氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷综述（原版）
氧化铝陶瓷综述（原版）目录摘要 .......................................................................................................................... ...... 1 正文： ...................................................................................................................... .......... 1 1氧化铝的同质多晶变体及其性能简介 . (1)1.1α-32OAl (1)1.2β-32OAl (1)1.3γ-32OAl ................................................................................................................. 1 2氧化铝陶瓷的分类及功能简介 . (2)2.1分类 (2)2.1.1氧化铝陶瓷按其中氧化铝含量不同分为高纯型和普通型两种。
.......... 2 2.1.2氧化铝陶瓷根据主晶相不同可分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷及莫来石瓷。
....................................................................................................................... .......... 2 2.2功能........................................................................................................................2 3氧化铝陶瓷的原料及其加工 .. (3)3.1原料及其制备 ........................................................................................................ 3 3.232O Al 的预烧 . (4)3.332O Al 粉体的制备 .................................................................................................. 4 4氧化铝陶瓷的成型工艺 . (5)4.1成型辅助剂............................................................................................................ 5 4.2成型方法 . (5)4.2.1模压成型...................................................................................................... 5 4.2.2等静压成型.. (5)4.2.3注浆成型......................................................................................................5 4.2.4凝胶注模成型.............................................................................................. 5 4.2.5热压铸成型.. (6)5烧结 (6)5.1烧结方法 (6)5.1.1常压烧结法.................................................................................................. 6 5.1.2热压烧结和热等静压烧结.. (6)5.1.3液相烧结法 (6)5.1.4其它烧结方法 (7)5.2影响氧化铝陶瓷烧结的因素 (7)5.2.1成型方法的影响 (7)5.2.2烧结制度的影响 (7)5.2.3烧结气氛的影响 (7)5.2.4辅助剂的影响 (7)5.2.5烧结方法的影响 (8)6氧化铝陶瓷的后加工处理 (8)7氧化铝陶瓷的应用和发展现状 (8)7.1机械方面 (8)7.2电子、电力方面 (8)7.3化工方面 (8)7.4医学方面 (9)7.5建筑卫生陶瓷方面 (9)7.6其它方面 (9)参考文献 (9)氧化铝陶瓷综述摘要本文简述了氧化铝陶瓷的功能及在各行业的应用，详细论述了氧化铝陶瓷的加工、成型及制备和制备过程中各工序对制品可能产生的影响以及通常会出现的问题与相应的解决方法。
