特陶之家tetaohome知識點名稱：氧化鈹陶瓷
關鍵詞：氧化鈹, BeO, beryllia ceramic，beryllium oxide
相關概念和介紹：
氧化鈹是一種無機化合物，化學式BeO。劇毒，有兩性，既可以和酸反應，又可以強堿反應。氧化鈹為白色粉末，有很高的熔點。氧化鈹是一種結晶狀的氧化物，它可以直接從燃燒鈹化合物或鈹獲得。它跟氧化鋁一樣都是很好的抗火材料，經過燒結的氧化鈹非常的堅硬，有陶瓷的特性。氧化鈹非常穩定，但如果跟氟化氫銨或硫酸一起加熱就輕易被分解。氧化鈹陶瓷是以氧化鈹（BeO）為主要成分的先進陶瓷。主要用作大規模集成電路基板、大功率氣體激光管、晶體管的散熱殼、微波輸出窗和中子減速器的材料。氧化鈹的熔點為2530-2570℃，理論密度為3.02g/cm3。可在1800℃真空、2000℃惰性氣氛、1800℃氧化氣氛下長期使用。氧化鈹陶瓷最突出的性能是其導熱系數大，與金屬鋁相近，是氧化鋁的6-10倍。它是一種具有獨特的電、熱和機械性能的介電材料。
美國是世界上BeO陶瓷產量最大、生產技術最高、產品性能最好的國家，BeO陶瓷的研究方向主要分為常規BeO陶瓷的研究、高強度BeO陶瓷的研究、高導熱氧化鈹陶瓷的研究等幾個方面。美國研制的BeO陶瓷性能水平很高，其常規BeO陶瓷就能夠保證平均晶粒尺寸≤15μｍ，抗折強度≥225ＭPa，相對介電常數6.67，批次一致性非常好。對于美國的高強度BeO陶瓷，其抗折強度達到了260ＭPa以上，高導熱BeO陶瓷方面，其導熱能力也達到了325Ｗ／ｍ·Ｋ。布魯布·威爾曼（Brush Welman）公司是美國乃至世界最大的氧化鈹粉料及陶瓷產品制造公司之一。此外，哈薩克斯坦的烏爾賓斯基工廠（Ulbinsky Metal Factory）也是BeO生產、科研專業大廠。氧化鈹陶瓷在國內的研制始于上世紀三十年代，但直到五十年代末至七十年代末才是其快速發展的時間段。國內最早研制和生產氧化鈹陶瓷的專業廠家是宜賓紅星電子有限公司（原國營799廠），它也是全國唯一軍用氧化鈹陶瓷的定點生產商。上海飛星特種陶瓷廠也是一家專業生產氧化鈹陶瓷二十多年的公司，它在對氧化鈹陶瓷精細加工方面具有獨特的專業技術，可滿足航空航天、雷達導彈、行波管、發射管以及其他高科技領域等使用產品。
主要優點：
熱導率高
在導體中，熱導率是自由電子起決定性作用，導體的熱導率一般數值很大，但絕緣性能差。而一般陶瓷的熱導率主要是靠原子、離子或分子的熱振動，導熱能力差，但絕緣性好，只有像氧化鈹陶瓷這樣的材料是靠聲子來導熱，既能有高的熱導性，又能有高的絕緣性。BeO陶瓷的熱導率在目前所有實用的陶瓷材料中為最高的，是致密Al2O3的6~7倍及MgO的3倍，當氧化鈹陶瓷純度達99%以上，其室溫下的熱導率可達310W/(m·K)。此外，BeO 的耐熱沖擊性也比Al2O3高11倍左右。通常情況下，BeO陶瓷的熱導率主要取決于材料的純度和致密度，純度和致密度越高，其導熱性能越好。在如此理想的熱導率助力下，氧化鈹有利于提高器件使用壽命和質量，尤其是在大功率半導體器件、集成電路、微波電真空器件及核反應堆中，BeO一直是制備高導熱元部件的主流陶瓷材料。
低介質損耗
介電常數ε是衡量電介質儲存電荷的能力，通常稱為電容率，是陶瓷的特征參數。介質損耗角正切值tanδ是陶瓷在電磁場中的功率損耗的一部分，是關鍵的特種參數。對于氧化鈹陶瓷而言，通常是：隨著介質損耗角正切值tanδ增大，ε變化不大。但有的情況是：隨著頻率的提高，ε值會稍稍變大；或者是隨著頻率提高，ε會稍稍變小。
