前言：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)，政治和國防安全的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，先進(jìn)陶瓷的研發(fā)與生產(chǎn)水平直接影響我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，無論從經(jīng)濟(jì)安全角度還是產(chǎn)業(yè)成本考慮，要突破我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨“卡脖子”的窘境，必須重視先進(jìn)陶瓷的發(fā)展。2023年6月14日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“第二屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學(xué)者做客“對話”欄目，圍繞先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研究進(jìn)行訪談交流。
中國粉體網(wǎng)訊 α-Al2O3由于其特殊的結(jié)構(gòu)，具有耐高溫、硬度大等特點(diǎn)，同時也具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，可用于陶瓷、基板玻璃、催化載體、電池隔膜涂層等材料。
目前，α-Al2O3的應(yīng)用已經(jīng)涉及生活、生產(chǎn)及科學(xué)研究的方方面面，其研究逐漸開始追求更小的粒度、更均勻的粒徑分布、更優(yōu)的活性和更特異性的功能化性能。因此，α-Al2O3的合成及工業(yè)化研究轉(zhuǎn)向功能化領(lǐng)域，以獲得性能更佳的材料。近年來，國家對環(huán)境保護(hù)提出了更高要求，綠色工藝也成為了Al2O3行業(yè)，尤其是α-Al2O3行業(yè)所追求的目標(biāo)。低溫煅燒技術(shù)、助劑協(xié)同、顆粒細(xì)化、純度提高是α-Al2O3行業(yè)目前的主旋律。
此次，中國粉體網(wǎng)邀請到了新鄉(xiāng)學(xué)院的陳瑋教授做客“對話”訪談欄目，帶我們深入了解α-Al2O3的制備工藝及應(yīng)用進(jìn)展。
陳瑋，工學(xué)博士，教授級高工，主要從事高技術(shù)陶瓷、粉體工程、耐火材料、特種氧化鋁等領(lǐng)域的研究。
粉體網(wǎng)：陳教授，α-Al2O3的形貌有幾種？在制備時如何控制它們的形貌？
陳教授：α-Al2O3的理論結(jié)晶形態(tài)是片狀，但是我們在制備的過程中可以通過控制它的晶體生長條件來控制它的形狀，比如說讓它生長成類球形或者球形，或者是蠕蟲狀。
對于這幾種形狀的α-Al2O3，我們主要從它的結(jié)晶過程來控制（它的形貌），比如調(diào)節(jié)它的結(jié)晶溫度、添加生長調(diào)節(jié)劑，或者是采用特殊的工藝來合成特殊形貌的α-Al2O3。
比如球形α-Al2O3，可以通過快速的超高溫煅燒，讓它生成半熔融狀態(tài)，然后形成球形α-Al2O3；對于類球形α-Al2O3，一般是通過控制它的煅燒溫度條件以及添加劑的綜合使用來控制它的類球形。
粉體網(wǎng)：陳教授，在α-Al2O3的制備過程中需要重點(diǎn)控制的雜質(zhì)元素有哪些？應(yīng)用不同，是否需要控制的雜質(zhì)元素也不同？
陳教授：雜質(zhì)元素的控制，要看α-Al2O3的使用場景。比如說用作普通陶瓷時，一般需要控制的雜質(zhì)元素就是Al2O3里面的Na2O、SiO2、Fe2O3等等；當(dāng)用作一些高純度應(yīng)用場景時，比如說單晶，那么晶體里面幾乎所有的雜質(zhì)都要控制，而且雜質(zhì)含量需要控制的非常低，控制到ppm級，而用作一般陶瓷應(yīng)用時，基本上控制到百分之零點(diǎn)零幾就可以了。
粉體網(wǎng)：陳教授，目前工業(yè)上可以規(guī)�；苽涓呒冄趸X的工藝有哪些？