氧化铝陶瓷强度
氧化铝陶瓷是一种高性能陶瓷材料，具有优异的力学性能。
以下是关于氧化铝陶瓷强度的参考内容：1.强度定义：强度是指材料在承受外部力作用下抵抗破坏的能力。
强度通常用抗拉强度、抗压强度和抗弯强度来衡量。
2.抗拉强度：氧化铝陶瓷的抗拉强度通常在200到400 MPa之间。
抗拉强度是指材料在拉力作用下抗拒断裂或破坏的能力。
氧化铝陶瓷具有较高的抗拉强度，可以在高温和恶劣的环境下保持其结构完整性。
3.抗压强度：氧化铝陶瓷的抗压强度通常在1000到4000 MPa之间。
抗压强度是指材料在受到压力作用下抵抗破坏的能力。
氧化铝陶瓷具有较高的抗压强度，可以承受较大的压力而不会变形或破裂。
4.抗弯强度：氧化铝陶瓷的抗弯强度通常在300到500 MPa之间。
抗弯强度是指材料在受到弯曲力作用下抵抗破坏的能力。
氧化铝陶瓷具有较高的抗弯强度，可以承受一定程度的弯曲而不会断裂。
5.影响强度的因素：氧化铝陶瓷的强度受到多种因素的影响，包括材料的制备工艺、晶粒尺寸和结构、晶界特性以及杂质含量等。
合理的制备工艺和优化的材料结构可以提高氧化铝陶瓷的强度。
6.强度测试方法：常用的测试方法包括拉伸测试、压缩测试和弯曲测试等。
这些测试方法可以通过施加不同的外力来测量氧化铝陶瓷的强度属性。
7.补强方法：为了提高氧化铝陶瓷的强度，可以采用不同的补强方法，如增加材料的致密性、改善晶界结合和控制晶粒尺寸。
此外，添加适量的碳化硅等复合材料也可以增强氧化铝陶瓷的强度。
总之，氧化铝陶瓷具有较高的抗拉强度、抗压强度和抗弯强度，可以在高温和恶劣环境下保持其结构完整性。
合理的制备工艺和优化的材料结构可以提高氧化铝陶瓷的强度，并可以采用不同的补强方法来增强其强度。
这些特点使得氧化铝陶瓷在航空、化工、医疗和电子等领域中得到广泛应用。
氧化铝陶瓷片的用途
氧化铝陶瓷片的用途
嘿，朋友们！今天咱来聊聊氧化铝陶瓷片这玩意儿，可别小瞧了它，用处那叫一个多啊！
氧化铝陶瓷片啊，就像是个默默无闻的小英雄。
你想想看，在那些高温、高压的环境里，它可一点儿都不退缩。
比如说在一些工业设备里，它就像个坚强的卫士，守护着设备的正常运转。
这要是没有它，那些设备说不定早就“罢工”啦！
它也经常出现在电子领域呢。
就好比手机、电脑这些我们每天都离不开的电子产品里，说不定就有氧化铝陶瓷片在默默奉献。
它能让这些电子产品更稳定、更可靠，就像给它们穿上了一层坚固的铠甲。
你说，这是不是很厉害？
再说说在医疗领域，氧化铝陶瓷片也有它的一席之地。
它可以用来制作一些医疗器械，帮助医生更好地治疗病人。
这就好像是医生的得力助手，能让治疗过程更加顺利。
而且啊，氧化铝陶瓷片的耐磨性能那也是杠杠的！就像是一双永远不会磨损的鞋子，不管走多少路都没问题。
在一些需要耐磨的场合，它就能大显身手啦。
还有啊，它的绝缘性能也特别好。
这就像是一道无形的屏障，把电流什么的都隔绝在外。
你说神奇不神奇？
咱平常生活里用到的很多东西，可能都离不开氧化铝陶瓷片呢。
它就
像一个无处不在的小精灵，虽然我们可能不太注意到它，但它却在默默地发挥着重要的作用。
你看，氧化铝陶瓷片这么小的一个东西，居然有这么多的用途，难道不值得我们为它点个赞吗？它在各种领域都能发光发热，为我们的生活带来便利和保障。
难道你不觉得它很了不起吗？所以啊，可别小看了这些小小的氧化铝陶瓷片，它们可是有着大大的能量呢！。
氧化铝陶瓷
溶剂干燥法
喷雾热分解法是将铝盐Al (NO3) 3 、碳酸铝铵 (NH4AlO(OH) HCO3) 等溶液用喷雾器喷入到 高温的气氛中,溶剂的蒸发和Al (NO3) 3 的热 分解同时迅速进行,从而直接制得40～150nm 的α- Al2O3 或γ- Al2O3 粉末。该法制备能力大, 操作较为简单,但Al (NO3) 3 热分解时产生大 量的氮氧化物,环境污染给工业化生产带来一 定困难。
络合物一凝胶法
近年来也有较多采用络合物一凝胶法,即用铝的无机盐和有机络合剂制备 出金属络合物溶胶,再陈化得凝胶,碾碎、煅烧得稳定氧化铝细粉。利用这 种方法分别得到14nm 和10nm 的球形氧化铝粒子,并且无明显团聚现象。 在Al (NO3) 3 溶液中加入丙烯酰胺单体、N ,N′- 亚甲基丙烯酰胺网络剂, 在80 ℃聚合获得凝胶,经过干燥、煅烧得10nm的α- Al2O3 粉体。该方法 是在室温附近的湿化学反应,其优点是能用分子水平设计来控制材料的均 匀性及粒度,得到高纯超细材料,缺点是原料价格高,有机溶剂有毒性,以及 在高于1200 ℃处理粒子会快速凝聚。通过调节工艺条件, 可制备出粒径 小、分布窄的纳米级Al2O3 ,并会因条件不同得到不同产物AlO(OH)非晶 体及晶体粉末或透明的溶胶。在制备工艺中,加入羟丙基纤维素等具有不 同亲水疏水能力的分散剂能有效地破坏羟桥网络结合,可使凝胶粒子表面 改性,达到乳化溶液和分散胶粒的目的,从而避免凝胶粒子团聚。
氧化铝的应用
