アルミナ粉末は、現代産業に欠かせない重要な材料です。アルミナ粉末を超微粒子化すると、表面の電子構造と結晶構造が変化し、表面効果、小さなサイズ効果、量子効果、マクロな量子トンネル効果をもたらし、高強度、高硬度、耐摩耗性、耐腐食性、耐高温性、優れた絶縁性、大きな表面積などの優れた特性を備えています。原色蛍光体、集積回路チップ、航空光源デバイスなどに広く使用されています。
1. セラミック材料および複合材料
超微細アルミナ粉末を従来のセラミックスに添加すると、セラミックスの靭性が向上し、焼結温度を下げることができます。超微細アルミナ粉末の超塑性により、低温プラスチックの適用範囲の制限が解決されるため、低温プラスチックセラミックスに広く使用されています。
超微細アルミナ粉末の使用により、特殊な機能を持つ新しい複合セラミック材料やアルミニウム合金超微細複合材料を合成することもできます。その中でも、SiC-Al2O3超微細複合材料はより顕著で、曲げ強度は単相シリコンカーバイドセラミックの300〜400MPaから1GPaに増加し、材料の破壊靭性も40％以上増加します。
超微粒アルミナは分散強化材や添加剤としても使用できます。例えば、鋳鉄研削工具を鋳造する際、超微粒アルミナ粉末を変成核として用いると、耐摩耗性が数倍に向上します。
2.表面保護層の材質
超微細アルミナ粒子で構成された新型の超薄透明材料です。金属、セラミック、プラスチック、硬質合金の表面に吹き付けることで、表面の硬度、耐腐食性、耐摩耗性を向上させることができます。また、防汚、防塵、防水などの機能を備えており、現代の工業生産における摩耗しやすい部品や腐食しやすいパイプの問題を解決し、間接的に設備の耐用年数や加工製品の精度に影響を与えます。そのため、機械、刃物、化学パイプラインなどの表面保護に適用できます。
その中で、超微粒子アルミナセラミックコーティング工具は、セラミック材料と超硬合金材料の利点を兼ね備えており、超硬合金材料と同様の強度と靭性を持ちながら、耐摩耗性が大幅に向上し、コーティングされていない工具とほぼ同じになります。 耐摩耗性は10倍から100倍に向上し、加工効率が大幅に向上します。
3. 触媒とその担体
超微粒子アルミナの細孔径分布は良好で、細孔容積は高く、表面積は60～400m2/gと高く、表面原子の配位が不完全であるため、表面に不整合結合や酸素結合が多く発生し、粒子径が小さくなるにつれて表面平滑性が低下します。劣化し、不均一な原子段差を形成し、化学反応の接触面積が増加するため、理想的な触媒または触媒担体であり、超微粒子アルミナ粒子に担持されたCo-Mo触媒のHDS活性は、通常のアルミナに担持されたCo-Mo触媒のHDS活性よりも高くなります。
γ-Al2O3は主に触媒や担体に使用され、自動車の排気ガス浄化、触媒燃焼、水素化脱硫、石油精製、ポリマー合成などに広く使用されています。
4. 生物・医療材料
超微細アルミナバイオセラミックスは、基本的に生理環境下で腐食せず、構造適合性も良好です。新しい組織は多孔質セラミックスの表面にある相互接続された細孔に成長し、体組織との接続結合強度が高く、強度が高く、摩擦係数が小さく、摩耗率が低いという特徴があります。そのため、臨床的に広く使用されており、力を受ける人工骨、関節修復、歯根インプラント、骨折スプリント、内部固定装置などの製造に使用されており、歯槽骨拡張や顎顔面骨欠損再建、顔面整形および修復なども成功しています。
現在、その中核研究は人工気管などの軟組織材料、生体機能や人工知能をシミュレートするためのバイオセラミック材料に活用されています。
5. 半導体材料である超微粒子アルミナ粉末は、表面積と界面が大きく、外部環境の水分に非常に敏感です。周囲温度の変化により、表面または界面のイオンの価数状態と電子輸送が急速に変化します。湿度30〜80％の範囲では、超微粒子アルミナのACインピーダンスは直線的に変化し、応答速度が速く、信頼性が高く、感度が高く、老化防止寿命が長く、他のガスによる侵食や汚染に強く、ほこりや煙の多い環境でも維持できます。湿度センサーや湿度温度計に最適な材料です。
また、超微細アルミナは、電気絶縁性、化学的耐久性、耐熱性、誘電率の高さ、表面の平坦性と均一性、低コストなどの利点があり、半導体デバイスや大規模集積に使用できる、よく使用される基板材料です。回路基板材料は、マイクロエレクトロニクス、エレクトロニクス、情報産業で広く使用されています。
6. 光学材料
ナノスケールのアルミナは紫外線を吸収し、特定の波長の光の励起下で粒子サイズに関連する波長の光波を生成できます。コンパクト蛍光灯の蛍光粉層の保護コーティングフィルムとして使用したり、希土類蛍光体と混合して蛍光管の発光材料を作ったりして、管の寿命を延ばすことができます。
アルミナ粒子の表面はポリマー層でコーティングされており、人体に無害で、日焼け止めや化粧品にも添加できます。
超微細アルミナ粉末は、従来の粒子に比べて一連の優れた電気的、磁気的、光学的、機械的、化学的マクロ的特性を備えているため、近年、高純度の超微細アルミナ粉末の製造が新材料分野における研究の主な方向となっています。