前言：半導體產業是關乎國家經濟，政治和國防安全的戰略產業。在半導體產業中，先進陶瓷的研發與生產水平直接影響我國半導體產業的發展。因此，無論從經濟安全角度還是產業成本考慮，要突破我國半導體產業面臨“卡脖子”的窘境，必須重視先進陶瓷的發展。2023年6月14日，由中國粉體網主辦的“第二屆半導體行業用陶瓷材料技術研討會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學者做客“對話”欄目，圍繞先進陶瓷在半導體行業的應用研究進行訪談交流。
中國粉體網訊 α-Al2O3由于其特殊的結構，具有耐高溫、硬度大等特點，同時也具有較高的化學穩定性，可用于陶瓷、基板玻璃、催化載體、電池隔膜涂層等材料。
目前，α-Al2O3的應用已經涉及生活、生產及科學研究的方方面面，其研究逐漸開始追求更小的粒度、更均勻的粒徑分布、更優的活性和更特異性的功能化性能。因此，α-Al2O3的合成及工業化研究轉向功能化領域，以獲得性能更佳的材料。近年來，國家對環境保護提出了更高要求，綠色工藝也成為了Al2O3行業，尤其是α-Al2O3行業所追求的目標。低溫煅燒技術、助劑協同、顆粒細化、純度提高是α-Al2O3行業目前的主旋律。
此次，中國粉體網邀請到了新鄉學院的陳瑋教授做客“對話”訪談欄目，帶我們深入了解α-Al2O3的制備工藝及應用進展。
陳瑋，工學博士，教授級高工，主要從事高技術陶瓷、粉體工程、耐火材料、特種氧化鋁等領域的研究。
粉體網：陳教授，α-Al2O3的形貌有幾種？在制備時如何控制它們的形貌？
陳教授：α-Al2O3的理論結晶形態是片狀，但是我們在制備的過程中可以通過控制它的晶體生長條件來控制它的形狀，比如說讓它生長成類球形或者球形，或者是蠕蟲狀。
對于這幾種形狀的α-Al2O3，我們主要從它的結晶過程來控制（它的形貌），比如調節它的結晶溫度、添加生長調節劑，或者是采用特殊的工藝來合成特殊形貌的α-Al2O3。
比如球形α-Al2O3，可以通過快速的超高溫煅燒，讓它生成半熔融狀態，然后形成球形α-Al2O3；對于類球形α-Al2O3，一般是通過控制它的煅燒溫度條件以及添加劑的綜合使用來控制它的類球形。
粉體網：陳教授，在α-Al2O3的制備過程中需要重點控制的雜質元素有哪些？應用不同，是否需要控制的雜質元素也不同？
陳教授：雜質元素的控制，要看α-Al2O3的使用場景。比如說用作普通陶瓷時，一般需要控制的雜質元素就是Al2O3里面的Na2O、SiO2、Fe2O3等等；當用作一些高純度應用場景時，比如說單晶，那么晶體里面幾乎所有的雜質都要控制，而且雜質含量需要控制的非常低，控制到ppm級，而用作一般陶瓷應用時，基本上控制到百分之零點零幾就可以了。
粉體網：陳教授，目前工業上可以規模化制備高純氧化鋁的工藝有哪些？
陳教授：目前國內高純氧化鋁有很多種生產方式，比如說硫酸鋁銨法、碳酸鋁銨法、醇鹽水解法，還有高純鋁水解法等等。不同方法制備的氧化鋁的純度不一樣，應用場景不一樣，成本也不一樣，各有各的用途。純度比較高的，現在國內基本上可以達到4N、5N的水平或者是更高。
粉體網：陳教授，有的文獻里，把4N的氧化鋁界定為高純氧化鋁，有的文獻里，3N的氧化鋁就界定為高純氧化鋁，是否不同行業對于高純氧化鋁的純度界定也不同？
陳教授：你這個問題問的非常好！比如說在耐火材料行業里，他們認為3N或者2N5就已經非常高了，他們就把這個純度的氧化鋁定義成高純氧化鋁。因為耐火材料用的一般是鋁礬土，鋁礬土的氧化鋁含量可以從80%多到90%或者95%這么一個水平，那么當氧化鋁含量達到2N5的時候或者到了3N的時候，他們就認為達到了高純的地步。
但是對于有些行業比如說半導體行業，3N的氧化鋁的性能有點欠缺，基本上要求達到4N，比如像襯底，或者是單晶生長，特別是像藍寶石，它就要達到4N才能生長出比較合格的品質、比較好的藍寶石。
粉體網：陳教授，您覺得氧化鋁在應用方面，比較有潛力、需要挖掘的方向在哪里？
陳教授：氧化鋁的應用范圍非常寬、非常廣，在我們生活中的應用場景也非常多。要說是具體到哪個方向上面，我可以簡單的說幾個方向。
比如說電池方面，以前的話氧化鋁主要應用在隔膜上，現在電池正極材料里面也開始添加氧化鋁來提高鋰離子電池的性能；再一個比如說可以大功率充放電用的β-Al2O3也開始了應用；對于下一代的固體電解質，Li-β-Al2O3作為一個比較好的發展方向，也開始有人在做一些研究。
對于半導體行業而言，由于氧化鋁是絕緣體，氧化鋁純度越高或者說它的某些性能比較好，我們主要是開發能夠把器件做的更好的這種氧化鋁。比如說我們要把粒徑做的更小一些，我們就可以獲得高燒結活性的氧化鋁陶瓷用的這種氧化鋁等等。
粉體網：陳教授，您在氧化鋁的應用研究方面目前的研究方向是什么？有何最新科研成果或者產業化應用項目?
陳教授：我這兩年一直致力于降低氧化鋁的一次粒徑，來降低陶瓷的燒結溫度。在這方面進行了很多的研究，做成了一些高分散的、超細的氧化鋁。比如說我們把α-Al2O3做到0.4微米甚至0.2微米的尺寸，像0.6-0.8、0.4-0.5、0.3-0.4這些尺寸的產品，我們已經基本上都能夠大批量的進行生產了，目前正在發掘它們的應用場景，讓它們的性能發揮的更好一些。此外，0.2微米尺寸的α-Al2O3也正在研究之中。
能夠產業化應用的項目比較多，一方面α-Al2O3本身，比如說超細的α-Al2O3，0.4微米的、0.3微米的α-Al2O3；第二個的話，就是一些輔助材料，比如說超細Al2O3粉體分散劑，做氧化鋁造粒粉的時候所用到的分散劑，還有一些解膠劑，消泡劑等輔助材料。
對于氧化鋁粉體，實際上它在應用的時候需要各方面的技術，進行一個綜合的配合，然后才能把它的性能應用的更好。
粉體網：好的，陳教授，我們今天的采訪就到這結束，感謝您接受采訪。
（中國粉體網編輯整理/長安）
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