中國粉體網(wǎng)訊 談到鈹，吃瓜群眾忍不住直呼“毒，劇毒，非常毒！”。事實(shí)上，鈹及其化合物確實(shí)是一種高毒性的金屬，通常以金屬蒸汽、粉塵或煙霧的形式通過呼吸道進(jìn)入人體，長時(shí)間接觸鈹及其化合物經(jīng)一定的潛伏期后可出現(xiàn)以肺間質(zhì)纖維化為主的病變。
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但與鈹?shù)V開采和鈹精煉相比，氧化鈹陶瓷制作工藝過程中鈹濃度和毒害性都相差甚遠(yuǎn)，只要防護(hù)措施有力，可以避免產(chǎn)生中毒現(xiàn)象。
1 氧化鈹陶瓷特點(diǎn)
BeO作為一種新型的陶瓷材料，與其他陶瓷材料相比，具有硬度大、耐高溫、導(dǎo)熱性好、低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗、絕緣性好及化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在核技術(shù)材料、特種冶金、真空電子技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在核技術(shù)材料領(lǐng)域，BeO由于其高中子散射截面和耐高溫的特性，在核反應(yīng)堆中被用作防福射材料和中子減速劑。在真空和電子技術(shù)領(lǐng)域，BeO由于其具有耐高溫和抗熱震性強(qiáng)等特點(diǎn)，是制造噴氣式飛機(jī)的導(dǎo)火管的一種良好材料。BeO由于其高導(dǎo)熱性、低介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的特性被用于制造寬帶大功率的電真空器件等。
2 國內(nèi)外氧化鈹現(xiàn)狀
美國是世界上BeO陶瓷產(chǎn)量最大、生產(chǎn)技術(shù)最高、產(chǎn)品性能最好的國家，BeO陶瓷的研究方向主要分為常規(guī)BeO陶瓷的研究、高強(qiáng)度BeO陶瓷的研究、高導(dǎo)熱氧化鈹陶瓷的研究等幾個(gè)方面。美國研制的BeO陶瓷性能水平很高，其常規(guī)BeO陶瓷就能夠保證平均晶粒尺寸≤15μｍ，抗折強(qiáng)度≥225ＭPa，相對(duì)介電常數(shù)6.67，批次一致性非常好。對(duì)于美國的高強(qiáng)度BeO陶瓷，其抗折強(qiáng)度達(dá)到了260ＭPa以上，高導(dǎo)熱BeO陶瓷方面，其導(dǎo)熱能力也達(dá)到了325Ｗ／ｍ·Ｋ。
多年來，國內(nèi)BeO陶瓷的研制生產(chǎn)經(jīng)過不斷地摸索實(shí)踐，已形成了一套具有自主創(chuàng)新、自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氧化鈹生產(chǎn)工藝技術(shù)。國內(nèi)生產(chǎn)的BeO陶瓷大部分性能指標(biāo)已接近國外標(biāo)準(zhǔn)。但在指標(biāo)的批次一致性控制方面與國外還存在一定差距。需要作進(jìn)一步的攻關(guān)來滿足真空電子領(lǐng)域產(chǎn)品的高一致性、高可靠性要求。
3 氧化鈹陶瓷的應(yīng)用
3.1在大功率電子器件和集成電路上的應(yīng)用
高的熱導(dǎo)率和低的介電常數(shù)是BeO陶瓷材料在電子技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用重要原因。BeO陶瓷目前已用于高性能、高功率微波封裝件、高頻電子晶體管封裝（圖1）、高電路密度的多片組件。
BeO基片可以在高達(dá)44GHz頻率下工作，應(yīng)用于通信、直播衛(wèi)星、移動(dòng)電話、個(gè)人通信服務(wù)、基站、衛(wèi)星接收和發(fā)送、先進(jìn)航空電子設(shè)備以及全球定位系統(tǒng)(GPS)。
BeO陶瓷還廣泛用于寬帶大功率的電子真空器件中，如行波管的輸能窗、夾持桿和降壓收集極。低的介電常數(shù)和損耗有利于獲得很好的寬頻匹配特性。同時(shí)也可減少功率損失。高的導(dǎo)熱率可以將大功率器件中產(chǎn)生的熱量及時(shí)地傳導(dǎo)出去，從而能夠保證器件的穩(wěn)定性和可靠性。
3.2在核反應(yīng)堆中的應(yīng)用
