การประยุกต์ใช้ α-alumina ในเซรามิกอะลูมินา
แม้ว่าจะมีวัสดุเซรามิกใหม่ๆ มากมายหลากหลายชนิด แต่สามารถแบ่งออกได้คร่าวๆ เป็นสามประเภทตามหน้าที่และการใช้งาน ได้แก่ เซรามิกเชิงหน้าที่ (หรือที่เรียกว่าเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์) เซรามิกเชิงโครงสร้าง (หรือที่เรียกว่าเซรามิกวิศวกรรม) และเซรามิกชีวภาพ เมื่อพิจารณาจากส่วนประกอบวัตถุดิบที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งออกได้เป็นเซรามิกออกไซด์ เซรามิกไนไตรด์ เซรามิกโบไรด์ เซรามิกคาร์ไบด์ และเซรามิกโลหะ เซรามิกอะลูมินามีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยมีผงอัลฟา-อะลูมินาที่มีคุณสมบัติหลากหลาย
α-อะลูมินาถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตวัสดุเซรามิกชนิดใหม่หลากหลายชนิด เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ความแข็งสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนทานต่อการสึกหรอ และคุณสมบัติอื่นๆ ที่ยอดเยี่ยม α-อะลูมินาไม่เพียงแต่เป็นวัตถุดิบผงสำหรับเซรามิกอะลูมินาขั้นสูง เช่น แผ่นวงจรรวม อัญมณีเทียม เครื่องมือตัด กระดูกเทียม และอื่นๆ เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้เป็นสารนำพาฟอสเฟอร์ วัสดุทนไฟขั้นสูง วัสดุเจียรพิเศษ และอื่นๆ ได้ด้วย ด้วยการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ α-อะลูมินาจึงขยายตัวอย่างรวดเร็ว ความต้องการของตลาดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน และมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง
การประยุกต์ใช้ α-alumina ในเซรามิกฟังก์ชัน
เซรามิกฟังก์ชันหมายถึงเซรามิกขั้นสูงที่ใช้คุณสมบัติทางไฟฟ้า แม่เหล็ก เสียง แสง ความร้อน และอื่นๆ หรือเอฟเฟกต์การเชื่อมต่อเพื่อให้ได้ฟังก์ชันที่ต้องการ เซรามิกเหล่านี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าหลายประการ เช่น ความเป็นฉนวน ไดอิเล็กทริก เพียโซอิเล็กทริก เทอร์โมอิเล็กทริก เซมิคอนดักเตอร์ การนำไอออน และการนำยิ่งยวด จึงมีฟังก์ชันการใช้งานที่หลากหลายและการใช้งานที่กว้างขวาง ปัจจุบันเซรามิกหลักที่ถูกนำมาใช้งานจริงอย่างกว้างขวาง ได้แก่ เซรามิกฉนวนสำหรับซับสเตรตวงจรรวมและบรรจุภัณฑ์ เซรามิกฉนวนหัวเทียนรถยนต์ เซรามิกไดอิเล็กทริกแบบคาปาซิเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรทัศน์และเครื่องบันทึกวิดีโอ เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกที่ใช้งานได้หลากหลาย และเซรามิกไวต่อแสงสำหรับเซ็นเซอร์ต่างๆ นอกจากนี้ยังนำไปใช้ผลิตหลอดเปล่งแสงหลอดโซเดียมแรงดันสูงอีกด้วย
1. เซรามิกฉนวนหัวเทียน
ปัจจุบันเซรามิกฉนวนหัวเทียนเป็นวัสดุเซรามิกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์ เนื่องจากอะลูมินามีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม มีความแข็งแรงเชิงกลสูง ทนแรงดันสูง และทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน หัวเทียนฉนวนอะลูมินาจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายทั่วโลก ข้อกำหนดสำหรับ α-อะลูมินาสำหรับหัวเทียนคือผงไมโครอัลฟา-อะลูมินาโซเดียมต่ำทั่วไป ซึ่งมีปริมาณโซเดียมออกไซด์ ≤0.05% และขนาดอนุภาคเฉลี่ย 325 เมช
