เรียนรู้เกี่ยวกับผงเซรามิกต่างๆ ในบทความเดียว

เซรามิกขั้นสูงมีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ มีคุณสมบัติทางกล อะคูสติก แสง ความร้อน ไฟฟ้า และชีวภาพ เซรามิกเหล่านี้ใช้ในด้านเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น การบินและอวกาศ อิเล็กทรอนิกส์ และชีวการแพทย์ นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตขั้นสูงอีกด้วย เซรามิกขั้นสูงมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะของตนเอง ตัวอย่างเช่น เซรามิกอะลูมินาจะต้านทานการเกิดออกซิเดชัน เซรามิกซิลิกอนไนไตรด์มีความแข็งแรงและทนทานต่อการกัดกร่อนทางไฟฟ้า เซรามิกเซอร์โคเนียมออกไซด์มีความเหนียวและเข้ากันได้ทางชีวภาพ

อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูง

อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูง (4N ขึ้นไป) มีข้อดีหลายประการ คือ มีความบริสุทธิ์สูง แข็ง และแข็งแรง ทนต่ออุณหภูมิสูงและการสึกหรอ อีกทั้งยังมีฉนวนที่ดีและมีเสถียรภาพ เคมี คุณสมบัติ การหดตัวที่อุณหภูมิสูงอยู่ในระดับปานกลาง มีประสิทธิภาพในการเผาผนึกที่ดี มีคุณสมบัติดีกว่าผงอะลูมินาทั่วไป มีคุณสมบัติทางแสง ไฟฟ้า แม่เหล็ก ความร้อน และกลไก เป็นวัสดุที่มีมูลค่าสูงชั้นยอด มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมีสมัยใหม่ อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นผลิตภัณฑ์อะลูมินาประสิทธิภาพสูงชั้นยอด ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น วัสดุเรืองแสง เซรามิกโปร่งใส อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ พลังงานใหม่ วัสดุเร่งปฏิกิริยา และอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

เซรามิกอะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงมีการส่งผ่านแสงที่ดี นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเซรามิกทึบแสงในด้านคุณสมบัติเชิงกล แสง ความร้อน และไฟฟ้า เซรามิกอะลูมินาเป็นวัสดุที่ใช้มากที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ถือเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับชิปวงจรรวม อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งใช้ในเซรามิกมีการใช้งานระดับสูง ซึ่งรวมถึงส่วนประกอบที่มีความแม่นยำสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เซรามิกดังกล่าวมีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เข้มงวดกว่าเซรามิกละเอียดทั่วไป

ส่วนที่เป็นสารกัดกร่อนของน้ำยาขัดนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง อะลูมินาที่มีความบริสุทธิ์สูงนั้นเหมาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนนี้ ด้วยการเติบโตของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนคาร์ไบด์ เราจึงต้องใช้อะลูมินาละเอียดที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับการขัดเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน

หินโบมุ

โบเอไมต์ประกอบด้วยน้ำผลึกหนึ่งชนิด มีสูตรโมเลกุลคือ γ-Al2O3·H2O หรือ γ-AlOOH เป็นอะลูมินาไฮเดรตชนิดหนึ่ง

พื้นผิวที่มีพื้นที่มากและรูพรุนขนาดใหญ่ทำให้เป็นวัตถุดิบหลักสำหรับตัวดูดซับที่รวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยยังคงรูปร่างเดิมไว้ได้แม้หลังจากเปลี่ยนเฟส ความเข้ากันได้ทางชีวภาพทำให้มีประโยชน์ในด้านกระดูกและทันตกรรม นอกจากนี้ยังโดดเด่นในด้านชีวการแพทย์อีกด้วย การหน่วงการติดไฟที่ไม่เหมือนใคร การอุดที่ดี และทนทานต่อการรั่วซึมทำให้ใช้กันอย่างแพร่หลายในแผ่นลามิเนตหุ้มทองแดงที่บางเป็นพิเศษและมีประสิทธิภาพสูง โครงสร้างรอมบิกที่มั่นคงและกลุ่มไฮดรอกซิลที่มีความหนาแน่นสูงบนพื้นผิวช่วยให้ปรับเปลี่ยนได้โดยกลุ่มฟังก์ชันต่างๆ เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาและรีเอเจนต์ที่รองรับซึ่งมีราคาแพง

