氧化铝陶瓷概述
氧化铝陶瓷含量
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主要成分的陶瓷材料，其含量通常在92%以上。
这种材料具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性等优点，因此在工业上被广泛应用。
首先，我们来了解一下氧化铝陶瓷的基本成分。
氧化铝陶瓷是由氧化铝粉末制成的，其中还可能含有一些其他杂质，如二氧化硅、氧化钙等。
这些杂质的存在可能会影响陶瓷的性能，因此需要严格控制其含量。
其次，我们来了解一下氧化铝陶瓷的制备过程。
制备氧化铝陶瓷通常需要经过以下几个步骤：配料、混合、成型、烧结。
在配料阶段，需要根据要求配制一定比例的氧化铝粉末和水；在混合阶段，需要将粉末和水混合均匀，以确保陶瓷的均匀性；在成型阶段，需要将混合好的材料制成所需的形状；在烧结阶段，需要将成型好的陶瓷在高温下烧结，以去除多余的杂质和水分，并使陶瓷晶体结构发生变化，形成坚硬的晶体结构。
那么，如何检测氧化铝陶瓷的含量呢？通常采用化学分析法来进行检测。
这种方法需要将样品溶解在酸中，通过化学反应和滴定等方法来测定其中的氧化铝含量。
通过这种方法，我们可以准确地了解氧化铝陶瓷的成分和含量，以确保其符合标准要求。
总之，氧化铝陶瓷的含量是其基本属性之一，直接影响着其性能和应用范围。
通过严格的制备过程和化学分析方法，我们可以确保氧化铝陶瓷的含量符合标准要求，从而保证其性能和使用效果。
因此，在选择和使用氧化铝陶瓷时，我们应该关注其含量和品质，以确保其符合使用要求和安全标准。
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。
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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》课件
REPORTING
目 录
氧化铝陶瓷简介氧化铝陶瓷的制备方法氧化铝陶瓷的性能氧化铝陶瓷的应用案例氧化铝陶瓷的未来发展与挑战
PART
01
氧化铝陶瓷简介
REPORTING
定义
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝（Al2O3）为主要成分的陶瓷材料。
特性
具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高绝缘性等优点，同时具有较好的热稳定性和化学稳定性。
导航系统
电子封装
氧化铝陶瓷因其高导热性、绝缘性和化学稳定性等特点，被用于制造电子封装材料，保护和支撑集成电路和其他电子元件。
高压电容器
氧化铝陶瓷具有高介电常数和低损耗等特点，被用于制造高压电容器，用于电力系统和电子设备中。
传感器和执行器
氧化铝陶瓷因其敏感性和稳定性等特点，被用于制造传感器和执行器等电子器件，如气敏传感器、压力传感器等。
表面处理技术
表面处理技术是提高氧化铝陶瓷性能的重要手段之一。目前，氧化铝陶瓷的表面处理技术还存在一些问题，如涂层附着力差、耐磨性差等。因此，需要加强表面处理技术的研究和开发，提高氧化铝陶瓷的表面性能。
增材制造技术
增材制造技术是一种新型的制造技术，具有个性化、高效、低成本等优点。氧化铝陶瓷在未来发展中可以与增材制造技术相结合，实现快速、精确、低成本的制造，拓展其应用领域。
机械工业
用于制造各种轴承、密封件、泵件等机械零件，具有高耐磨、耐腐蚀的特性。
电子工业
用于制造电子元件、集成电路封装、电子器件等，具有高绝缘、耐高温的特性。
航空航天
用于制造飞机发动机部件、航天器结构件等，具有高强度、轻质、耐高温的特性。
化学工业
用于制造各种耐腐蚀、耐磨损的管道、阀门、反应器等化工设备。
特种陶瓷
