[科普中國]-氧化鈹陶瓷

氧化鈹陶瓷是以氧化鈹為主要成分的陶瓷。主要用作大規(guī)模集成電路基板，大功率氣體激光管，晶體管的散熱片外殼，微波輸出窗和中子減速劑等材料。

簡介純氧化鈹(BeO)屬立方晶系，其密度3.03g/cm3。熔點(diǎn)2570℃，具有很高的導(dǎo)熱性，幾乎與紫銅純鋁相等，導(dǎo)熱系數(shù)λ為200-250W/(m.K)，還有很好的抗熱震性。其介電常數(shù)6～7（0.1MHz)。介質(zhì)損耗角正切值約為

4×10-4(0.1GHz)。最大缺點(diǎn)是粉末有劇毒性，且使接觸傷口難于愈合。以氧化鈹粉末為原料加入氧化鋁等配料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。制造這種陶瓷需要良好的防護(hù)措施。氧化鈹在含有水氣的高溫介質(zhì)中，揮發(fā)性會提高，1000℃開始揮發(fā)，并隨溫度升高揮發(fā)量增大，這就給生產(chǎn)帶來困難，有些國家已不生產(chǎn)。但制品性能優(yōu)異，雖價格較高，仍有相當(dāng)大的需求量。1

歷史BeO作為絕緣材料始于1928年，不過直到1930年為止，BeO主要是混以其他材料作為熒光物質(zhì)使用，在第二次世界大戰(zhàn)期間首次制造出高純氧化鈹瓷。1946年了解到氧化鈹具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)。并且當(dāng)時主要用在原子核裝置中。直到50年代中期，氧化鈹在電子學(xué)、測量儀器、通信和航天技術(shù)中出現(xiàn)應(yīng)用。

氧化鈹?shù)娜刍瘻囟确秶鸀?530℃~2570℃，其理論密度為3.02g/㎝3，在真空中可在1800℃下長期使用，在惰性氣體中可在2000℃下使用，在氧化氣氛中1800℃才揮發(fā)。氧化鈹陶瓷的最突出性能是導(dǎo)熱系數(shù)大，與金屬鋁相近，是氧化鋁6~10倍，是一種具有獨(dú)特的電的、熱的和機(jī)械性能的介質(zhì)材料，沒有其他任何材料顯示出這樣全面的綜合性能。氧化鈹與其他絕緣材料性能對比列于表1。

氧化鈹陶瓷因其具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高熔度、強(qiáng)度、高絕緣、低電介常數(shù)、低介質(zhì)損耗以及良好的封裝工藝適應(yīng)性等特點(diǎn)，在微波技術(shù)、電真空技術(shù)、核技術(shù)、微電子與光電子技術(shù)領(lǐng)域受到重視和應(yīng)用，尤其是在大功率半導(dǎo)體器件、大功率集成電路、大功率微波真空器件及核反應(yīng)堆中一直是制備高導(dǎo)熱元部件的主流陶瓷材料，在軍事領(lǐng)域及國民經(jīng)濟(jì)中起到十分重要的作用。1

氧化鈹陶瓷毒性氧化鈹陶瓷由于其機(jī)電特性、熱特性是其他陶瓷無法比擬的，因此得到了廣泛應(yīng)用。特別是在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，其他陶瓷材料是不可取代的。然而，氧化鈹?shù)亩拘允遣豢珊雎缘?，隨著世界各國對環(huán)境保護(hù)的日趨重視，氧化鈹陶瓷的使用今后可能會受到一定的限制和影響。2012年，瑞典愛立信公司制定了“愛立信產(chǎn)品生產(chǎn)者延伸責(zé)任戰(zhàn)略”。它列出了公司在生產(chǎn)和產(chǎn)品中禁止使用和限制使用物質(zhì)的名單，制定了淘汰合金焊料、淘汰氧化鈹陶瓷（BeO）的計劃。氮化鋁陶瓷材料是有望部分取代氧化鈹陶瓷應(yīng)用的高導(dǎo)熱性陶瓷材料。近年來，有關(guān)氮化鋁陶瓷的研究一直很活躍，我國有不少大學(xué)和研究所從事這方面的研究工作。研究和開發(fā)主要以基板材料為中心，但也有探討高溫結(jié)構(gòu)應(yīng)用的研究動向。如何提高氮化鋁陶瓷的熱傳導(dǎo)率問題已在很大程度上得到解決，如何降低氮化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度和改善機(jī)械性能方向還有待進(jìn)一步研究。1