随着科学技术的发展及制造技术的提高,氧化 铝陶瓷在现代工业和现代科学技术领域中得 到越来越广泛的应用。
1) 机械方面。有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、 衬片,氧化铝陶瓷钉,陶瓷密封件(氧化铝陶瓷 球阀) ,黑色氧化铝陶瓷切削刀具,红色氧化铝 陶瓷柱塞等。
氧化铝陶瓷概述
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一、瓷料高温下的挥发 ❖ Al2O3瓷烧成温度较高，99瓷烧成
温度1800℃，95瓷也都在1650℃～ 1700℃，因此配料组分挥发性的高 低直接关系到陶瓷材料的生产和利 用。
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(1)主成分Al2O3高温下挥发性较弱。 (2) 在 99 瓷 中 用 作 抑 制 晶 粒 生 长 ，
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❖ 在电场作用下，Na离子在“尖晶石 基块’’之间的(空旷地带)沿电场方向 自由移动，表现了－Al2O3极显著的离 子电导特性。正因为如此，－Al2O3呈 现出明显的电导损耗和离子松弛损耗。 这样，Al2O3瓷中－Al2O3的存在就导致 了介质损耗角正切值tg的显著提高。
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❖改善措施：
（1）加入粘土（主要成分SiO2）， 生成玻璃相让Na2O进入玻璃相。
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通常是用碱式法生产
的，其中含有少量Na2O杂质。 Na2O 杂 质 的 存 在 ， 与 Al2O3 形 成
－Al2O3化合物，使瓷体的电性能明 显恶化，电阻率降低，tg↑，Na2O 对装置瓷非常有害。
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❖ Na2O加入以后，生成－Al2O3， － Al2O3是一种多铝酸盐，其结构为 Na2O·11Al2O3，是由少数Al—O—Al键把 “尖晶石基块”连接起来的层状结构， －Al2O3中的Na离子就处于“尖晶石基 块”之间由少数 A1—O—A1键支撑起 来的空旷的空间内。
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氧化铝陶瓷基片
电子陶瓷
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2.1 Al2O3瓷的类型和性能 根据Al2O3含量来确定瓷的牌号。
Al2O3含量在99％左右——“99瓷”， 含量在95％和90％左右的依次称为 “95瓷”和“90瓷”等等。
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。
其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。
通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。
Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。
工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。
电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。
Al2O3有许多同质异晶体。
根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。
Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。
郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。
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γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。
它的密度小。
且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。
由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。
β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。
它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。
α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。