专业无机非金属材料学号43080207姓名邱海龙氧化铝陶瓷1、氧化铝陶瓷概述氧化铝陶瓷是以Al2O3为主要原料，以刚玉(α-Al2O3)为主要矿物质组成的，是一种相当重要的陶瓷材料。
1.1陶瓷的类型和性能Al2O3陶瓷通常以配料或基体中Al2O3的含量来分类。
习惯上把Al2O3含量在99％左右的陶瓷称为“99瓷”，把含量在95％和90％左右的依次称为“95瓷”和“90瓷”。
含量在85％以上的陶瓷通常称为高铝瓷，含量99％以上的称为刚玉瓷或纯刚玉瓷。
Al2O3陶瓷，特别是高铝瓷的机械强度极高，导热性能良好，绝缘强度、电阻率高，介质损耗低，介电常数一般在8~10之间，电性能随温度和频率的变化比较稳定，特别是纯度(Al2O3含量)达99.5％的刚玉瓷，直到频率高达1010Hz以上时，tgδ(介质损耗)≤1*10-4。
图1.1、图1.2和图1.3为高铝瓷的介电性能随温度和频率的变化情况，图1．4为高铝瓷的热导率随温度的变化。
为了进行对比同时显示出BeO陶瓷性能随温度和频率的变化情况。
图1.1 高铝瓷及BeO瓷的介电常数随频率的变化图1.2 高铝瓷及BeO瓷的tgδ随频率的变化图1.3 高铝瓷及BeO瓷在106和1010Hz下的tgδ随频率的变化(1)95 Al2O3 (f=106)；(2) 90.5 Al2O3 (f=106) ；(3) 95 Al2O3 (f=1010) ；(4) 99 BeO(f=1010) ；(5) 99.5 Al2O3(f=1010)图1.4 高铝瓷及BeO瓷的热导率随频率的变化从图1．4可以看出，与导热性能最好的BeO陶瓷相比，高铝瓷的热导率要低得多，但是，高铝瓷的热导率还是比较高，以95瓷而论，其室温下热导率21W ／(m·K)就比滑石瓷的热导率2.1W／(m·K)高一个数量级。
高铝瓷的烧结温度较高，为了降低烧结温度，降低成本，国内外都研制并生产了Al2O3含量在75％~85％之间的陶瓷。
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。
氧化铝陶瓷的主要成分
氧化铝陶瓷的主要成分1.引言氧化铝陶瓷是一种具有广泛应用的高级工程陶瓷材料，用于各种工业、冶金、电子、化学等领域。
氧化铝陶瓷是一种纯度高、强度高、硬度高、耐腐蚀性好的陶瓷，可以替代不锈钢、钛合金、钨合金等耐磨材料，具有良好的绝缘性、热稳定性和机械性能。
2.氧化铝陶瓷的主要成分氧化铝陶瓷的主要成分是氧化铝（Al2O3），它是一种白色晶体粉末，无毒、无味、无色，具有良好的化学稳定性和热稳定性。
氧化铝是一种高温稳定的材料，在高温下也可以保持其强度和硬度，这使得它在高温环境中具有重要的应用价值。
氧化铝通常是通过原料氧化铝粉末在高温下烧结而成的。
烧结过程中原料粉末会经历多次升温和冷却阶段，最终形成氧化铝陶瓷坯体，其密度可以达到98%以上。
此外，为了改善氧化铝陶瓷的性能和加工工艺，常常在材料中添加其他元素和化合物。
例如，在氧化铝中添加稳定剂和强化剂可以提高其强度和硬度；添加其他氧化物和氧化物组合可以调整其导电性和抗腐蚀性。
3.氧化铝陶瓷的性能氧化铝陶瓷材料具有以下主要性能：1）高强度：氧化铝陶瓷具有较高的强度和硬度，可以轻松地处理搅拌、混合、干燥等粉末处理过程中产生的摩擦和冲击。
2）良好的抗腐蚀性：氧化铝陶瓷在高温和酸碱环境中具有优异的稳定性和抗腐蚀能力。
3）高温稳定性：氧化铝陶瓷具有较高的熔点和高温稳定性，在高温环境中保持其强度和硬度。
4）优良的绝缘性能：氧化铝陶瓷材料的绝缘性能优良，具有优秀的介电常数和耐电击性。
5）高化学惰性：氧化铝陶瓷材料的化学惰性高，可以经受多种有害化学物质的侵蚀，是一种非常稳定的高级工程陶瓷。
4.应用领域氧化铝陶瓷在多个领域应用广泛，主要应用领域包括以下几个方面：1）机械制造领域：氧化铝陶瓷常常用于制造机械零件和设备零部件，如轴承、轮轴、紫外线灯等，可以大大提高设备的使用寿命和稳定性。
2）电子领域：由于氧化铝陶瓷具有优异的绝缘性和高频特性，因此在电子器件中广泛应用，如陶瓷电容器、微波电路、电子绝缘板等。
