سيراميك الألومينا عالي النقاء: المواد الرئيسية في أربعة مجالات رئيسية
عالية النقاءسيراميك الألومينامواد سيراميكية مهمة تستخدم أكسيد الألومنيوم فائق الدقة عالي النقاء كمادة خام رئيسية، وα-Al₂O₃ كطور بلوري رئيسي. بفضل خصائصها الممتازة، مثل القوة الميكانيكية العالية، والصلابة العالية، ومقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، فإن هذه المواد عالية النقاءسيراميك الألوميناوقد تم استخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل الآلات والإلكترونيات والدوائر المتكاملة والطب.
①مكونات دقيقة لمعدات أشباه الموصلات
من المعروف أن عددًا كبيرًا من المكونات الخزفية الدقيقة تُستخدم في معدات أشباه الموصلات، وقد تُمثل هذه المكونات الخزفية أكثر من 10% من تكلفة معدات أشباه الموصلات. ومن بينها، يُعد سيراميك الألومينا مادة خزفية شائعة الاستخدام نسبيًا في المكونات الدقيقة.
حاليًا، تُستخدم طلاءات Al₂O₃ عالية النقاء، أو سيراميك Al₂O₃، بشكل رئيسي كمواد واقية لغرف النقش ومكوناتها الداخلية. بالإضافة إلى الغرف، تُستخدم سيراميك الألومينا عالية النقاء أيضًا في مكونات معدات البلازما، مثل فوهات الغاز، وألواح توزيع الغاز، وحلقات التثبيت التي تُثبّت الرقاقات. على سبيل المثال، في عملية تلميع الرقاقات، يُمكن استخدام سيراميك الألومينا على نطاق واسع في ألواح التلميع، ومنصات تهيئة وسادات التلميع، ومشابك التفريغ، وغيرها من المكونات.
②في المجال الميكانيكي
عالية النقاءسيراميك الألوميناتتمتع سيراميكات الألومينا بخواص ميكانيكية ممتازة. يمكن تحضير سيراميكات الألومينا ذات مقاومة انثناء تبلغ حوالي 250 ميجا باسكال باستخدام طريقة التلبيد تحت الضغط الجوي، بينما يمكن لسيراميكات الألومينا عالية النقاء، المنتجة بطريقة التلبيد بالضغط الساخن، تحقيق مقاومة انثناء تصل إلى 500 ميجا باسكال وصلابة تصل إلى 9 جيجا باسكال (صلادة موس). بالاستفادة من هذه الخصائص لسيراميكات الألومينا عالية النقاء، يمكن استخدامها كعجلات طحن، ودبابيس سيراميكية، ومكونات أخرى. من بين هذه التطبيقات، تُعد أدوات قطع سيراميكات الألومينا عالية النقاء وكرات سيراميكات الألومينا عالية النقاء الأكثر استخدامًا. ومع ذلك، نظرًا لضعف متانة الكسر ومقاومة الصدمات الحرارية لسيراميكات الألومينا عالية النقاء نسبيًا، فمن الضروري عادةً إضافة مرحلة ثانية (مثل ZrO₂) إلى الألومينا لتحسين متانة مادة سيراميكات الألومينا عالية النقاء ومقاومتها للصدمات الحرارية. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تحسين حجم الحبيبات لإنتاج سيراميك الألومينا عالي النقاء مع حبيبات صغيرة وموزعة بالتساوي، يمكن أيضًا تعزيز قوة ومتانة المادة بشكل كبير إلى حد ما.
③في المجالات الإلكترونية والكهربائية
عالية النقاءسيراميك الألوميناتتميز هذه المواد بفقدان عازل منخفض للترددات العالية وخصائص عزل ممتازة، مما يجعلها مناسبة لتصنيع الأجهزة العازلة، والركائز الخزفية، وسيراميك الألومينا الشفاف. ومن بين هذه التطبيقات، تُستخدم الركائز الخزفية على نطاق واسع نسبيًا، وقد وجدت تطبيقات متزايدة في مجالات عديدة، مثل الأجهزة البصرية الخاصة، ومعدات الإضاءة، ومعدات الأقمار الصناعية الفضائية.
فيما يتعلق بالركائز الخزفية، تُعدّ ركائز سيراميك الألومينا أكثر مواد الركائز استخدامًا في صناعة المعلومات الإلكترونية الحديثة، وتُعدّ المادة الأساسية لرقائق الدوائر المتكاملة. على سبيل المثال، في مجال إضاءة LED، يتراوح معامل التمدد الحراري (CTE) للركائز الرئيسية بين 14 و17×10⁻⁶/K. عند وجود فرق كبير في درجة الحرارة أو تغير مفاجئ في درجة الحرارة، تتمدد لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بشكل أكبر من علب الرقائق، مما يؤدي إلى تلف وصلات اللحام. في مواجهة هذا التحدي، يكون معامل التمدد الحراري لركائز سيراميك الألومينا أقرب بكثير إلى معامل التمدد الحراري للرقائق، مما يُمكّن من منع هذه المشاكل بفعالية.
④في المجال الطبي
يمكن للمواد الطبية الحيوية إصلاح وظائف الجسم البشري دون التسبب في آثار سلبية عليه، وتضع مؤسسات الرعاية الصحية شروطًا صارمة للغاية على المواد الطبية الحيوية. لا يقتصر شرط هذه المواد على التوافق الحيوي فحسب، بل يجب أن تتمتع أيضًا بخصائص مثل عدم السمية، والصداقة البيئية، والمتانة. بفضل توافقها الحيوي الممتاز، وخصائصها الميكانيكية، وثباتها الكيميائي، لا تُسبب سيراميكات الألومينا عالية النقاء أي ردود فعل رفض عند زراعتها في جسم الإنسان. لذلك، تُستخدم على نطاق واسع في تصنيع العظام الاصطناعية، والبراغي، والمفاصل الاصطناعية، وغيرها من الأجهزة الطبية، وقد حظيت باعتراف واسع في الممارسة السريرية والبحث العلمي.