氧化铝陶瓷 氧化锆陶瓷 氮化硅陶瓷
氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硅陶瓷是现代工业中应用较为广泛的特种陶瓷材料，它们具有优异的性能，被广泛用于高温、高压、耐磨、绝缘、耐腐蚀等领域。
下面将对这三种陶瓷材料进行介绍和比较。
一、氧化铝陶瓷1.1 氧化铝陶瓷概述氧化铝陶瓷是由氧化铝粉末制成，在高温下烧结而成的一种陶瓷材料。
它具有高硬度、耐磨、高温稳定性、化学稳定性等优点，被广泛用于制造工具、轴承、夹具、瓷砖等领域。
1.2 氧化铝陶瓷的特性氧化铝陶瓷具有以下特性：（1）高硬度：氧化铝陶瓷的硬度接近于金刚石，具有优异的耐磨性。
（2）高温稳定性：氧化铝陶瓷在高温下仍能保持稳定的物理和化学特性。
（3）化学稳定性：氧化铝陶瓷具有良好的耐腐蚀性，不易受化学腐蚀。
（4）绝缘性能：氧化铝陶瓷具有良好的绝缘性能，被广泛用于电子元件等领域。
1.3 氧化铝陶瓷的应用氧化铝陶瓷被广泛用于制造高速切削工具、陶瓷轴承、导热陶瓷、电子元件等领域。
因其优异的性能，在航空航天、制造业、电子领域有着重要的应用价值。
二、氧化锆陶瓷2.1 氧化锆陶瓷概述氧化锆陶瓷是以氧化锆粉末为主要原料，经过成型、烧结等工艺制成的一种高性能陶瓷材料。
它具有高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等特点，被广泛用于医疗器械、航空航天及其他领域。
2.2 氧化锆陶瓷的特性氧化锆陶瓷具有以下特性：（1）高强度：氧化锆陶瓷的抗弯强度和抗压强度较高。
（2）高韧性：氧化锆陶瓷在高强度的同时具有较高的韧性，不易发生断裂。
（3）耐磨性：氧化锆陶瓷表面光滑，耐磨性能优秀。
（4）耐腐蚀性：氧化锆陶瓷具有良好的耐腐蚀性，不易受化学物质的侵蚀。
2.3 氧化锆陶瓷的应用氧化锆陶瓷被广泛用于医疗器械、航空航天、化工设备等领域。
其在人工关节、瓷牙、高温热电偶等方面有着重要的应用。
三、氮化硅陶瓷3.1 氮化硅陶瓷概述氮化硅陶瓷是以氮化硅粉末为主要原料，经过成型、烧结等工艺制成的一种高性能陶瓷材料。
它具有高硬度、高强度、高热导率等特点，被广泛用于机械制造、光学工业等领域。
氧化铝陶瓷材料
氧化铝陶瓷材料
氧化铝陶瓷是一种重要的陶瓷材料，具有优异的物理化学性能，被广泛应用于
电子、化工、机械等领域。
氧化铝陶瓷材料具有高温稳定性、耐磨性、绝缘性和化学稳定性等特点，因此备受工程师和设计师的青睐。
首先，氧化铝陶瓷材料具有优异的高温稳定性。
它能够在高温环境下保持稳定
的物理和化学性能，不易发生变形和热膨胀，因此被广泛应用于高温工艺和设备中。
例如，氧化铝陶瓷常被用于制作高温炉窑的隔热材料、炉具零部件等。
其次，氧化铝陶瓷材料具有良好的耐磨性。
它的硬度高，耐磨损性能好，因此
在机械设备的磨损部件中得到广泛应用。
比如，氧化铝陶瓷常被用于制作轴承、密封件、切削工具等，能够有效延长设备的使用寿命。
此外，氧化铝陶瓷材料还具有优异的绝缘性能。
它能够有效阻挡电流的传导，
因此在电子领域得到广泛应用。
例如，氧化铝陶瓷常被用于制作电子元器件的绝缘基板、封装壳体等，能够保证电子设备的安全运行。
最后，氧化铝陶瓷材料具有良好的化学稳定性。
它能够抵抗酸碱腐蚀，不易受
化学物质的侵蚀，因此在化工领域得到广泛应用。
比如，氧化铝陶瓷常被用于制作化工设备的耐腐蚀衬里、反应容器等，能够保证设备的长期稳定运行。
总的来说，氧化铝陶瓷材料具有高温稳定性、耐磨性、绝缘性和化学稳定性等
优异性能，被广泛应用于电子、化工、机械等领域。
它的应用范围广泛，能够满足不同领域的工程需求，因此在工程设计中具有重要的地位和价值。
希望本文能够为大家对氧化铝陶瓷材料有更深入的了解提供帮助。
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前言
作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中 含量非常丰富, 在岩石中平均含量为15 .34 %, 是自然界中仅次于SiO2 存量的氧化物
据研究报道，Al2O3 有12 种同质多晶变体 应用较多的主要有3 种， 即α- Al2O3、β-
按原料分类
一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2 大类 一类是工业氧化铝 另一类是电熔刚玉。
按原料分类
工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土 矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物, 如一水硬铝 石、一水软铝石等氧化铝的水化物组成)和高岭 土为原料, 通过化学法(主要是碱法, 多采用拜尔 法—碱石灰法)处理, 除去硅、铁、钛等杂质制 备出氢氧化铝, 再经煅烧而制得, 其矿物成分绝 大部分是γ-Al2O3 。工业氧化铝是白色松散的 结晶粉末, 颗粒是由许多粒径<0 .1 μm 的γAl2O3 晶体组成的多孔球形聚集体, 其孔隙率 约为30 %, 平均粒径为40--70 μm。
