特陶之家tetaohome知识点名称：氧化铍陶瓷
关键词：氧化铍, BeO, beryllia ceramic，beryllium oxide
相关概念和介绍：
氧化铍是一种无机化合物，化学式BeO。剧毒，有两性，既可以和酸反应，又可以强碱反应。氧化铍为白色粉末，有很高的熔点。氧化铍是一种结晶状的氧化物，它可以直接从燃烧铍化合物或铍获得。它跟氧化铝一样都是很好的抗火材料，经过烧结的氧化铍非常的坚硬，有陶瓷的特性。氧化铍非常稳定，但如果跟氟化氢铵或硫酸一起加热就轻易被分解。氧化铍陶瓷是以氧化铍（BeO）为主要成分的先进陶瓷。主要用作大规模集成电路基板、大功率气体激光管、晶体管的散热壳、微波输出窗和中子减速器的材料。氧化铍的熔点为2530-2570℃，理论密度为3.02g/cm3。可在1800℃真空、2000℃惰性气氛、1800℃氧化气氛下长期使用。氧化铍陶瓷最突出的性能是其导热系数大，与金属铝相近，是氧化铝的6-10倍。它是一种具有独特的电、热和机械性能的介电材料。
美国是世界上BeO陶瓷产量最大、生产技术最高、产品性能最好的国家，BeO陶瓷的研究方向主要分为常规BeO陶瓷的研究、高强度BeO陶瓷的研究、高导热氧化铍陶瓷的研究等几个方面。美国研制的BeO陶瓷性能水平很高，其常规BeO陶瓷就能够保证平均晶粒尺寸≤15μｍ，抗折强度≥225ＭPa，相对介电常数6.67，批次一致性非常好。对于美国的高强度BeO陶瓷，其抗折强度达到了260ＭPa以上，高导热BeO陶瓷方面，其导热能力也达到了325Ｗ／ｍ·Ｋ。布鲁布·威尔曼（Brush Welman）公司是美国乃至世界最大的氧化铍粉料及陶瓷产品制造公司之一。此外，哈萨克斯坦的乌尔宾斯基工厂（Ulbinsky Metal Factory）也是BeO生产、科研专业大厂。氧化铍陶瓷在国内的研制始于上世纪三十年代，但直到五十年代末至七十年代末才是其快速发展的时间段。国内最早研制和生产氧化铍陶瓷的专业厂家是宜宾红星电子有限公司（原国营799厂），它也是全国唯一军用氧化铍陶瓷的定点生产商。上海飞星特种陶瓷厂也是一家专业生产氧化铍陶瓷二十多年的公司，它在对氧化铍陶瓷精细加工方面具有独特的专业技术，可满足航空航天、雷达导弹、行波管、发射管以及其他高科技领域等使用产品。
主要优点：
热导率高
在导体中，热导率是自由电子起决定性作用，导体的热导率一般数值很大，但绝缘性能差。而一般陶瓷的热导率主要是靠原子、离子或分子的热振动，导热能力差，但绝缘性好，只有像氧化铍陶瓷这样的材料是靠声子来导热，既能有高的热导性，又能有高的绝缘性。BeO陶瓷的热导率在目前所有实用的陶瓷材料中为最高的，是致密Al2O3的6~7倍及MgO的3倍，当氧化铍陶瓷纯度达99%以上，其室温下的热导率可达310W/(m·K)。此外，BeO 的耐热冲击性也比Al2O3高11倍左右。通常情况下，BeO陶瓷的热导率主要取决于材料的纯度和致密度，纯度和致密度越高，其导热性能越好。在如此理想的热导率助力下，氧化铍有利于提高器件使用寿命和质量，尤其是在大功率半导体器件、集成电路、微波电真空器件及核反应堆中，BeO一直是制备高导热元部件的主流陶瓷材料。
低介质损耗
介电常数ε是衡量电介质储存电荷的能力，通常称为电容率，是陶瓷的特征参数。介质损耗角正切值tanδ是陶瓷在电磁场中的功率损耗的一部分，是关键的特种参数。对于氧化铍陶瓷而言，通常是：随着介质损耗角正切值tanδ增大，ε变化不大。但有的情况是：随着频率的提高，ε值会稍稍变大；或者是随着频率提高，ε会稍稍变小。