氧化鈹還具有高熔度、強度、高絕緣以及良好的封裝工藝適應性等特點，而且身為氧化物陶瓷，BeO在含氧和濕氣的環境中非常穩定，因此它在特種冶金、真空電子技術、核技術、微電子與光電子技術領域有著廣泛的應用。
氧化鈹的核性能優異，它的中子散射截面、減速比都比金屬鈹和石墨高，能有效地反射和減速中子。高溫輻照穩定性比金屬鈹好，密度比金屬鈹大，高溫時有相當高的強度和熱導，而且，氧化鈹比金屬鈹價格便宜。這就使它更適于用作反應堆中的反射體、減速劑和彌散相燃料基體。氧化鈹不僅用于試驗研究用的反應堆，而且還用于潛艇、船、收音機實驗及空間系統的反應堆中。
主要缺點：
鈹及其化合物是一種高毒性的金屬，通常以金屬蒸汽、粉塵或煙霧的形式通過呼吸道進入人體，長時間接觸鈹及其化合物經一定的潛伏期后可出現以肺間質纖維化為主的病變。氧化鈹在含有水氣的高溫介質中，揮發性會提高，1000℃開始揮發，并隨溫度升高揮發量增大，這就給生產帶來困難，許多國家都將氧化鈹粉末列入一類危險品，有些國家已不生產。但由于氧化鈹制品的性能實在優異，盡管價格較高，但仍有相當大的需求量。健康危害：誤服或吸塵會中毒。急性中毒可致支氣管炎、支氣管周圍炎及支氣管肺炎等。可引起皮炎、皮膚潰湯和皮膚肉芽腫。慢性接觸可引起肺內彌漫性肉芽腫性病變。誤服或吸入粉塵會產生呼吸困難、發紺等中毒癥狀。環境危害：對環境有危害，對水體可造成污染。
應用:
用于商業系統的高端激光二極管；工業激光金屬切割和打標設備；遠距離光纖傳輸；半導體加工設備；末端執行器和臂組件；晶圓夾頭；用于高溫熔化的坩堝；用于井下鉆井的原位 X 射線分析；聚光光伏（CPV）系統；發射器、接收器、調制器和開關；功率放大器和驅動器；
微波和毫米波通信模塊；無線通信；點對點和點對多點無線電；衛星通信模塊。
20世紀30年代：BeO開始被用作陶瓷材料，最初用于冶金用坩堝和早前的熒光燈制造。
20世紀40年代：BeO陶瓷被大量用于某些反應堆做慢化劑和反射體。
20世紀70年代，BeO陶瓷在電子器件和電子工業中得到了較為廣泛的應用。
20世紀80年代，BeO陶瓷最重要的用途就是應用于汽車的電子點火系統；除此之外，還用于高速傳遞信號的IC基片、陀螺儀上的激光管、汽車零部件及制動裝置等。
20世紀90年代，隨著科技、通信技術等領域的快速發展，BeO陶瓷在通訊和微電子工業等領域中的應用不斷擴大。
進入21世紀，BeO陶瓷因其具有的高熱導率和優良的電性能在日益進步發展的電子封裝材料和技術領域應用不斷擴大。
大功率電子器件/集成電路領域
氧化鈹陶瓷具有的高熱導率、低介電常數及尺寸穩定等特性，以及當前電子技術正朝著大功率、微型化方向發展，都是促使氧化鈹材料在電子技術領域能夠得到廣泛應用的關鍵原因。
在電子基片的應用上，相比認知度較高的氧化鋁基片，厚度相同的情況下氧化鈹基片可以使用的頻率要高出20%，可以在高達44GHz的頻率下工作，常應用于通信、直播衛星、移動電話、個人通信、基站、衛星接收和發送、航空電子設備以及全球定位系統（GPS）。此外，氧化鈹陶瓷高的導熱率可以使大功率器件中產生的熱量及時有效的傳導出去，能夠承受更大的連續波輸出功率，從而保證器件的穩定性和可靠性。因此還廣泛應用在寬帶大功率的電子真空器件中，如行波管的輸能窗、支持桿和降壓收集極。