氧化铝陶瓷简述
• 2、原料杂质的影响 • 工业Al2O3中常含有NaO2杂质，会提高介
电损耗。
• 工业Al2O3中还含有SiO2杂质，会与NaO2 形成钠长石，消除NaO2杂质的影响
4、高纯Al2O3粉体制备方法
• A：铵明矾热分解法
• 纯度99.9%以上，烧成品半透明，常制备高压 钠灯灯管。
• B、碳酸铝铵热分解法
• C： 有机铝盐热分解法（sol－gel法）
• 烷基铝和铝醇盐加水分解而制得氢氧化铝， 在进行热分解
• D：水热法、共沉淀法
二、 成型
• 干压法成型、注浆成型、挤压成型、冷等静 压成型、热等静压成型、热压成型、注射成 型、流延成型等等。
• 颗粒紧密接触，可缩短质点在高温下迁移距 离，加速扩散，从而有利于缩短烧成时间， 保证烧结体内无大气孔等缺陷。
• （4）原料的颗粒度及晶格缺陷 • 电熔Al2O3需要更高烧结温度
四、Al2O3陶瓷的加工
• 加工：陶瓷制品经过一种或数种车削、施釉和金 属化的操作。
• 1、研磨（美国willbank和日本Toto公司） • SiC和C料研磨和抛光，尺寸精确，但花费代价大。 • 2、施釉 • 将试样浸入到合适的釉浆中或直接进行喷涂而获
• MgO、SiO2、CaO、高岭土等 • MgO，生成薄层镁铝尖晶石，抑制晶粒长大。0.5－
1%,如原料粒径为1—2μm，陶瓷晶粒尺寸不会大于 15μm
• B、使用易于烧结的粉体
• 通过调整粉料制备工艺，使粉末微细化， 活性高。
• （3）、热压烧结 • 烧结过程中升温同时进行加压，促进物质
的塑性流动。
• 金属粉末
4、烧结过程中的物质传递
• （1）、蒸发和凝聚
• 颗粒曲率半径很小时， 蒸气压发生变化，凸面 上蒸气压增高而凹面上 蒸气压降低。因此，凸 面上物料蒸发后，通过 气相传递，在凹面上 （颈部）凝聚。
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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。
Al2O3含量在85％以上的陶瓷通常称 高铝瓷，含量在99％以上的也称为刚玉 瓷或纯刚玉瓷。
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(4)Al2O3 陶 瓷 的 熔 剂 类 加 入 物 MgO ， CaO ， BaO ， Si02 ， 除 CaO 的 高 温 挥 发 性 较弱，其他几个氧化物的挥发性都较强。 但挥发性较强的氧化物结合成复合氧化 物（3Al2O3 ·2Si02）时，挥发速度和挥 发性有不同程度的降低。
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(5) 熔 剂 类 加 入 物 的 如 CaF2 ， B2O3 等 高 温 挥 发 性 很 强 ， 既 使 在 75 瓷 瓷料中引入少量CaF2，烧成后的瓷 体也易出现针孔。 (6) 在 Al2O3 黑 瓷 生 产 中 用 作 着 色 剂 的 FeO ， MnO ， CoO ， NiO ， Cr2O3 等较低温度下就有明显挥发。 黑 色 Al2O3 瓷 生 产 中 必 须 考 虑 如 何 减 少着色剂的挥发。
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2、CaO 引入少量CaO，形成六铝酸钙
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2.2 组成与性能间的关系
瓷料组成与性能间的关系是我们设计 或拟订瓷料配方的基本依据。氧化铝 含量与陶瓷性能间有着密切的关系。 而且其他添加剂对Al2O3瓷料性能也都 会有不同程度的影响。
