前言：半导体产业是关乎国家经济，政治和国防安全的战略产业。在半导体产业中，先进陶瓷的研发与生产水平直接影响我国半导体产业的发展。因此，无论从经济安全角度还是产业成本考虑，要突破我国半导体产业面临“卡脖子”的窘境，必须重视先进陶瓷的发展。2023年6月14日，由中国粉体网主办的“第二届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会”在江苏苏州隆重开幕，会议期间，我们邀请到众多专家学者做客“对话”栏目，围绕先进陶瓷在半导体行业的应用研究进行访谈交流。
中国粉体网讯 α-Al2O3由于其特殊的结构，具有耐高温、硬度大等特点，同时也具有较高的化学稳定性，可用于陶瓷、基板玻璃、催化载体、电池隔膜涂层等材料。
目前，α-Al2O3的应用已经涉及生活、生产及科学研究的方方面面，其研究逐渐开始追求更小的粒度、更均匀的粒径分布、更优的活性和更特异性的功能化性能。因此，α-Al2O3的合成及工业化研究转向功能化领域，以获得性能更佳的材料。近年来，国家对环境保护提出了更高要求，绿色工艺也成为了Al2O3行业，尤其是α-Al2O3行业所追求的目标。低温煅烧技术、助剂协同、颗粒细化、纯度提高是α-Al2O3行业目前的主旋律。
此次，中国粉体网邀请到了新乡学院的陈玮教授做客“对话”访谈栏目，带我们深入了解α-Al2O3的制备工艺及应用进展。
陈玮，工学博士，教授级高工，主要从事高技术陶瓷、粉体工程、耐火材料、特种氧化铝等领域的研究。
粉体网：陈教授，α-Al2O3的形貌有几种？在制备时如何控制它们的形貌？
陈教授：α-Al2O3的理论结晶形态是片状，但是我们在制备的过程中可以通过控制它的晶体生长条件来控制它的形状，比如说让它生长成类球形或者球形，或者是蠕虫状。
对于这几种形状的α-Al2O3，我们主要从它的结晶过程来控制（它的形貌），比如调节它的结晶温度、添加生长调节剂，或者是采用特殊的工艺来合成特殊形貌的α-Al2O3。
比如球形α-Al2O3，可以通过快速的超高温煅烧，让它生成半熔融状态，然后形成球形α-Al2O3；对于类球形α-Al2O3，一般是通过控制它的煅烧温度条件以及添加剂的综合使用来控制它的类球形。
粉体网：陈教授，在α-Al2O3的制备过程中需要重点控制的杂质元素有哪些？应用不同，是否需要控制的杂质元素也不同？
陈教授：杂质元素的控制，要看α-Al2O3的使用场景。比如说用作普通陶瓷时，一般需要控制的杂质元素就是Al2O3里面的Na2O、SiO2、Fe2O3等等；当用作一些高纯度应用场景时，比如说单晶，那么晶体里面几乎所有的杂质都要控制，而且杂质含量需要控制的非常低，控制到ppm级，而用作一般陶瓷应用时，基本上控制到百分之零点零几就可以了。
粉体网：陈教授，目前工业上可以规模化制备高纯氧化铝的工艺有哪些？
陈教授：目前国内高纯氧化铝有很多种生产方式，比如说硫酸铝铵法、碳酸铝铵法、醇盐水解法，还有高纯铝水解法等等。不同方法制备的氧化铝的纯度不一样，应用场景不一样，成本也不一样，各有各的用途。纯度比较高的，现在国内基本上可以达到4N、5N的水平或者是更高。
粉体网：陈教授，有的文献里，把4N的氧化铝界定为高纯氧化铝，有的文献里，3N的氧化铝就界定为高纯氧化铝，是否不同行业对于高纯氧化铝的纯度界定也不同？
陈教授：你这个问题问的非常好！比如说在耐火材料行业里，他们认为3N或者2N5就已经非常高了，他们就把这个纯度的氧化铝定义成高纯氧化铝。因为耐火材料用的一般是铝矾土，铝矾土的氧化铝含量可以从80%多到90%或者95%这么一个水平，那么当氧化铝含量达到2N5的时候或者到了3N的时候，他们就认为达到了高纯的地步。
但是对于有些行业比如说半导体行业，3N的氧化铝的性能有点欠缺，基本上要求达到4N，比如像衬底，或者是单晶生长，特别是像蓝宝石，它就要达到4N才能生长出比较合格的品质、比较好的蓝宝石。
粉体网：陈教授，您觉得氧化铝在应用方面，比较有潜力、需要挖掘的方向在哪里？
陈教授：氧化铝的应用范围非常宽、非常广，在我们生活中的应用场景也非常多。要说是具体到哪个方向上面，我可以简单的说几个方向。
比如说电池方面，以前的话氧化铝主要应用在隔膜上，现在电池正极材料里面也开始添加氧化铝来提高锂离子电池的性能；再一个比如说可以大功率充放电用的β-Al2O3也开始了应用；对于下一代的固体电解质，Li-β-Al2O3作为一个比较好的发展方向，也开始有人在做一些研究。
对于半导体行业而言，由于氧化铝是绝缘体，氧化铝纯度越高或者说它的某些性能比较好，我们主要是开发能够把器件做的更好的这种氧化铝。比如说我们要把粒径做的更小一些，我们就可以获得高烧结活性的氧化铝陶瓷用的这种氧化铝等等。
粉体网：陈教授，您在氧化铝的应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产业化应用项目?
陈教授：我这两年一直致力于降低氧化铝的一次粒径，来降低陶瓷的烧结温度。在这方面进行了很多的研究，做成了一些高分散的、超细的氧化铝。比如说我们把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这些尺寸的产品，我们已经基本上都能够大批量的进行生产了，目前正在发掘它们的应用场景，让它们的性能发挥的更好一些。此外，0.2微米尺寸的α-Al2O3也正在研究之中。
能够产业化应用的项目比较多，一方面α-Al2O3本身，比如说超细的α-Al2O3，0.4微米的、0.3微米的α-Al2O3；第二个的话，就是一些辅助材料，比如说超细Al2O3粉体分散剂，做氧化铝造粒粉的时候所用到的分散剂，还有一些解胶剂，消泡剂等辅助材料。
对于氧化铝粉体，实际上它在应用的时候需要各方面的技术，进行一个综合的配合，然后才能把它的性能应用的更好。
粉体网：好的，陈教授，我们今天的采访就到这结束，感谢您接受采访。
（中国粉体网编辑整理/长安）
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