應(yīng)用BeO陶瓷產(chǎn)品還是一種難熔材料。BeO陶瓷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。坩堝的工作溫度可以達(dá)到2000℃。由于其高的熔融溫度(約為2550℃)、高的化學(xué)穩(wěn)定性(耐堿)、熱穩(wěn)定性和純度，BeO陶瓷也可用來熔融鈾和钚。此外，這些坩堝還成功地被用來制造銀、金和鉑的標(biāo)準(zhǔn)樣品。BeO對于電磁輻射的高度“透明”性允許采用感應(yīng)加熱的方式來熔煉其中的金屬樣品。

在航空電子技術(shù)轉(zhuǎn)換電路中以及飛機(jī)和衛(wèi)星通訊系統(tǒng)中大量用BeO來作托架部件和裝配件；在飛船電子學(xué)方面也有應(yīng)用前景。利用BeO陶瓷具有特別高的耐熱沖擊性，可在噴氣式飛機(jī)的導(dǎo)火管中使用。經(jīng)金屬涂層的BeO板材已用于飛機(jī)驅(qū)動裝置的控制系統(tǒng)；福特和通用汽車公司在汽車點(diǎn)火裝置中使用了噴涂金屬的氧化鈹襯片[13]。BeO陶瓷的導(dǎo)熱性能良好，而且易于小型化，在激光領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，如BeO激光器比石英激光器的效率高，輸出功率大。2

國內(nèi)外氧化鈹公司簡介國內(nèi)宜賓紅星電子有限公司（原國營799廠）

公司是國內(nèi)最早研制和生產(chǎn)氧化鈹陶瓷的專業(yè)廠家，具有40多年的生產(chǎn)歷史；是全國唯一軍用氧化鈹陶瓷定點(diǎn)生產(chǎn)商，生產(chǎn)的氧化鈹陶瓷及其金屬化系列產(chǎn)品，生產(chǎn)能力和技術(shù)水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位；近年來，從美國引進(jìn)了氧化鈹陶瓷基礎(chǔ)生產(chǎn)技術(shù)，經(jīng)過與電子科大的聯(lián)合攻關(guān)，通過消化吸收進(jìn)行國產(chǎn)化，形成了一套具有自主創(chuàng)新、自主知識產(chǎn)權(quán)的氧化鈹陶瓷生產(chǎn)工藝技術(shù)。目前該技術(shù)已應(yīng)用于國家多個“高新工程”配套項(xiàng)目的研制，生產(chǎn)的氧化鈹陶瓷制品某些性能指標(biāo)已接近美國標(biāo)準(zhǔn)，且部分指標(biāo)已超過美國標(biāo)準(zhǔn)。

上海飛星電子

上海飛星特種陶瓷廠，地處上海市松江區(qū)李塔匯甘德路820號，是專業(yè)生產(chǎn)氧化鈹陶瓷已有二十多年的科研及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，積累了一定的理論和科技進(jìn)步的成果，培養(yǎng)了相當(dāng)熟練的操作員工，特別對氧化鈹陶瓷精細(xì)加工，具有獨(dú)特的專業(yè)技術(shù)，滿足了航天航空，雷達(dá)，導(dǎo)彈，行波管，發(fā)射管及高科技領(lǐng)域等使用產(chǎn)品。2

