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一文认识氧化铍陶瓷

一文认识氧化铍陶瓷 CERADIR先进陶瓷在线
2020-02-21
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导读:氧化铍陶瓷是一种性能优异的结构陶瓷材料,具有高热导率、高熔点、高强度、高绝缘性、高的化学和热稳定性、低介电常数、低介质损耗以及良好的工艺适应性等特点,在特种冶金、真空电子技术、核技术、微电子与光电子技

氧化铍陶瓷

      氧化铍陶瓷是一种性能优异的结构陶瓷材料,具有高热导率、高熔点、高强度、高绝缘性、高的化学和热稳定性、低介电常数、低介质损耗以及良好的工艺适应性等特点,在特种冶金、真空电子技术、核技术、微电子与光电子技术领域得到广泛应用。

图:氧化铍陶瓷部件© 厦门英诺华新材料有限公司 | www.innovacera.com





一、氧化铍陶瓷的生产现状

氧化铍陶瓷在国内的研制始于上世纪三十年代,但直到五十年代末至七十年代末才是其快速发展的时间段。

美国是世界上主要生产和消费氧化铍陶瓷的国家之一,也是世界上氧化铍陶瓷产品产量最大、技术产品性能最好、生产技术最高的国家。布鲁布·威尔曼(Brush Welman)公司是美国乃至世界最大的氧化铍粉料及陶瓷产品制造公司之一。此外,哈萨克斯坦的乌尔宾斯基工厂(Ulbinsky Metal Factory)也是BeO生产、科研专业大厂。

国内最早研制和生产氧化铍陶瓷的专业厂家是宜宾红星电子有限公司(原国营799厂),它也是全国唯一军用氧化铍陶瓷的定点生产商,其实力最为雄厚,同时具备分析、检测、科研、生产的全套能力。上海飞星特种陶瓷厂也是一家专业生产氧化铍陶瓷二十多年的公司,它在对氧化铍陶瓷精细加工方面具有独特的专业技术,可满足航空航天、雷达导弹、行波管、发射管以及其他高科技领域等使用产品。









二、氧化铍陶瓷的应用

应用发展时间线

①20世纪30年代:BeO开始被用作陶瓷材料,最初用于冶金用坩埚和早前的荧光灯制造。

②20世纪40年代:BeO陶瓷被大量用于某些反应堆做慢化剂和反射体。

③20世纪70年代,BeO陶瓷在电子器件和电子工业中得到了较为广泛的应用。

④20世纪80年代,BeO陶瓷最重要的用途就是应用于汽车的电子点火系统;除此之外,还用于高速传递信号的IC基片、陀螺仪上的激光管、汽车零部件及制动装置等。

⑤20世纪90年代,随着科技、通信技术等领域的快速发展,BeO陶瓷在通讯和微电子工业等领域中的应用不断扩大。

⑥进入21世纪,BeO陶瓷因其具有的高热导率和优良的电性能在日益进步发展的电子封装材料和技术领域应用不断扩大。

1.大功率电子器件/集成电路领域
     氧化铍陶瓷所具有的高热导率和低介电常数是促使该材料在电子技术领域能够得到广泛应用的关键原因。
(1)在电子基片的应用上,相比我们认知度较高的氧化铝基片,厚度相同的情况下氧化铍基片可以使用的频率要高出20%,可以在高达44GHz的频率下工作,常应用于通信、直播卫星、移动电话、个人通信、基站、卫星接收和发送、航空电子设备以及全球定位系统(GPS)。
(2)与氧化铝陶瓷相比,氧化铍陶瓷高的导热率可以使大功率器件中产生的热量及时有效的传导出去,能够承受更大的连续波输出功率,从而保证器件的稳定性和可靠性。因此还广泛应用在宽带大功率的电子真空器件中,如行波管的输能窗、支持杆和降压收集极。
2.核技术材料领域
     核能的开发利用是当今能源紧缺问题解决的重要途径,合理有效的利用核能技术可以为社会生产提供巨大能量来供电供热等。部分陶瓷材料也是核反应堆中的重要材料之一,例如核燃料的中子反射剂、减速剂(慢化剂)通常就采用的是采用BeO、B4C或石墨材料。氧化铍可作为原子反应堆的中子减速剂和防辐射材料。此外, BeO陶瓷高温辐照稳定性比金属铍好,密度比金属铍大,高温时有相当高的强度和热导,而且,氧化铍比金属铍价格便宜。这就使它更适于用作反应堆中的反射体、减速剂和弥散相燃料基体。氧化铍陶瓷可用做核反应堆中的控制棒,它和U2O(氧化铀)陶瓷还可以联合使用而成为核燃料。【1】
3.耐火材料领域
    氧化铍陶瓷作为耐火材料可用于加热元件的耐火支持棒,从而保护屏蔽、炉衬、热偶管以及阴极、热子加热基板和涂层等。
4.其它领域
除以上举例的几大类应用,氧化铍陶瓷的应用还有许多方面。
①BeO可以作为一种组分加入各种成分的玻璃中。含氧化铍的玻璃能透过X射线,用这种玻璃制作的X射线管可用于机构分析,在医学上用来治疗皮肤病。氧化铍影响玻璃性质,如增大玻璃的比重、抗水性和硬度,提高膨胀系数、折射率和化学稳定性。它不但可以作具有高弥散系数的特种玻璃组分,而且可以作透过紫外线的玻璃组分。
②高纯的BeO陶瓷传热性能好,可以制作被用来制作火箭头部锥等。
③BeO可与Be、Ta、Mo、Zr、Ti、Nb等金属制成具有特定线(膨)胀系数和特殊热性能的金属陶瓷制品,例如福特和通用汽车公司在汽车点火装置中使用了喷涂金属的BeO衬片。
……








三、有关氧化铍陶瓷生产的注意事项
     尽管高纯的氧化铍陶瓷非常安全,但是不能被忽视的是氧化铍粉尘对人体是具有毒性的。这好比塑料使用时并不会产生毒素,但制成塑料的材料一般是有毒的道理大致相同,被加工成固体形态的氧化铍陶瓷并不会对人体健康造成特别的危害。包括我国在内的许多国家都将氧化铍粉末列入一类危险品,若想尽可能避免污染与威胁,就需要生产者对氧化铍陶瓷粉末具有毒性进行充分的认知,切勿大意;国家监管机构健全氧化铍粉尘操作及防护的规章制度、加强对氧化铍生产企业及人员安全防护的投入、建立实际有效的氧化铍作业指导书。并对所有氧化铍陶瓷相关产品进行有效明确的标识等一系列措施行动,这些都可以成为氧化铍陶瓷生产厂家安全生产的保护“屏障”。【2】





参考文献

[1]氧化铍陶瓷的应用综述——《轻金属》

[2]氧化铍陶瓷材料及制品标准化研究——《真空电子技术》

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