氧化铍还具有高熔度、强度、高绝缘以及良好的封装工艺适应性等特点，而且身为氧化物陶瓷，BeO在含氧和湿气的环境中非常稳定，因此它在特种冶金、真空电子技术、核技术、微电子与光电子技术领域有着广泛的应用。
氧化铍的核性能优异，它的中子散射截面、减速比都比金属铍和石墨高，能有效地反射和减速中子。高温辐照稳定性比金属铍好，密度比金属铍大，高温时有相当高的强度和热导，而且，氧化铍比金属铍价格便宜。这就使它更适于用作反应堆中的反射体、减速剂和弥散相燃料基体。氧化铍不仅用于试验研究用的反应堆，而且还用于潜艇、船、收音机实验及空间系统的反应堆中。
主要缺点：
铍及其化合物是一种高毒性的金属，通常以金属蒸汽、粉尘或烟雾的形式通过呼吸道进入人体，长时间接触铍及其化合物经一定的潜伏期后可出现以肺间质纤维化为主的病变。氧化铍在含有水气的高温介质中，挥发性会提高，1000℃开始挥发，并随温度升高挥发量增大，这就给生产带来困难，许多国家都将氧化铍粉末列入一类危险品，有些国家已不生产。但由于氧化铍制品的性能实在优异，尽管价格较高，但仍有相当大的需求量。健康危害：误服或吸尘会中毒。急性中毒可致支气管炎、支气管周围炎及支气管肺炎等。可引起皮炎、皮肤溃汤和皮肤肉芽肿。慢性接触可引起肺内弥漫性肉芽肿性病变。误服或吸入粉尘会产生呼吸困难、发绀等中毒症状。环境危害：对环境有危害，对水体可造成污染。
应用:
用于商业系统的高端激光二极管；工业激光金属切割和打标设备；远距离光纤传输；半导体加工设备；末端执行器和臂组件；晶圆夹头；用于高温熔化的坩埚；用于井下钻井的原位 X 射线分析；聚光光伏（CPV）系统；发射器、接收器、调制器和开关；功率放大器和驱动器；
微波和毫米波通信模块；无线通信；点对点和点对多点无线电；卫星通信模块。
20世纪30年代：BeO开始被用作陶瓷材料，最初用于冶金用坩埚和早前的荧光灯制造。
20世纪40年代：BeO陶瓷被大量用于某些反应堆做慢化剂和反射体。
20世纪70年代，BeO陶瓷在电子器件和电子工业中得到了较为广泛的应用。
20世纪80年代，BeO陶瓷最重要的用途就是应用于汽车的电子点火系统；除此之外，还用于高速传递信号的IC基片、陀螺仪上的激光管、汽车零部件及制动装置等。
20世纪90年代，随着科技、通信技术等领域的快速发展，BeO陶瓷在通讯和微电子工业等领域中的应用不断扩大。
进入21世纪，BeO陶瓷因其具有的高热导率和优良的电性能在日益进步发展的电子封装材料和技术领域应用不断扩大。
大功率电子器件/集成电路领域
氧化铍陶瓷具有的高热导率、低介电常数及尺寸稳定等特性，以及当前电子技术正朝着大功率、微型化方向发展，都是促使氧化铍材料在电子技术领域能够得到广泛应用的关键原因。
在电子基片的应用上，相比认知度较高的氧化铝基片，厚度相同的情况下氧化铍基片可以使用的频率要高出20%，可以在高达44GHz的频率下工作，常应用于通信、直播卫星、移动电话、个人通信、基站、卫星接收和发送、航空电子设备以及全球定位系统（GPS）。此外，氧化铍陶瓷高的导热率可以使大功率器件中产生的热量及时有效的传导出去，能够承受更大的连续波输出功率，从而保证器件的稳定性和可靠性。因此还广泛应用在宽带大功率的电子真空器件中，如行波管的输能窗、支持杆和降压收集极。