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Al2O3瓷的烧结温度较高，瓷料(主 要是瓷料中的一些加入物)的高温挥发 性能也常常对陶瓷材料的生产和性能 显示一定的影响。
第二节 氧化铝瓷
氧化铝瓷是一种以Al2O3为主 要原料、以刚玉(—Al2O3)为主 要矿物组成的陶瓷材料。
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氧化铝瓷在电子技术领域中广泛用 作真空电容器陶瓷、微波管输能窗的 陶瓷组件、各种陶瓷基板及半导体集 成电路陶瓷封装管壳等。它是电真空 陶瓷的主要瓷种，也是生产陶瓷基板 及多层布线封装管壳的一种基本陶瓷 材料。
使瓷体具有细晶结构的加入物MgO， 有较高的高温挥发性。
当 MgO 结 合 成 尖 晶 石 时 MgO· Al2O3 ，挥发速度有所降低 。但 挥发速度仍较明显。
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(3)在99瓷、97瓷以及某些95瓷的生 产 中 有 时 与 MgO 同 时 引 入 的 La203 ， Y203 等稀土氧化物的高温挥发性较弱。
（2）加入粘土生成钠长石。
（3）煅烧。对高铝瓷采用此方式， 可使－Al2O3－Al2O3，在煅烧时加 入 一 定 量 的 硼 酸 与 Na2O 反 应 生 成 硼 酸 钠，是易挥发物质，在煅烧中挥发除 去。
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表4-6列出了Al2O3在Na、Si杂质共存 时，杂质含量对烧结瓷体介质损耗的影 响。
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氧化铝陶瓷中，Al2O3含量越高， 性能越好。
但Al2O3含量越高，工艺要求越 高，如烧结温度过高(99瓷烧结温 度1800℃)，能耗大，对窑炉的要 求也很高。
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高铝瓷的烧结温度较高，为了 降低烧结温度，降低成本，国内外 也都研制并生产了Al2O3含量在75— 85％之间的Al2O3陶瓷。习惯上把这 种Al2O3陶瓷称为“75瓷”，广泛用 作金属膜电阻和线绕可变电阻基体， 厚膜集成电路基片，集成电路扁平 封装管壳等。
目前我国大量生产的Al2O3陶瓷 是95瓷。75瓷的生产也比较普遍。 此外还生产97瓷，99瓷，主要用作 薄膜硅片或混合集成电路薄膜基片。
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常用的氧化铝陶瓷为白色，但也有 一些特殊要求，如一些器件为避免光 照，应做成黑色，吸收可见光，可加 入一些金属氧化物作为着色剂，生产 黑色Al2O3陶瓷。
有些氧化铝陶瓷由于加入一些着色 氧化物，也会呈现一定的颜色。这些 颜色却不是预期的。
❖ 从表4—6可以看出，虽然原料中Na20 杂质能显著影响Al203烧结瓷体的介质损 耗， Na20含量的提高一般都要伴随着 tg值的显著增大(1*～3*Al203数据更为 明显)。
❖ 但是，工业氧化铝中经常存在少量杂
质Si02，原料中Si02含量的提高能显著 削弱或消除Na20杂质对瓷体介质损耗提 高的有害影响，3*～5*，Al203数据更为 明显。
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Al2O3陶瓷的基本性能: 介电常数一般在8～10，介质损
耗小，导热系数，绝缘强度较高， 特别是高铝瓷具有极高的机械强度， 其导热性能良好，绝缘强度高，电 阻率高，介质损耗低，电性能随温 度和频率的变化比较稳定。
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Al2O3陶瓷的性能指标会因原料， 配方和生产工艺的条件不同，在一 定范围内变化。