國外氧化鈹陶瓷在國外的研制始于二十世紀(jì)三十年代，但其快速發(fā)展階段是在五十年代末到七十年代末。

美國是世界上氧化鈹陶瓷產(chǎn)量最大，生產(chǎn)技術(shù)最高，產(chǎn)品性能最好的國家。

布魯布·威爾曼公司是美國乃至世界最大的氧化鈹粉料及陶瓷產(chǎn)品制造公司之一。該公司創(chuàng)建于1930年，現(xiàn)有職工1000余人，年銷量8500萬美元。主要生產(chǎn)純鈹金屬、鈹鋁合金、鈹銅合金，高品質(zhì)BeO陶瓷粉料，各種99.5%BeO陶瓷產(chǎn)品，BeO陶瓷封裝外殼。其產(chǎn)品廣泛用于皮膚整容、白內(nèi)障去除、腎結(jié)石破碎及無痛手術(shù)用激光器，以及軍事國防系統(tǒng)。該公司在日本等其他國家和地區(qū)設(shè)有辦事機(jī)構(gòu)。

美國氧化鈹股份有限公司始建于1956年，是研究與開發(fā)高純度氧化鈹陶瓷的先驅(qū)。六十年代初，開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)和通用形狀BeO陶瓷產(chǎn)品和干壓、擠制及燒結(jié)工藝技術(shù)，以滿足各種不同應(yīng)用的要求。在六十年代末及七十年代初期，該公司配備了精密研磨設(shè)備，并同時配置和采用了鉆孔、金屬化、拋光、切片等設(shè)備和技術(shù)。

現(xiàn)在，新更名美國氧化鈹公司坐落在新澤西州，生產(chǎn)廠房超過35000平方英尺，公司現(xiàn)有職工200余人，銷售額約為1100萬美元。

英國古徳費(fèi)羅集團(tuán)，該集團(tuán)從事氧化鈹陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，它由以下幾個公司組成：

1）古徳費(fèi)羅劍橋有限公司

該公司建于1946年，職工人數(shù)為500余人，年銷售量約為3000萬美元。

2）古徳費(fèi)羅GmbH公司

該公司1989年建于德國，職工人數(shù)為200余人，年銷售額為2000萬美元，其氧化皮產(chǎn)品主要針對歐洲各國用戶。

3）古徳費(fèi)羅SARL（薩爾）公司

該公司于1993年建于法國，主要銷售和生產(chǎn)BeO陶瓷及相關(guān)產(chǎn)品。

古徳費(fèi)羅在印度、意大利、日本、韓國、西班牙以及臺北設(shè)有辦事處。

哈薩克斯坦，烏爾斯基金屬冶煉廠（Y M 3）該廠隸屬于哈薩克斯坦國家原子能股份有限公司，主要生產(chǎn)BeO粉料，Be金屬粉、銅-鈹合金、鋁-鈹合金、鎳-鈹合金等原材料，該廠生產(chǎn)的激光器用BeO放電管，其長度可達(dá)到1.5米。

氧化鈹陶瓷和其他電子陶瓷不一樣，迄今為止它的高熱導(dǎo)和低損耗特性是其他材料難以替代的，一方面由于許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的大量需要，另一方面又由于氧化鈹具有毒性，防護(hù)措施性當(dāng)嚴(yán)格和困難，致使世界上能安全生產(chǎn)的工廠為數(shù)不多，國外有些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家（如日本）則完全靠進(jìn)口。美國是世界上BeO陶瓷產(chǎn)量最大，生產(chǎn)技術(shù)最高，產(chǎn)品性能最好的國家，其次是英國、哈薩克斯坦。

于BeO陶瓷材料在航空、航天及軍事裝備的應(yīng)用中起著其他材料不可替代的作用，因此，BeO的需求正在逐年增加。美國九十年代末BeO的產(chǎn)量是八十年代末的3~5倍，目前正以8~12%的速度增加，其產(chǎn)量達(dá)到200多噸。美國國防電子供貨中心幾年前就向工業(yè)界提出開發(fā)高性能BeO陶瓷材料的計劃。并已取得進(jìn)展在該供貨中心的材料單中，氧化鈹?shù)牡匚徽谥鸩教岣撸诮窈笕舾赡陜?nèi)氧化鈹將是軍用大功率MCM（多芯片組件）的首選材料。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級工程師 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所