核技术材料领域
如核燃料的中子反射剂、减速剂（慢化剂）通常就采用的是采用BeO、B4C或石墨材料。氧化铍可作为原子反应堆的中子减速剂和防辐射材料。此外, BeO陶瓷高温辐照稳定性比金属铍好，密度比金属铍大，高温时有相当高的强度和热导，而且，氧化铍比金属铍价格便宜。这就使它更适于用作反应堆中的反射体、减速剂和弥散相燃料基体。氧化铍陶瓷可用做核反应堆中的控制棒，它和U2O（氧化铀）陶瓷还可以联合使用而成为核燃料。
耐火材料领域
氧化铍陶瓷作为耐火材料可用于加热元件的耐火支持棒，从而保护屏蔽、炉衬、热偶管以及阴极、热子加热基板和涂层等。
其它领域
①BeO可以作为一种组分加入各种成分的玻璃中。含氧化铍的玻璃能透过X射线，用这种玻璃制作的X射线管可用于机构分析，在医学上用来治疗皮肤病。氧化铍影响玻璃性质，如增大玻璃的比重、抗水性和硬度，提高膨胀系数、折射率和化学稳定性。它不但可以作具有高弥散系数的特种玻璃组分，而且可以作透过紫外线的玻璃组分。
②高纯的BeO陶瓷传热性能好，可以制作被用来制作火箭头部锥等。
③BeO可与Be、Ta、Mo、Zr、Ti、Nb等金属制成具有特定线（膨）胀系数和特殊热性能的金属陶瓷制品，例如福特和通用汽车公司在汽车点火装置中使用了喷涂金属的BeO衬片。
透明氧化铍陶瓷
是指一种呈半透明状的主成分为氧化铍的陶瓷。具有极高的耐热震性。优良的电绝缘性、耐碱性、防核辐射性。可用于高温原子能反应堆的中子减速剂和反射剂，微波装置窗口，飞机、火箭的高温部件，集成电路基板等，但价格昂贵。以氧化铍为原料，加入添加剂，在压力为20MPa，温度1200摄氏度下烧结，可得到半透明状多晶体。晶型为六方晶系，熔点2550摄氏度，热膨胀系数9.2×10-5C-1，透光率55-60%(波长0.1-3um，厚度0.8mm )。
氧化铍在火箭技术与航空上的应用
氧化铍所具有的高温性能与优良的核性能，使它成为火箭和航空技术中的理想材料之一。它的高热容量和传热性使之能作为火箭和导弹返回大气层的壳体与火箭的喷嘴或新一代超音飞机中的难熔材料。由于它具有良好的热冲击稳定性从而可以用来制成气轮透平的叶片。
氧化铍陶瓷作为高级耐火材料最突出的优点在于抗热震性优良。可用于加热元件的耐火支持棒，保护屏蔽、炉衬、热偶管以及阴极、热子加热基板和涂层等。SPACIL HENRYS和WILSON RONALDH在高强度放电灯（金属卤化物灯）的电弧管内壁涂敷适当厚度的氧化铍陶瓷保护层，可以避免金属卤素填充物中金属部分的大量损伤，
氧化铍陶瓷制成的坩埚可用于熔融稀有金属和贵金属，特别是用在要求高纯金属或合金的场合下，最高工作温度可达2000℃。由于具有高的熔融温度（约为2550℃）、高的化学稳定性（耐碱）、热稳定性和纯度，氧化铍坩埚也可用来熔融铀和钚，还成功地被用来制造银、金和铂的标准样品。同时，BeO对于电磁辐射的高度“透明”性允许采用感应加热的方式来熔炼其中的金属样品。
BeO可以作为一种组分加入各种成分的玻璃中。含氧化铍的玻璃能透过X射线，用这种玻璃制作的X射线管可用于机构分析，在医学上用来治疗皮肤病。氧化铍影响玻璃性质，如增大玻璃的比重、抗水性和硬度，提高膨胀系数、折射率和化学稳定性。它不但可以作具有高弥散系数的特种玻璃组分，而且可以作透过紫外线的玻璃组分。
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