，其引(yin)入的(de)(de)异(yi)物也是一种(zhong)重要(yao)杂质(zhi)，尤其是电子(zi)领域，由于制品非(fei)常(chang)(chang)精细，因此对异(yi)物的(de)(de)要(yao)求非(fei)常(chang)(chang)严格。一般情(qing)况下，混入的(de)(de)常(chang)(chang)见异(yi)物有金属颗粒、非(fei)金属颗粒、纤(xian)维等。

金属性异物对产品的电气性能的影响(xiang)较(jiao)大，同时也对外观(guan)产生(sheng)较(jiao)大的影响(xiang)，比如，在陶瓷(ci)烧结中(zhong)，一(yi)旦有10 pm 以上的(de)含Fe颗(ke)粒，就(jiu)会在陶瓷表(biao)面形成一个色(se)点(dian)，造成产品(pin)的报废(fei)；在有机填充时，这些异(yi)物也会对制品(pin)的表(biao)面造成缺陷。

4.应用性能

衡量(liang)α-Al₂O₃粉体产(chan)品质量指(zhi)标(biao)时，除了一般的理(li)化指(zhi)标(biao)外，其(qi)(qi)应(ying)用(yong)性能(neng)也(ye)是(shi)重要的衡量指(zhi)标(biao)，尤(you)其(qi)(qi)是(shi)应(ying)用(yong)到复(fu)合体系时，其(qi)(qi)工艺性能(neng)往往直(zhi)接决定(ding)了下游(you)生产(chan)能(neng)否稳(wen)定(ding)进行。例如(ru)，在电(dian)子陶(tao)瓷的制(zhi)备过程中，α-Al₂O₃和陶瓷助剂配制成陶瓷浆料(liao)，浆体(ti)的流变(bian)性超出范(fan)围就会导(dao)致无(wu)法造粒；在用做环氧树脂(zhi)或(huo)硅橡(xiang)胶填料(liao)时(shi)，其(qi)固化(hua)性能就是一个重要的衡(heng)量指(zhi)标。

对(dui)于(yu)粉体的(de)(de)应(ying)用(yong)(yong)性能，行(xing)业内通常(chang)采用(yong)(yong)针对(dui)具(ju)体应(ying)用(yong)(yong)领域做出一定的(de)(de)改(gai)性的(de)(de)方式。

电(dian)子级氧化铝的应(ying)用(yong)

1.环氧复合绝缘(yuan)材料

因(yin)α-Al₂O₃的(de)绝(jue)(jue)缘(yuan)性能好，且和(he)环(huan)(huan)氧树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)有(you)较好的(de)相容性，填充到环(huan)(huan)氧树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)中(zhong)可(ke)以(yi)起到颗粒补强作用(yong)，并(bing)能提高导(dao)热(re)能力，因(yin)此，可(ke)以(yi)和(he)环(huan)(huan)氧树(shu)(shu)脂(zhi)(zhi)制备成复合(he)材料(liao)，应用(yong)到高压(ya)绝(jue)(jue)缘(yuan)材料(liao)，比如高压(ya)开关(guan)盆式绝(jue)(jue)缘(yuan)子(zi)、高压(ya)互感器、绝(jue)(jue)缘(yuan)拉杆、环(huan)(huan)氧套管等，电(dian)压(ya)等级从110~1000kV。

氧化铝高压绝缘陶瓷柱塞

氧化铝高压绝缘(yuan)陶瓷柱塞

2.电子(zi)陶(tao)瓷

α-Al₂O₃不(bu)(bu)但具有良(liang)好的成瓷性能(neng)，且具有高电(dian)阻率(lv)、高热导(dao)率(lv)、低(di)介电(dian)常数、介电(dian)损(sun)耗，因此被制备(bei)成不(bu)(bu)同(tong)的电(dian)子陶瓷，主(zhu)要用于电(dian)子封装、真空灭弧室、行波管﹑点(dian)火器(qi)等(deng)。

电(dian)气陶瓷其中之一就(jiu)是集成电(dian)路基板(ban)，随着电(dian)子技术的发展，不断(duan)推出多层(ceng)共烧技术(HTCC、LTCC)，进一步提高(gao)了集成电路的小型化(hua)，氧化(hua)铝陶(tao)瓷基片已(yi)成为应(ying)用最(zui)广泛(fan)的电子陶(tao)瓷，占(zhan)电子陶瓷基片的90%，已成(cheng)为(wei)电(dian)子工业不可(ke)或缺的(de)材(cai)料。

氧化铝陶瓷基板

3.导热绝缘材(cai)料

α-Al₂O₃不但(dan)具有(you)良好的绝缘性能(neng)，且热导率为(wei)30W/(m·K)，相对氮(dan)化铝、氮(dan)化硼等(deng)性价比(bi)高，且在硅胶、硅油体系有(you)良好的分散性能(neng)，因(yin)此，在电子导热

绝(jue)缘领域占有很大(da)的比重，常用于导热(re)硅胶片、导热(re)灌封(feng)胶、导热(re)硅脂等材料。

导热硅胶垫片

导热(re)硅胶垫片

4.电子玻(bo)璃

LCD（液晶）玻璃基板是一种区别于普通玻璃的电子玻璃，是平板显示的关键基础材料之一，其表面极其平整，厚度为0.1~0.7mm。不但表观质量要求苛刻，而且还要求极低的膨胀系数，良好的化学稳定性、高的机械强度等，是一种制备技术要求极高的材料。

LCD玻璃属于无碱铝硼硅酸盐玻璃，即为SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃-RO体系（RO为碱土金属(shu)），因(yin)此要求其中的(de)氧化(hua)铝为低钠α-Al₂O₃，制(zhi)造(zao)工艺主要有浮法、流孔下引(yin)法和溢流法3种(zhong)。

液晶玻璃基板

液(ye)晶(jing)玻璃(li)基(ji)板

5. 锂离(li)子电池

Al₂O₃在锂离子电池领域(yu)应用量最大的是隔膜涂层，即将α-Al₂O₃粉体(ti)均匀的涂覆在一层有(you)微孔(kong)结构(gou)的聚(ju)烯烃薄膜表(biao)面(mian)，用于隔离正负极(ji)防止(zhi)短(duan)路(lu)，但又能保证锂离子自(zi)由通过。隔膜(mo)基膜(mo)一(yi)般材质为(wei)PE或PP，采(cai)用(yong)干法拉(la)伸(shen)或湿法（相分离法）制成，然后在其表(biao)面涂(tu)覆氧化铝粉体(ti)为陶瓷涂(tu)覆膜，可极大减小隔(ge)膜收缩率(lv)(lv)，同时提高(gao)耐刺(ci)穿能(neng)力和(he)吸液率(lv)(lv)，有效提高(gao)电池安全(quan)性能(neng)。