核技術材料領域
如核燃料的中子反射劑、減速劑（慢化劑）通常就采用的是采用BeO、B4C或石墨材料。氧化鈹可作為原子反應堆的中子減速劑和防輻射材料。此外, BeO陶瓷高溫輻照穩定性比金屬鈹好，密度比金屬鈹大，高溫時有相當高的強度和熱導，而且，氧化鈹比金屬鈹價格便宜。這就使它更適于用作反應堆中的反射體、減速劑和彌散相燃料基體。氧化鈹陶瓷可用做核反應堆中的控制棒，它和U2O（氧化鈾）陶瓷還可以聯合使用而成為核燃料。
耐火材料領域
氧化鈹陶瓷作為耐火材料可用于加熱元件的耐火支持棒，從而保護屏蔽、爐襯、熱偶管以及陰極、熱子加熱基板和涂層等。
其它領域
①BeO可以作為一種組分加入各種成分的玻璃中。含氧化鈹的玻璃能透過X射線，用這種玻璃制作的X射線管可用于機構分析，在醫學上用來治療皮膚病。氧化鈹影響玻璃性質，如增大玻璃的比重、抗水性和硬度，提高膨脹系數、折射率和化學穩定性。它不但可以作具有高彌散系數的特種玻璃組分，而且可以作透過紫外線的玻璃組分。
②高純的BeO陶瓷傳熱性能好，可以制作被用來制作火箭頭部錐等。
③BeO可與Be、Ta、Mo、Zr、Ti、Nb等金屬制成具有特定線（膨）脹系數和特殊熱性能的金屬陶瓷制品，例如福特和通用汽車公司在汽車點火裝置中使用了噴涂金屬的BeO襯片。
透明氧化鈹陶瓷
是指一種呈半透明狀的主成分為氧化鈹的陶瓷。具有極高的耐熱震性。優良的電絕緣性、耐堿性、防核輻射性。可用于高溫原子能反應堆的中子減速劑和反射劑，微波裝置窗口，飛機、火箭的高溫部件，集成電路基板等，但價格昂貴。以氧化鈹為原料，加入添加劑，在壓力為20MPa，溫度1200攝氏度下燒結，可得到半透明狀多晶體。晶型為六方晶系，熔點2550攝氏度，熱膨脹系數9.2×10-5C-1，透光率55-60%(波長0.1-3um，厚度0.8mm )。
氧化鈹在火箭技術與航空上的應用
氧化鈹所具有的高溫性能與優良的核性能，使它成為火箭和航空技術中的理想材料之一。它的高熱容量和傳熱性使之能作為火箭和導彈返回大氣層的殼體與火箭的噴嘴或新一代超音飛機中的難熔材料。由于它具有良好的熱沖擊穩定性從而可以用來制成氣輪透平的葉片。
氧化鈹陶瓷作為高級耐火材料最突出的優點在于抗熱震性優良。可用于加熱元件的耐火支持棒，保護屏蔽、爐襯、熱偶管以及陰極、熱子加熱基板和涂層等。SPACIL HENRYS和WILSON RONALDH在高強度放電燈（金屬鹵化物燈）的電弧管內壁涂敷適當厚度的氧化鈹陶瓷保護層，可以避免金屬鹵素填充物中金屬部分的大量損傷，
氧化鈹陶瓷制成的坩堝可用于熔融稀有金屬和貴金屬，特別是用在要求高純金屬或合金的場合下，最高工作溫度可達2000℃。由于具有高的熔融溫度（約為2550℃）、高的化學穩定性（耐堿）、熱穩定性和純度，氧化鈹坩堝也可用來熔融鈾和钚，還成功地被用來制造銀、金和鉑的標準樣品。同時，BeO對于電磁輻射的高度“透明”性允許采用感應加熱的方式來熔煉其中的金屬樣品。
BeO可以作為一種組分加入各種成分的玻璃中。含氧化鈹的玻璃能透過X射線，用這種玻璃制作的X射線管可用于機構分析，在醫學上用來治療皮膚病。氧化鈹影響玻璃性質，如增大玻璃的比重、抗水性和硬度，提高膨脹系數、折射率和化學穩定性。它不但可以作具有高彌散系數的特種玻璃組分，而且可以作透過紫外線的玻璃組分。
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