前言：半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)，政治和國(guó)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(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，無(wú)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(guó)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(guó)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(huì)”在江蘇蘇州隆重開(kāi)幕，會(huì)議期間，我們邀請(qǐng)到眾多專家學(xué)者做客“對(duì)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(guó)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(shí)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(kāi)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(lái)，國(guó)家對(duì)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(guó)粉體網(wǎng)邀請(qǐng)到了新鄉(xiāng)學(xué)院的陳瑋教授做客“對(duì)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(jí)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(shí)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?cè)谥苽涞倪^(guò)程中可以通過(guò)控制它的晶體生長(zhǎng)條件來(lái)控制它的形狀，比如說(shuō)讓它生長(zhǎng)成類球形或者球形，或者是蠕蟲(chóng)狀。
對(duì)于這幾種形狀的α-Al2O3，我們主要從它的結(jié)晶過(guò)程來(lái)控制（它的形貌），比如調(diào)節(jié)它的結(jié)晶溫度、添加生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，或者是采用特殊的工藝來(lái)合成特殊形貌的α-Al2O3。
比如球形α-Al2O3，可以通過(guò)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(duì)于類球形α-Al2O3，一般是通過(guò)控制它的煅燒溫度條件以及添加劑的綜合使用來(lái)控制它的類球形。
粉體網(wǎng)：陳教授，在α-Al2O3的制備過(guò)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(chǎng)景。比如說(shuō)用作普通陶瓷時(shí)，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(chǎng)景時(shí)，比如說(shuō)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(jí)，而用作一般陶瓷應(yīng)用時(shí)，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(guó)內(nèi)高純氧化鋁有很多種生產(chǎn)方式，比如說(shuō)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(chǎng)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(guó)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(duì)于高純氧化鋁的純度界定也不同？
陳教授：你這個(gè)問(wèn)題問(wèn)的非常好！比如說(shuō)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(gè)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(gè)水平，那么當(dāng)氧化鋁含量達(dá)到2N5的時(shí)候或者到了3N的時(shí)候，他們就認(rèn)為達(dá)到了高純的地步。
但是對(duì)于有些行業(yè)比如說(shuō)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(zhǎng)，特別是像藍(lán)寶石，它就要達(dá)到4N才能生長(zhǎng)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(jué)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(chǎng)景也非常多。要說(shuō)是具體到哪個(gè)方向上面，我可以簡(jiǎn)單的說(shuō)幾個(gè)方向。
比如說(shuō)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(kāi)始添加氧化鋁來(lái)提高鋰離子電池的性能；再一個(gè)比如說(shuō)可以大功率充放電用的β-Al2O3也開(kāi)始了應(yīng)用；對(duì)于下一代的固體電解質(zhì)，Li-β-Al2O3作為一個(gè)比較好的發(fā)展方向，也開(kāi)始有人在做一些研究。
對(duì)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(shuō)它的某些性能比較好，我們主要是開(kāi)發(fā)能夠把器件做的更好的這種氧化鋁。比如說(shuō)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(lái)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(shuō)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(chǎng)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(shuō)超細(xì)的α-Al2O3，0.4微米的、0.3微米的α-Al2O3；第二個(gè)的話，就是一些輔助材料，比如說(shuō)超細(xì)Al2O3粉體分散劑，做氧化鋁造粒粉的時(shí)候所用到的分散劑，還有一些解膠劑，消泡劑等輔助材料。
對(duì)于氧化鋁粉體，實(shí)際上它在應(yīng)用的時(shí)候需要各方面的技術(shù)，進(jìn)行一個(gè)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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