อะลูมิเนียมไนไตรด์

เนื่องจากชิปอิเล็กทรอนิกส์มีความเร็วและขนาดเล็กลง ความร้อนจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้น บรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมและการระบายความร้อนที่ดีขึ้นจึงเป็นอุปสรรคสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์จ่ายไฟ วัสดุเซรามิกมีคุณสมบัติในการนำความร้อนและทนความร้อนได้ดี นอกจากนี้ยังมีความแข็งแรงและฉนวนไฟฟ้าสูงอีกด้วย มีคุณสมบัติทางความร้อนที่ตรงกับวัสดุชิป จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุบรรจุภัณฑ์อุปกรณ์จ่ายไฟ

อะลูมิเนียมไนไตรด์เป็นวัสดุเซรามิกที่มีการนำความร้อนได้ดีที่สุด โดยมีค่าการนำความร้อนตามทฤษฎีอยู่ที่ 320W/(m·K) ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์มีค่าการนำความร้อนอยู่ที่ 180W ถึง 260W/(m·K) จึงเหมาะสำหรับวัสดุบรรจุภัณฑ์ชิปขนาดใหญ่ที่มีกำลังไฟสูง ตะกั่วสูง นอกจากจะมีค่าการนำความร้อนสูงแล้ว คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมยังได้แก่:

(1) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (4.3×10-6/℃) ตรงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของวัสดุซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์ ((3.5~4.0)×10-6/℃)

(2) คุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าเซรามิก BeO และใกล้เคียงกับอะลูมินา

(3) คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม โดยมีความต้านทานฉนวนสูงมากและการสูญเสียไฟฟ้าต่ำ

(4) สามารถเดินสายไฟหลายชั้นเพื่อให้ได้ความหนาแน่นสูงและขนาดของบรรจุภัณฑ์ที่เล็กลง

(5) ปลอดสารพิษและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ซิลิกอนไนไตรด์

ปัจจุบันซิลิกอนไนไตรด์ใช้เป็นวัสดุเซรามิกเป็นหลัก เซรามิกซิลิกอนไนไตรด์มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรม โดยเฉพาะในสาขาเทคโนโลยีขั้นสูง ตัวอย่างเช่น:

ลูกบอลแบริ่งเป็นผลิตภัณฑ์เซรามิกซิลิกอนไนไตรด์ที่ใช้กันมากที่สุด โดยผลผลิตประจำปีของผลิตภัณฑ์นี้คือ 30% ของผลิตภัณฑ์ซิลิกอนไนไตรด์ประสิทธิภาพสูงของโลก ลูกบอลแบริ่งเซรามิกซิลิกอนไนไตรด์ดีกว่าลูกบอลเหล็ก ลูกบอลมีน้ำหนักเบากว่า ทนต่ออุณหภูมิสูง หล่อลื่นตัวเองได้ และทนทานต่อการกัดกร่อน โหมดความล้มเหลวจากความล้าของลูกบอลนั้นเหมือนกับลูกบอลเหล็ก ดังนั้น ลูกบอลแบริ่งเซรามิกซิลิกอนไนไตรด์จึงมีประโยชน์มากมาย โดยลูกบอลเหล่านี้ใช้ในตลับลูกปืนความแม่นยำสำหรับเครื่องมือเครื่องจักร รถยนต์ และกังหันลม นอกจากนี้ยังใช้ในตลับลูกปืนปิโตรเคมีที่ทนต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อนอีกด้วย

อะลูมินาทรงกลม

ผงนำความร้อนชนิดต่างๆ อะลูมินาทรงกลมเป็นผงที่ได้รับความนิยมสูงสุดในการใช้งานระดับไฮเอนด์ เนื่องจากมีคุณสมบัติการนำความร้อนสูง ปัจจัยการเติมสูง การไหลที่ดี และต้นทุนต่ำ จึงทำให้ผงชนิดนี้เหมาะสมอย่างยิ่ง กระบวนการผลิตที่ครบถ้วนสมบูรณ์และมีคุณสมบัติเฉพาะมากมาย

นอกจากนี้ผงทรงกลมยังสามารถปรับปรุงผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก รูปร่างที่สม่ำเสมอ ความหนาแน่นสูง และการไหลที่ดีคือปัจจัยสำคัญ ผง Al2O3 ทรงกลมมีคุณสมบัติในการนำความร้อน นอกจากนี้ยังใช้ในเซรามิกและตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยาอีกด้วย ผง Al2O3 ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในสาขาเหล่านี้

