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氧化鋁有著非常多的相態，即α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃、η-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、θ-Al₂O₃、χ-Al₂O₃、κ-Al₂O₃等。不同晶型由于其晶體結構的差異而表現出不同的性能，應用在不同的領域。而α-Al₂O₃作為鋁的氧化物中最為穩定的晶相，以其獨特優勢，在電子領域備受關注。

圖1、α—Al₂O₃粉體  來源：百度百科

一、α—Al₂O₃的結構及其特性

在α—Al₂O₃的晶體結構中，由3個氧原子組成的面是兩相鄰接的八面體所共有，整個晶體可以看成無數八面體[AlO₆]通過共面結合而成的大“分子”，這一結構使得α－氧化鋁的穩定性大。同時這種緊密堆積結構，Al-O化學鍵很強，晶格能很大，使得α-Al₂O₃的熔點高達2050℃，莫氏硬度高達9，并且α相具有耐酸堿、絕緣性能好﹑耐高溫﹑導熱率高等優點，因此應用也最多。 

圖2、α—Al₂O₃的結構示意圖和主要性質

二、α—Al₂O₃的制備方法

目前，α-Al₂O₃的制備方法有固相、液相以及氣相三種，固相、液相合成方法中分別主要以機械研磨法、燃燒法，和溶膠－凝膠法、沉淀法制備 α-A1₂O₃粉末，氣相合成方法則主要是通過化學氣相沉積法制備氧化鋁薄膜。基于這些方法可使 α-A1₂O₃制備滿足多個領域的應用，所以針對制備過程中α-A1₂O₃晶粒的影響因素，如溫度、pH 值、礦化劑類型等，已經存在較為成熟的研究結論。

圖3、α—Al₂O₃的制備方法

（1）固相合成法

固相合成方法通常是以工業氧化鋁或氫氧化鋁為原料，經過高溫煅燒后生成α—Al₂O₃。但煅燒溫度過高會引起氧化鋁粒徑增大和顆粒聚集現象，導致α—Al₂0₃的高溫性能受到較大影響，因此通常采用機械球磨或加入礦化劑的方法來改善產品的質量。加入礦化劑的主要目的是去除產品中的金屬氧化物，降低相變溫度，控制晶粒尺寸和形貌。

（2）液相制備

工業氧化鋁中存在堿金屬氧化物（尤其是Na₂O）等雜質，為了改善這種情況，通常采用溶膠凝膠法以鋁鹽與酸或堿反應制備氧化鋁前體，然后高溫煅燒制備α—Al₂O₃。這種方法的煅燒溫度低，得到的氧化鋁純度高。但制備工藝復雜，對原料純度要求高。在溶膠－凝膠法制備α—Al₂O₃的過程中添加α—Al₂O₃晶種是很常見的一種方法，目的是為了讓氧化鋁從θ相轉變為α相。

（3）氣相制備

化學氣相淀積（CVD) 在氣相合成中是最為經典的方法，利用氣體，或者通過一定的方法加熱，使物質轉變為氣體，在氣態下兩種或兩種以上材料發生物理或化學反應，形成新材料，新材料沉積到晶片表面，在冷卻過程中凝聚長大，形成超細粉體的過程。該方法常用于制備適用于航空航天領域的α-Al₂O₃涂層材料。

三、α—Al₂O₃電子領域的應用

（1）環氧復合絕緣材料

因α—Al₂O₃的絕緣性能好﹐且和環氧樹脂有較好的相容性，填充到環氧樹脂中可以起到顆粒補強作用﹐并能提高導熱能力﹐因此，可以和環氧樹脂制備成復合材料，應用到高壓絕緣材料﹐比如高壓開關盆式絕緣子、高壓互感器、絕緣拉桿、環氧套管等，電壓等級從110～1000kV。

圖4、高壓開關用盆式絕緣子  

（2）電子陶瓷

α—Al₂O₃不但具有良好的成瓷性能﹐且具有高電阻率、高熱導率、低介電常數、介電損耗，因此被制備成不同的電子陶瓷﹐主要用于電子封裝、真空滅弧室、行波管﹑點火器等。

電氣陶瓷其中之一就是集成電路基板﹐隨著電子技術的發展﹐不斷推出多層共燒技術（HTCC、LTCC），進一步提高了集成電路的小型化，氧化鋁陶瓷基片已成為應用最廣泛的電子陶瓷，占電子陶瓷基片的90%，已成為電子工業不可或缺的材料。

圖5、氧化鋁陶瓷電路板 來源：同達鑫官網

（3）導熱絕緣材料

α—Al₂O₃不但具有良好的絕緣性能﹐且熱導率為30 W /(m?K)，相對氮化鋁﹑氮化硼等性價比高，且在硅膠﹑硅油體系有良好的分散性能，因此，在電子導熱絕緣領域占有很大的比重，常用于導熱硅膠片、導熱灌封膠﹑導熱硅脂等材料。

導熱硅膠墊能夠填充到電子元件和殼體或散熱器的縫隙中﹐起到散熱作用，同時還起到絕緣﹑減震﹑密封等作用。導熱灌封膠用于封裝電子元器件﹑線路等，提高整體性和耐候性及抗震等性能。導熱硅脂主要是由氧化鋁和硅油配制，并加有穩定劑和改性添加劑，調配成均勻的膏狀物質，用于散熱器和器件之間。

圖6、 導熱硅膠墊片 來源：中鋁鄭州研究院

（4）電子玻璃

LCD（液晶）玻璃基板是一種區別于普通玻璃的電子玻璃，是平板顯示的關鍵基礎材料之一，其表面極其平整，厚度為0.1～0.7 mm。不但表觀質量要求苛刻，而且還要求極低的膨脹系數，良好的化學穩定性﹑高的機械強度等，是一種制備技術要求極高的材料。LCD玻璃屬于無堿鋁硼硅酸鹽玻璃，即為SiO₂一Al₂O₃一B₂O₃一RO體系（RO為堿土金屬），因此要求其中的氧化鋁為低鈉α—Al₂O₃。

圖7、液晶玻璃基板 來源：洛陽古洛玻璃有限公司

（5）鋰離子電池

α—Al₂O₃在鋰離子電池領域應用量最大的是隔膜涂層，即將α—Al₂O₃粉體均勻的涂覆在一層有微孔結構的聚烯燒薄膜表面，用于隔離正負極防止短路，但又能保證鋰離子自由通過。涂覆氧化鋁后﹐耐溫可達180℃，而且極大地減小了收縮率，同時提高耐刺穿能力和吸液率，有效提高電池安全性能。

圖8、鋰電池概念圖 來源中國電池網

總結

用于電子領域的α—Al₂O₃粉體要求也越來越高。更高品質的產品和產品指標的穩定將是未來的發展趨勢。

（1）產品更高的純度意味著電氣元器件更高的可靠度，隨著電氣元器件的小型化，要求α—Al₂O₃具有更高的純度，尤其是異物的含量將要求越來越高。

（2）高性能的亞微米α—Al₂O₃在未來高端電子應用領域有著較強的優勢，更高轉化率、小比表面積的亞微米粉體將是技術發展趨勢。

（3）除了對產品理化指標的嚴格控制之外，作為電子領域應用的α—Al₂O₃，其產品的批一致性和穩定性越來越受到關注，成為產品質量重要的衡量指標。

參考來源：

1、低鈉α—Al₂O₃在電子領域的應用 李建忠等

2、微波輔助制備高純α—Al₂O₃粉體工藝及其性能研究  趙天歌

3、α—Al₂O₃相變機理及制備工藝研究進展  吳宇峰等

作者：晴天

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