陳教授：目前國內(nèi)高純氧化鋁有很多種生產(chǎn)方式，比如說硫酸鋁銨法、碳酸鋁銨法、醇鹽水解法，還有高純鋁水解法等等。不同方法制備的氧化鋁的純度不一樣，應(yīng)用場景不一樣，成本也不一樣，各有各的用途。純度比較高的，現(xiàn)在國內(nèi)基本上可以達(dá)到4N、5N的水平或者是更高。
粉體網(wǎng)：陳教授，有的文獻(xiàn)里，把4N的氧化鋁界定為高純氧化鋁，有的文獻(xiàn)里，3N的氧化鋁就界定為高純氧化鋁，是否不同行業(yè)對于高純氧化鋁的純度界定也不同？
陳教授：你這個問題問的非常好！比如說在耐火材料行業(yè)里，他們認(rèn)為3N或者2N5就已經(jīng)非常高了，他們就把這個純度的氧化鋁定義成高純氧化鋁。因?yàn)槟突鸩牧嫌玫囊话闶卿X礬土，鋁礬土的氧化鋁含量可以從80%多到90%或者95%這么一個水平，那么當(dāng)氧化鋁含量達(dá)到2N5的時候或者到了3N的時候，他們就認(rèn)為達(dá)到了高純的地步。
但是對于有些行業(yè)比如說半導(dǎo)體行業(yè)，3N的氧化鋁的性能有點(diǎn)欠缺，基本上要求達(dá)到4N，比如像襯底，或者是單晶生長，特別是像藍(lán)寶石，它就要達(dá)到4N才能生長出比較合格的品質(zhì)、比較好的藍(lán)寶石。
粉體網(wǎng)：陳教授，您覺得氧化鋁在應(yīng)用方面，比較有潛力、需要挖掘的方向在哪里？
陳教授：氧化鋁的應(yīng)用范圍非常寬、非常廣，在我們生活中的應(yīng)用場景也非常多。要說是具體到哪個方向上面，我可以簡單的說幾個方向。
比如說電池方面，以前的話氧化鋁主要應(yīng)用在隔膜上，現(xiàn)在電池正極材料里面也開始添加氧化鋁來提高鋰離子電池的性能；再一個比如說可以大功率充放電用的β-Al2O3也開始了應(yīng)用；對于下一代的固體電解質(zhì)，Li-β-Al2O3作為一個比較好的發(fā)展方向，也開始有人在做一些研究。
對于半導(dǎo)體行業(yè)而言，由于氧化鋁是絕緣體，氧化鋁純度越高或者說它的某些性能比較好，我們主要是開發(fā)能夠把器件做的更好的這種氧化鋁。比如說我們要把粒徑做的更小一些，我們就可以獲得高燒結(jié)活性的氧化鋁陶瓷用的這種氧化鋁等等。
粉體網(wǎng)：陳教授，您在氧化鋁的應(yīng)用研究方面目前的研究方向是什么？有何最新科研成果或者產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用項(xiàng)目?
陳教授：我這兩年一直致力于降低氧化鋁的一次粒徑，來降低陶瓷的燒結(jié)溫度。在這方面進(jìn)行了很多的研究，做成了一些高分散的、超細(xì)的氧化鋁。比如說我們把α-Al2O3做到0.4微米甚至0.2微米的尺寸，像0.6-0.8、0.4-0.5、0.3-0.4這些尺寸的產(chǎn)品，我們已經(jīng)基本上都能夠大批量的進(jìn)行生產(chǎn)了，目前正在發(fā)掘它們的應(yīng)用場景，讓它們的性能發(fā)揮的更好一些。此外，0.2微米尺寸的α-Al2O3也正在研究之中。
能夠產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的項(xiàng)目比較多，一方面α-Al2O3本身，比如說超細(xì)的α-Al2O3，0.4微米的、0.3微米的α-Al2O3；第二個的話，就是一些輔助材料，比如說超細(xì)Al2O3粉體分散劑，做氧化鋁造粒粉的時候所用到的分散劑，還有一些解膠劑，消泡劑等輔助材料。
對于氧化鋁粉體，實(shí)際上它在應(yīng)用的時候需要各方面的技術(shù)，進(jìn)行一個綜合的配合，然后才能把它的性能應(yīng)用的更好。
粉體網(wǎng)：好的，陳教授，我們今天的采訪就到這結(jié)束，感謝您接受采訪。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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