氧化铝陶瓷因具备耐高温(熔点约 2050℃,长期使用温度可达 1600℃以上)、好的热稳定性、高硬度(莫氏硬度 9 级)、化学惰性(抗酸碱腐蚀)及好的绝缘性等特性,在多个高温工业环境中成为关键材料。其适用场景覆盖冶金、化工、能源、陶瓷玻璃、航空航天等领域,具体如下:
冶金工业:高温冶炼与熔体处理
冶金行业的高温熔炼、浇铸等环节对材料的耐高温、抗冲刷和抗腐蚀性能要求极高,氧化铝陶瓷在此类环境中表现突出。
在炼钢与有色金属冶炼中,热电偶保护管是典型应用。冶炼时熔体温度常达 1500℃以上,且含有铁水、钢水或铝、铜等金属熔体,氧化铝陶瓷保护管能隔绝高温熔体对热电偶的侵蚀,同时耐受熔体流动的冲刷,确保温度测量的准确性与稳定性。
炼钢过程中的滑动水口部件也常用氧化铝陶瓷制作。滑动水口用于控制钢水浇铸流量,需在 1600℃左右的高温下承受钢水的冲击与磨损,氧化铝陶瓷的高温硬度和耐磨性可显著延长其使用寿命,减少钢水泄漏风险。
此外,连铸结晶器的内衬涂层或导向辊也会采用氧化铝陶瓷,利用其耐高温和低摩擦特性,降低铸坯与设备的黏连,提升铸坯质量。
化工工业:高温腐蚀环境下的稳定运行
化工行业的高温反应、催化过程常伴随腐蚀性气体、液体或熔融介质,氧化铝陶瓷的化学稳定性使其成为理想选择。
在高温反应釜中,内衬或搅拌桨叶片采用氧化铝陶瓷可抵抗强酸、强碱或有机溶剂在高温下的腐蚀。例如,合成氨工业的高温高压反应塔,内部温度达 500℃以上,且存在氨气等腐蚀性气体,氧化铝陶瓷内衬能避免设备本体被侵蚀,延长反应釜寿命。
催化剂载体是另一重要应用。在石油炼制的催化裂化过程中,催化剂需在 600 - 800℃的高温下保持活性,氧化铝陶瓷的多孔结构(通过调控工艺可形成不同孔径的多孔陶瓷)能为催化剂提供稳定的负载平台,同时自身化学惰性不与催化剂或反应产物发生反应,确保催化效率稳定。
此外,高温气体过滤管道也常用氧化铝陶瓷制作。在煤化工的煤气净化环节,高温煤气(温度约 800℃)中含有粉尘和硫、氮氧化物,氧化铝陶瓷管道既能耐受高温,又能过滤粉尘,且抗腐蚀性气体侵蚀,保障净化系统持续运行。
能源工业:高温工况下的设备防护与增效
能源生产中的高温燃烧、发电等场景对材料的耐高温、抗热震和抗腐蚀性能需求迫切,氧化铝陶瓷可有效提升设备可靠性。
在垃圾焚烧发电领域,炉膛内温度高达 1000 - 1200℃,且燃烧产生的烟气含有氯化氢、二氧化硫等腐蚀性气体,同时存在炉渣冲刷。采用氧化铝陶瓷作为炉膛内衬或受热面涂层,能抵抗高温腐蚀和磨损,减少设备维护频率。
光伏与半导体行业的高温烧结炉中,承载硅片或晶圆的承烧板、推板需在 1000 - 1300℃的高温下反复使用,且要求尺寸稳定性(热膨胀系数低)以避免变形影响产品精度。氧化铝陶瓷(尤其是高铝瓷,Al₂O₃含量≥95%)的热稳定性好,能满足长期高温循环使用的需求,是光伏硅片烧结、半导体器件退火等工艺的核心辅助材料。
此外,生物质能发电的锅炉受热面,采用氧化铝陶瓷涂层可抵抗生物质燃烧产生的碱金属腐蚀(如钾、钠蒸汽的高温腐蚀),延长锅炉使用寿命。
陶瓷与玻璃工业:高温窑炉的核心结构材料
陶瓷和玻璃生产的窑炉环境温度高(常达 1200 - 1800℃),且需承受物料承重、热冲击和化学侵蚀,氧化铝陶瓷因其高温强度和稳定性成为窑炉关键部件材料。
在陶瓷烧成窑炉中,辊道、棚板、支柱等承载部件需在高温下支撑陶瓷坯体。氧化铝陶瓷的高温抗弯强度高(1200℃时仍保持较高强度),且热震稳定性好(急冷急热不易开裂),能确保窑炉连续运行。例如,日用瓷或工业瓷的隧道窑,辊道采用高铝陶瓷制作可避免高温下变形,保障坯体平稳输送。
玻璃工业的玻璃熔窑中,搅拌桨、流槽内衬接触 1500℃以上的高温玻璃液,玻璃液具有强流动性和侵蚀性,氧化铝陶瓷的耐磨性和抗玻璃液侵蚀能力(不与玻璃成分发生反应导致玻璃缺陷)使其成为理想材料。此外,玻璃退火窑的导向辊用氧化铝陶瓷制作,可避免高温玻璃与金属辊接触产生的污染,提升玻璃表面质量。
航空航天与特种工业:高温下的功能部件
航空航天及特种工业的高温环境(如发动机、高温传感器等)对材料性能要求严苛,氧化铝陶瓷凭借耐高温和绝缘性发挥重要作用。
在航空发动机中,燃烧室或尾喷管的隔热衬里可采用氧化铝陶瓷基复合材料,利用其低热导率(高温下仍保持较低的热传导率)减少热量向发动机其他部件传递,降低冷却系统负荷。
高温传感器保护套是另一应用场景。例如,火箭发动机试车时,需测量燃烧室或喷管内的温度(可达 2000℃以上),氧化铝陶瓷保护套能保护传感器免受高温燃气冲刷和腐蚀,确保温度数据准确采集。
此外,在核工业的高温反应堆中,部分结构件或燃料包壳的辅助材料采用氧化铝陶瓷,利用其耐高温、抗辐射和化学稳定性,保障反应堆在高温下的安全运行。
总结
氧化铝陶瓷凭借耐高温、耐磨、化学稳定、热震抗性好等核心特性,在冶金高温熔炼、化工高温反应、能源高温燃烧 / 烧结、陶瓷玻璃窑炉及航空航天极端高温环境中均有不可替代的应用。其适用的核心场景集中在需长期耐受 1000℃以上高温、存在磨损 / 腐蚀 / 热冲击的工业环节,通过替代金属或其他陶瓷材料,可显著提升设备寿命、降低维护成本并保障生产稳定性。不同 Al₂O₃含量的氧化铝陶瓷(如 75 瓷、90 瓷、95 瓷)可根据具体温度(中高温至超高温)和工况严苛程度灵活选用,进一步拓展了其在高温工业中的应用范围。