Qual è la differenza tra ceramica 95 e ceramica 99 nella ceramica di allumina?

---

Ceramica all'ossido di alluminio (ceramica Al ₂ O3), in quanto materiale ceramico ad alte prestazioni, sono ampiamente utilizzati nei settori dell'elettronica, dei macchinari, dell'ingegneria chimica e dell'ingegneria ad alta temperatura. Tra questi, la porcellana 95 e la porcellana 99 sono due tipi tipici di ceramica di allumina e i numeri nei loro nomi rappresentano il contenuto percentuale di massa di allumina (Al ₂ O3). Sebbene entrambe siano composte principalmente da allumina, la differenza di purezza comporta differenze significative in termini di prestazioni, processi e applicazioni.

Composizione e microstruttura
Contenuto di allumina
95 porcellana: Il contenuto di Al ₂ O3 è di circa 95%, mentre il restante 5% è costituito principalmente da impurità quali biossido di silicio (SiO ₂), ossido di calcio (CaO), ossido di magnesio (MgO), ecc.
99 porcellana: Contenuto di Al ₂ O ∝ ≥ 99%, con un contenuto di impurità estremamente basso (solitamente1%).
99 porcellana: In condizioni di elevata purezza, lo sviluppo dei grani è più completo durante la sinterizzazione, formando una densa struttura policristallina α - Al ₂ O Ⅲ e la porosità può essere pari o inferiore a 0,1%. La struttura densa gli conferisce eccellenti proprietà meccaniche e stabilità termica.

Confronto delle prestazioni
Indicatori di prestazione: 95 porcellana, 99 porcellana
Resistenza alla flessione 250~350 MPa 400~600 MPa
Durezza (durezza Mohs) 9 9,5
Buona resistenza all'usura, eccellente per condizioni di lavoro generiche, adatta per ambienti ad alta usura
Conduttività termica 15~25 W/(m - K) 30~40 W/(m - K)
Isolamento elettrico con una resistività di volume superiore a 10 Ω- cm e una resistività di volume superiore a 10 Ω- cm
Resistenza alla corrosione: Resistente agli acidi/alcali, ma facilmente corroso da acidi forti con reazione quasi nulla, resistente ad acidi/alcali forti
Temperatura massima di funzionamento 1400~1500 ℃ 1600~1700 ℃
Da traslucido a opaco, altamente trasparente (soprattutto i pezzi sottili)

Analisi delle differenze chiave:
Proprietà meccaniche: La porcellana 99 ha una struttura densa, una forza e una durezza notevolmente migliorate e una maggiore resistenza allo scorrimento, che la rendono adatta a lavorazioni di alta precisione.
Prestazioni termiche: L'elevata purezza riduce l'ostruzione delle impurità sulla conducibilità termica, la ceramica 99 ha una maggiore conducibilità termica, adatta ai dispositivi di dissipazione del calore; il basso coefficiente di espansione termica (circa 7 × 10 -⁶/℃) la rende più resistente agli shock termici.
Prestazioni elettriche: La ceramica 99 ha un maggiore isolamento elettrico ed è adatta a scenari di isolamento ad alta tensione, come i dispositivi elettronici sotto vuoto.

Differenze nei processi di produzione
lavorazione del materiale
95 porcellana: utilizza polvere di allumina di grado industriale, con costi inferiori ma maggiori impurità.
99 porcellana: Richiede polvere di ossido di alluminio di elevata purezza (come il metodo di precipitazione chimica o il metodo sol gel) e il costo delle materie prime è relativamente alto.
Formatura e sinterizzazione
95 porcellana: Si forma spesso per pressatura a secco, con una temperatura di sinterizzazione di circa 1500-1600 ℃. Per favorire la densificazione è necessario aggiungere coadiuvanti di sinterizzazione come SiO ₂ e MgO.
99 porcellana: Deve essere formata mediante pressatura isostatica o sinterizzazione a caldo e la temperatura di sinterizzazione può superare i 1700 ℃. Si basa sull'attività della polvere ultrafine di elevata purezza per ottenere la densificazione e ridurre l'uso di additivi per evitare l'inquinamento.
Elaborazione successiva
95 porcellana: può essere lavorata con la molatura convenzionale, ma è soggetta a porosità.
99 porcellana: richiede una lavorazione di precisione con utensili diamantati, con conseguente maggiore fragilità del materiale e maggiori difficoltà di lavorazione.

Area di applicazione
Campo 95 Applicazioni tipiche della ceramica 99 Applicazioni tipiche della ceramica
Substrati ordinari dell'industria elettronica, isolanti ad alta frequenza per materiali di imballaggio, supporti per wafer di semiconduttori
Tenute meccaniche per pompe ordinarie, anelli di tenuta meccanica per reattori ad alta pressione e tenute per apparecchiature sottovuoto
Componenti resistenti all'usura come rivestimenti per mulini a sabbia, cuscinetti ad alta velocità per gli ugelli e lame in ceramica per gli utensili da taglio
Ottica e illuminazione Riflettore di base tubo laser, lampada al sodio ad alta pressione tubo ceramico trasparente
Tubo di protezione della termocoppia materiale refrattario della fornace industriale di ingegneria ad alta temperatura, crogiolo ad alta temperatura
Articolazioni artificiali biomediche (parzialmente) Biosensori di alta precisione, protesi dentarie

Costi ed economia
95 porcellana: Grazie alla semplicità del processo, all'economicità delle materie prime e al basso costo, è adatto ad applicazioni su larga scala o a scenari con bassi requisiti di prestazione.
99 porcellana: L'elevata purezza delle materie prime, i processi complessi e i bassi tassi di rendimento ne determinano il prezzo elevato, e il suo utilizzo è prevalentemente in settori di fascia alta come l'aerospaziale e la produzione di semiconduttori.

Con il progresso della scienza dei materiali, la tecnologia di preparazione della porcellana 99 (come la sinterizzazione di nano polveri, la sinterizzazione al plasma di scintille) sta gradualmente maturando e si prevede una riduzione dei costi. Nel frattempo, ottimizzando la formula (come l'aggiunta di nitruro di silicio e carburo di silicio), la porcellana 95 può migliorare le sue prestazioni e ampliare il suo campo di applicazione. I due prodotti coesisteranno a lungo in mercati diversi e segmentati, soddisfacendo esigenze a più livelli.

La differenza fondamentale tra la porcellana 95 e la porcellana 99 risiede nella purezza e nella microstruttura dell'allumina, che determinano direttamente le differenze di prestazioni. Al momento della scelta, è necessario soppesare i costi, le condizioni operative e i requisiti di affidabilità:
Privilegiare la porcellana 95: sensibile ai costi, con requisiti di prestazione medi (come parti generali resistenti all'usura, substrati elettronici).
La priorità è data alla porcellana 99: ambienti estremi (alta temperatura, forte corrosione), lavorazione di alta precisione o requisiti di alta affidabilità (come semiconduttori, dispositivi laser).

Conoscendo a fondo le caratteristiche di entrambi, è possibile abbinare con maggiore precisione i materiali e i requisiti ingegneristici, ottenendo il miglior rapporto costo-efficacia.