Al2O3 和γ-Al2O3，这3 种晶体的结构不同， 故它们的性质具有很大的差异
常用氧化铝晶型
α-Al2O3（刚玉） 是氧化铝各种型态中最稳定的晶型, 也是自然
界中惟一存在的氧化铝的晶型。 是三方晶系， 单位晶包是一个尖的菱面体，密
度为3.96--4.01g/cm3 ，其结构最紧密、化学 活性低、高温稳定性好、电学性能优良并且机 械性能也最佳，在一定条件下可以由其它的两 种晶体转换而来。
应用中的主要产品
主要有以下系列产品: ①耐磨耐腐蚀氧化铝球、衬; ②氧化铝耐磨陶瓷罐; ③化工行业用氧化铝填料球; ④耐磨氧化铝衬板、衬片; ⑤耐磨耐腐蚀氧化铝球阀; ⑥油田用氧化铝缸套; ⑦油田用氧化铝陶瓷旋流器; ⑧各种氧化铝陶瓷材料制品常低,通常 只有3MPa. m1 /2,脆性限制其优良性能的发挥 和更广泛的应用,因此增韧研究成了氧化铝结构 陶瓷材料研究的核心课题。
应用
1)机械方面。有耐磨氧化铝陶瓷衬砖、衬板、 衬片, 氧化铝陶瓷钉, 陶瓷密封件(氧化铝陶瓷球 阀), 黑色氧化铝陶瓷切削刀具, 红色氧化铝陶瓷 柱塞等。
2)电子、电力方面。有各种氧化铝陶瓷底板、 基片、陶瓷膜、高压钠灯透明氧化铝陶瓷以及 各种氧化铝陶瓷电绝缘瓷件, 电子材料, 磁性材 料等。
氧化铝（Al2O3） 陶瓷
指导教师： 报告人：
报告时间：
目录
前言 氧化铝常见晶型 分类及简要制备流程 特点 应用及主要产品 氧化铝陶瓷的增韧 一篇关于ZrO2增韧的英文文献 应用发展趋势 结束语 引用
前言
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主体 的陶瓷材料
较好的传导性、机械强度、耐高温性、绝缘电 阻大、 硬度高、 耐磨、耐腐蚀等一系列优良 性能
目前改善氧化铝陶瓷的断裂韧性有以下几种途 径:
按氧化铝制备过程的主要产品简单介绍如下:
特点
1. 硬度大 洛氏硬度为HRA80-90，硬度仅次于金刚石，远远
超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性能。 2. 耐磨性能极好
耐磨性相当于锰钢的266倍，高铬铸铁的171.5倍。 根据我们十几年来的客户跟踪调查，在同等工况下， 可至少延长设备使用寿命十倍以上。 3. 重量轻
按原料分类
电熔刚玉是以工业氧化铝或富含铝的原料在电 弧炉中熔融, 缓慢冷却使晶体析晶出来, 其 Al2O3 含量可达99 %以上,Na2O 含量可减少 至0 .1 %--0 .3 %。电熔刚玉的矿物组成主要是 α-Al2O3 , 纯正的电熔刚玉呈白色, 称为白刚玉; 熔制时加入氧化铬, 可制成红色的铬刚玉;加入 氧化锆时可制成锆刚玉;电熔刚玉中含有TiO2 则称钛刚玉。
常用氧化铝晶型
β-Al2O3 实际上不是氧化铝的变体, 而是一种含碱金属
(或碱土金属)的铝酸盐(其通式为 R2O ·11Al2O3 , 或RO·6Al2O3)。β -Al2O3 是一种不稳定的化合物, 加热时, 会分解生成 Na2O(或RO)和α-Al2O3 ,Na2O 则挥发逸出 一种Al2O3 含量很高的多铝酸盐矿物，密度为 3.30--3.63g/cm3， 它的化学组成中含有一定 量的碱土金属氧化物和碱金属氧化物， 并且还 可以呈现离子型导电。
密度为3.5g/cm3，仅为钢铁的一半，可大大减轻 设备负荷。
耐磨陶瓷主要技术指标
项目
指标
氧化铝陶瓷含量 ≥92%
密度
≥3.6 g/cm3
洛氏硬度
≥80 HRA
抗压强度
≥850 Mpa
断裂韧性
≥4.8MPa·m1/2
抗弯强度
≥290MPa
导热系数
20W/m.K
热膨胀系数
7.2×10-6m/m.K
应用
6)其他方面。各种复合、改性的氧化铝陶瓷如 碳纤维增强氧化铝陶瓷, 氧化锆增强氧化铝陶 瓷等各种增韧氧化铝陶瓷越来越多地应用于高 科技领域;氧化铝陶瓷磨料、高级抛光膏在机械、 珠宝加工行业起到越来越重要的作用;此外氧化 铝陶瓷研磨介质在涂料、油漆、化妆品、食品、 制药等行业的原材料粉磨和加工方面应用也越 来越广泛。
常用氧化铝晶型
γ-Al2O3 是氧化铝的低温形态, 由制备工业氧化铝的中
间产物——氢氧化铝经煅烧而得。 是尖晶石型立方结构， 密度为3.42--
3.47g/cm3。它的氧原子呈立方紧密堆积，铝 原子填充在间隙中，这就决定了它在高温下不 稳定、力学和电学性能差的缺陷， 在科学应用 中很少单独制成材料使用。但它有较高的比表 面积和较强的化学活性，经过技术改进可以作 为吸附材料使用。
应用
3)化工方面。有氧化铝陶瓷化工填料球, 氧化铝 陶瓷微滤膜, 氧化铝陶瓷耐腐蚀涂层等。
4)医学方面。有氧化铝陶瓷人工骨, 羟基磷灰石 涂层多晶氧化铝陶瓷人工牙齿、人工关节等。
5)建筑卫生陶瓷方面。球磨机用氧化铝陶瓷衬 砖、微晶耐磨氧化铝球石的应用已十分普及, 氧化铝陶瓷辊棒、氧化铝陶瓷保护管及各种氧 化铝质、氧化铝结合其他材质耐火材料的应用 随处可见。