BeO可用作原子反應(yīng)堆的中子減速劑和防輻射材料。在中子輻射作用下，BeO陶瓷可能發(fā)生氣體膨脹及開裂，這要取決于氦和氚的積累程度。此外，BeO陶瓷高溫輻照穩(wěn)定性比金屬鈹好，密度比金屬鈹大，高溫時(shí)有相當(dāng)高的強(qiáng)度和熱導(dǎo)，而且，氧化鈹比金屬鈹價(jià)格便宜。這就使它更適于用作反應(yīng)堆中的反射體、減速劑和彌散相燃料基體。氧化鈹陶瓷可用做核反應(yīng)堆中的控制棒，它和U2O陶瓷可以聯(lián)合使用而成為核燃料。美國普渡(Purdue)大學(xué)的核工程師已開發(fā)出一種新型核燃料，將氧化鈾與導(dǎo)熱性能更好的氧化鈹交織在一起制成燃料芯塊。在這種燃料芯塊中，氧化鈹“骨架”能夠使燃料的導(dǎo)熱性能比常規(guī)核燃料至少高出50%。
3.3在耐火材料中的應(yīng)用
氧化鈹陶瓷作為耐火材料可用于加熱元件的耐火支持棒、保護(hù)屏蔽、爐襯、熱偶管以及陰極、熱子加熱基板和涂層等。在高強(qiáng)度放電燈(金屬鹵化物燈)的電弧管內(nèi)壁涂敷適當(dāng)厚度的氧化鈹陶瓷保護(hù)層，可以避免金屬鹵素填充物中金屬部分的大量損傷，從而導(dǎo)致游離鹵素的大量形成，由此延長燈的有效使用壽命。
氧化鈹陶瓷作為高級(jí)耐火材料最突出的優(yōu)點(diǎn)在于抗熱震性優(yōu)良，抗熱震性的評(píng)估理論可基于熱彈性理論和斷裂力學(xué)理論兩大類，其熱震條件可分為：急劇受熱或冷卻，緩慢受熱或冷卻，輻射加熱和升溫蠕變等。
3.4在劑量測(cè)定中的應(yīng)用
BeO單晶和大晶粒BeO陶瓷材料在冷卻、加熱、光照過程中還具有自發(fā)輻射和外電子發(fā)射的特性。正因氧化鈹陶瓷具有熱釋光(TL)和光釋光(OSL)特性，在劑量測(cè)定中備受關(guān)注。當(dāng)BeO以無毒陶瓷形式使用時(shí)，它是一種化學(xué)性能、機(jī)械性能和熱性能都高度穩(wěn)定的材料。單晶的BeO無毒，故使它在個(gè)人劑量領(lǐng)域內(nèi)占有重要地位。
3.5其他方面的應(yīng)用
BeO陶瓷的應(yīng)用是多方面的。目前已可生產(chǎn)出大尺寸的單晶，并具有某些特殊的光學(xué)性能，也可以制備透明氧化鈹陶瓷，作為特殊領(lǐng)域的觀察窗，與Be、Ta、Mo、Zr、Nb等金屬制成具有特定線膨脹系數(shù)和特殊熱性能的金屬陶瓷制品，高純氧化鈹陶瓷可以制作火箭頭錐體、等離子弧噴嘴和導(dǎo)彈火箭零件等。
BeO陶瓷的導(dǎo)熱性能良好，比通常用的石英高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因而激光器的效率高，輸出功率大。與石英管相比具有很大的優(yōu)越性，而且易于小型化，在激光領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。
BeO陶瓷可作為一種組分加入各種成分的玻璃中。含氧化鈹?shù)牟ＡВ芡高^X射線，用這種玻璃制作的X射線管可用于結(jié)構(gòu)分析，在醫(yī)學(xué)上用來治療皮膚病。氧化鈹能影響玻璃性質(zhì)，如增大玻璃的比重、抗水性和硬度，提高膨脹系數(shù)、折射率和化學(xué)穩(wěn)定性。它不但可以作具有高彌散系數(shù)的特種玻璃組分，而且可以作透過紫外線的玻璃組分。
4 小結(jié)
雖然BeO 是一種毒性很大的物質(zhì), 其粉塵和蒸汽屬一級(jí)高毒性, 但是這是可以預(yù)防的，而且氧化鈹陶瓷作為燒結(jié)體則無毒 ,隨著相關(guān)科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，氧化鈹產(chǎn)品的應(yīng)用規(guī)模還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，我們不應(yīng)該“談鈹色變”。
參考來源：
【1】李文芳，等.氧化鈹陶瓷的應(yīng)用綜述.輕金屬.2010.
【2】王凱，等.氧化鈹致大鼠肺纖維化的實(shí)驗(yàn)研究.寧夏醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào).2019.
【3】鄭莉芳，等.稀有輕金屬鈹及其合金的應(yīng)用進(jìn)展.稀有金屬.2019.
【4】王松，等. 空間行波管BeO夾持桿性能及碳化工藝一致性研究.真空電子技術(shù).2020.
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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