2. วัสดุรองรับวงจรรวมและวัสดุบรรจุภัณฑ์
เซรามิกที่ใช้เป็นวัสดุตั้งต้นและวัสดุบรรจุภัณฑ์มีคุณสมบัติเหนือกว่าพลาสติกในด้านต่างๆ ดังนี้ ความต้านทานฉนวนสูง ความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีสูง การปิดผนึกสูง การป้องกันความชื้น ไม่มีปฏิกิริยา และไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์พิเศษ คุณสมบัติของอัลฟา-อะลูมินาที่จำเป็นสำหรับวัสดุตั้งต้นวงจรรวมและวัสดุบรรจุภัณฑ์ ได้แก่ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน 7.0×10-6/℃ ค่าการนำความร้อน 20-30 วัตต์/กิโลเมตร² (อุณหภูมิห้อง) ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก 9-12 (IMHz) ค่าการสูญเสียไดอิเล็กทริก 3-10-4 (IMHz) ค่าความต้านทานปริมาตรมากกว่า 1012-1014 โอห์ม² (อุณหภูมิห้อง)
ด้วยประสิทธิภาพสูงและการผสานรวมวงจรรวมที่สูง จึงมีการกำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งขึ้นสำหรับวัสดุพื้นผิวและวัสดุบรรจุภัณฑ์:
เมื่อความร้อนที่เกิดขึ้นของชิปเพิ่มขึ้น จำเป็นต้องมีการนำความร้อนที่สูงขึ้น
ด้วยความเร็วสูงขององค์ประกอบการคำนวณ จำเป็นต้องมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนจำเป็นต้องใกล้เคียงกับซิลิกอน ซึ่งทำให้ α-อะลูมินามีความต้องการที่สูงขึ้น กล่าวคือ พัฒนาไปในทิศทางที่มีความบริสุทธิ์และความละเอียดสูง
3. หลอดไฟโซเดียมแรงดันสูง
เซรามิกชั้นดีผลิตจากอะลูมินาบริสุทธิ์สูงละเอียดเป็นวัตถุดิบ มีคุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อน เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี มีความแข็งแรงสูง และเป็นวัสดุเซรามิกออปติคัลที่ยอดเยี่ยม โพลีคริสตัลไลน์ใสทำจากอะลูมินาบริสุทธิ์สูง ผสมแมกนีเซียมออกไซด์ อิริเดียมออกไซด์ หรืออิริเดียมออกไซด์ในปริมาณเล็กน้อย ผลิตโดยการเผาในบรรยากาศและการเผาแบบกดร้อน สามารถทนต่อการกัดกร่อนของไอโซเดียมที่อุณหภูมิสูง และสามารถใช้เป็นหลอดไฟโซเดียมแรงดันสูงที่ให้แสงสว่างสูง
การประยุกต์ใช้ α-alumina ในเซรามิกโครงสร้าง
วัสดุชีวการแพทย์อนินทรีย์ วัสดุชีวเซรามิกไม่มีผลข้างเคียงที่เป็นพิษเมื่อเทียบกับวัสดุโลหะและวัสดุพอลิเมอร์ อีกทั้งยังมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกับเนื้อเยื่อชีวภาพ ปัจจุบันผู้คนให้ความสำคัญกับวัสดุชีวเซรามิกเพิ่มมากขึ้น การวิจัยและการประยุกต์ใช้วัสดุชีวเซรามิกในทางคลินิกได้พัฒนาจากวัสดุทดแทนและอุดฟันระยะสั้น ไปสู่วัสดุฝังแน่นถาวร และจากวัสดุเฉื่อยทางชีวภาพ ไปสู่วัสดุออกฤทธิ์ทางชีวภาพและวัสดุคอมโพสิตหลายเฟส
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีรูพรุนเซรามิกอะลูมินาถูกนำมาใช้ในการผลิตข้อต่อโครงกระดูกเทียม ข้อเข่าเทียม หัวกระดูกต้นขาเทียม กระดูกเทียมอื่นๆ รากฟันเทียม สกรูยึดกระดูก และการซ่อมแซมกระจกตา เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนทางเคมี ทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดี และมีคุณสมบัติทางเทอร์โมอิเล็กทริก วิธีการควบคุมขนาดรูพรุนระหว่างการเตรียมเซรามิกอะลูมินาที่มีรูพรุน คือ การผสมอนุภาคอะลูมินาที่มีขนาดอนุภาคต่างกัน ชุบโฟม และพ่นแห้ง แผ่นอะลูมิเนียมยังสามารถนำไปชุบอโนไดซ์เพื่อสร้างรูพรุนแบบช่องพรุนขนาดเล็กระดับนาโนที่มีทิศทางได้