แบเรียมไททาเนต

แบเรียมไททาเนต (BaTiO3) เป็นโครงสร้างเพอรอฟสไกต์ประเภท ABO3 เซรามิกแบเรียมไททาเนตมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 20 จึงใช้เป็นวัสดุฉนวนไฟฟ้าสำหรับตัวเก็บประจุ เป็นผงเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ยังเป็นวัสดุเมทริกซ์สำหรับการผลิตส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ จึงเรียกกันว่า “เสาหลักของอุตสาหกรรมเซรามิกอิเล็กทรอนิกส์”

นาโนคอมโพสิตเซอร์โคเนียมออกไซด์

นาโนคอมโพสิตเซอร์โคเนียเป็นเซอร์โคเนียประเภทหนึ่ง สารทำให้เสถียรสามารถทำให้เซอร์โคเนียคงสภาพเฟสเตตระโกนัลหรือคิวบิกไว้ที่อุณหภูมิห้อง สารทำให้เสถียรส่วนใหญ่ได้แก่ ออกไซด์ของแรร์เอิร์ธและออกไซด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ โดยออกไซด์ของแรร์เอิร์ธได้แก่ Y2O3 และ CeO2 ส่วนออกไซด์ของอัลคาไลน์เอิร์ธได้แก่ CaO และ MgO

เมื่อวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีก้าวหน้าขึ้น เครื่องมือและอุปกรณ์พิเศษชนิดใหม่ก็ปรากฏขึ้น ซึ่งต้องตอบสนองความต้องการวัสดุและฟังก์ชันส่วนประกอบที่สูงขึ้น ความต้องการวัสดุเซอร์โคเนียแบบนาโนคอมโพสิตกำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ผลิตภัณฑ์ของเซอร์โคเนียเหล่านี้มีความแข็งแรง ทนทานต่อความร้อน ทนทานต่อการสึกหรอ ทนต่อการกัดกร่อน และมีคุณสมบัติพิเศษทางแสง เซอร์โคเนียที่เสถียรด้วยอิตเทรียเป็นเซอร์โคเนียแบบนาโนคอมโพสิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดและเป็นตัวแทนมากที่สุด

มีคุณสมบัติเป็นสื่อนำไอออนออกซิเจนสูงและมีคุณสมบัติทางกลที่ดี ทนต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อน มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนสูงและเป็นสื่อนำความร้อนต่ำ มีเสถียรภาพและทนต่อการเกิดออกซิเดชัน

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวัสดุโครงสร้างและฟังก์ชัน ได้แก่ เซ็นเซอร์ออกซิเจน ปั๊ม เซลล์เชื้อเพลิงแข็ง เซรามิกเฟอร์โรอิเล็กทริก และสารเคลือบเครื่องยนต์เครื่องบิน

ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง

วัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ เซรามิกและผลึกเดี่ยว ในฐานะของวัสดุเซรามิก ความบริสุทธิ์ของซิลิกอนคาร์ไบด์ไม่ได้มีความสำคัญมากนักในการใช้งานทั่วไป แต่ในกรณีพิเศษ ซิลิกอนคาร์ไบด์จะต้องมีความบริสุทธิ์สูง ตัวอย่างเช่น ซิลิกอนคาร์ไบด์ถูกใช้เป็นส่วนประกอบความแม่นยำในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ เช่น เครื่องจักรกลลิโธกราฟี ทั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการส่งผลกระทบต่อความบริสุทธิ์ของเวเฟอร์ซิลิกอน

อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติของ SiC ทำให้การปลูกผลึกเดี่ยวทำได้ยาก สาเหตุหลักคือภายใต้ความดันปกติ จะไม่มีเฟสของเหลวที่มีอัตราส่วน Si:C 1:1 วิธีการที่ครบถ้วนสมบูรณ์ของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กระแสหลักไม่สามารถปลูกผลึกนี้ได้ วิธีการเหล่านี้รวมถึงวิธีการดึงเบ้าหลอมโดยตรงและแบบหล่น เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานอย่างหนักเพื่อหาวิธีในการผลิตผลึก SiC ขนาดใหญ่ คุณภาพสูง และราคาถูก วิธีการที่นิยมมากขึ้น ได้แก่ PVT วิธีเฟสของเหลว และการสะสมทางเคมีเฟสไอที่อุณหภูมิสูง