黑色氧化鋁陶瓷及其著色劑

常見的氧化鋁陶瓷是白色，但有些用途需要避免氧化鋁基板反射光線，黑色氧化鋁的產(chǎn)品因此生成。黑色氧化鋁陶瓷，簡稱黒瓷。其材料可為93氧化鋁瓷和96氧化鋁瓷，外觀黑色。具有絕緣性好、膨脹系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、機(jī)械強(qiáng)度高、避光性好、耐磨性、低介電損耗等優(yōu)良特性。產(chǎn)品用途可分為黑色氧化鋁陶瓷電路基板、黑色陶瓷封裝基座、陶瓷金屬化、直發(fā)器陶瓷發(fā)熱片、水龍頭陶瓷發(fā)熱棒等。

由于半導(dǎo)體集成電路常具有明顯的光敏性，用于數(shù)碼管襯板的氧化鋁也要求呈黑色，以保證數(shù)碼顯示清晰，并且作封裝管殼的特種陶瓷材料應(yīng)需具有遮光性。在陶瓷封裝材料中，AlN陶瓷燒成溫度太高且不易通過配方和工藝的調(diào)整使之降低，故難以制得黑色氮化鋁陶瓷。BeO陶瓷燒成溫度高且有毒，限制了它的使用。純的氧化鋁陶瓷本身的燒成溫度也是很高的，在助溶劑摻雜及特殊工藝條件下，氧化鋁陶瓷的燒成溫度大大降低，因而氧化鋁為主要原料可以得到黑色氧化鋁陶瓷。

氧化鋁主要以α-氧化鋁相存在，黑色顏料的組成是氧化鐵、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈷，氧化猛、氧化銅等的一種或幾種混合，燒結(jié)助劑可以是能形成液相燒結(jié)的玻璃，也可以是能激化氧化鋁燒結(jié)的固態(tài)氧化物。有研究表明，黑色顏料不但有調(diào)顏色的作用，還有能降低氧化鋁燒結(jié)溫度的作用，它們和氧化鋁能形成某種微量的尖晶石第二相。

通常著色陶瓷的顏色與著色陶瓷的特征吸收頻段相應(yīng)顏色的補(bǔ)色（即反射頻譜所顯示的顏色）相當(dāng)。如果陶瓷的反射頻譜的反射強(qiáng)度或反射率很低，說明陶瓷材料對可見光各頻段的電磁波有非常強(qiáng)烈的吸收，陶瓷就會(huì)呈現(xiàn)深色或黑色。因此黑色氧化鋁陶瓷是含有可見光范圍內(nèi)對各色光波均勻地、大幅度的吸收各種著色離子的氧化鋁陶瓷。

調(diào)整氧化鋁陶瓷配方中著色氧化物的比例，在一定條件下制得陶瓷樣品，能吸收全部可見光而呈現(xiàn)黑色。著色氧化物離子的呈色不僅與它本身的價(jià)態(tài)有關(guān)，還與它所處的配位環(huán)境有關(guān)。著色氧化物在黑色氧化鋁陶瓷中可能以三種方式存在：一是固溶于α-Al2O3的晶格中，二是溶解于晶界玻璃相中，三是各種著色氧化物相互作用形成尖晶石相。其中尖晶石結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，著色氧化物離子存在于尖晶石結(jié)構(gòu)中時(shí)，其價(jià)態(tài)和配位環(huán)境最穩(wěn)定，呈現(xiàn)的穩(wěn)定性也最好。在氧化鋁陶瓷的燒成過程中，晶界游離的著色氧化物很容易相互作用形成尖晶石結(jié)構(gòu)。氧化鋁陶瓷的主要組成Al2O3是一種高溫下?lián)]發(fā)較弱的氧化物，而常用的著色氧化物在高溫下的揮發(fā)性都較強(qiáng)。著色氧化物形成尖晶石后，其高溫?fù)]發(fā)性一般會(huì)降低。因此，工藝條件能夠保證在較低的溫度（色素氧化物的揮發(fā)還不明顯的溫度）下，使色素氧化物結(jié)合成尖晶石，成為抑制色素?fù)]發(fā)的應(yīng)予重視的措施。

黑色氧化鋁陶瓷的制備：目前國內(nèi)外制備黑色氧化鋁陶瓷一般采用一次合成法與二次合成法。

一次合成法是將氧化鋁、著色氧化物、助溶劑直接按一定的配比和工藝來制備黑色氧化鋁；而二次合成法是先利用一些金屬氧化物合成黑色色料，再將黑色色料、助溶劑、氧化鋁按一定的配比和工藝來制備黑色氧化鋁，此法工藝步驟相對復(fù)雜，能耗較高。到目前為止國內(nèi)學(xué)者在黑色色料的研制和應(yīng)用上做了大量的研究工作，發(fā)現(xiàn)了Fe-Cr-Co系和Fe-Cr-Co-Mn系，這些系統(tǒng)的色料通常以尖晶石（Me2+O·Me3+O3）的形態(tài)存在。

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