α-アルミナの新規用途アルミナセラミックス
ニューセラミックス材料には様々な種類がありますが、その機能と用途から、機能性セラミックス（電子セラミックスとも呼ばれます）、構造用セラミックス（エンジニアリングセラミックスとも呼ばれます）、バイオセラミックスの3つに大別されます。原料成分の違いにより、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、ホウ化物セラミックス、炭化物セラミックス、金属セラミックスに分類されます。中でも、アルミナセラミックスは非常に重要であり、その原料は様々な規格のα-アルミナ粉末です。
α-アルミナは、高強度、高硬度、耐高温性、耐摩耗性などの優れた特性を有するため、様々な新セラミック材料の製造に広く利用されています。集積回路基板、人工宝石、切削工具、人工骨などの先進的なアルミナセラミックスの粉末原料であるだけでなく、蛍光体キャリア、先進的な耐火材料、特殊研削材などとしても利用可能です。現代科学技術の発展に伴い、α-アルミナの応用分野は急速に拡大し、市場需要も増加しており、その将来性は非常に広いです。
機能性セラミックスにおけるα-アルミナの応用
機能性セラミックスセラミックスは、電気的、磁気的、音響的、光学的、熱的などの特性、あるいはそれらの結合効果を利用して特定の機能を実現する先端セラミックスです。絶縁性、誘電性、圧電性、熱電性、半導体性、イオン伝導性、超伝導性など、多様な電気的特性を有するため、機能が豊富で、用途も極めて広範囲にわたります。現在、大規模に実用化されている主なものとしては、集積回路基板やパッケージング用の絶縁セラミックス、自動車用スパークプラグの絶縁セラミックス、テレビやビデオデッキなどに広く使用されているコンデンサー用誘電体セラミックス、多用途の圧電セラミックス、各種センサー用の感応セラミックスなどがあります。また、高圧ナトリウムランプの発光管にも使用されています。
1. スパークプラグ絶縁セラミック
スパークプラグ絶縁セラミックは現在、エンジンにおけるセラミックの唯一の最大の用途です。アルミナは優れた電気絶縁性、高い機械的強度、高い耐圧性、耐熱衝撃性を備えているため、アルミナ絶縁スパークプラグは世界中で広く使用されています。スパークプラグ用α-アルミナの要件は、一般的な低ナトリウムα-アルミナ微粉末であり、酸化ナトリウム含有量は0.05%以下、平均粒子径は325メッシュです。
2. 集積回路基板およびパッケージング材料
基板材料やパッケージ材料として用いられるセラミックスは、プラスチックに比べて、高い絶縁抵抗、高い耐薬品性、高い密封性、湿気の浸入防止、無反応性、超高純度半導体シリコンへの無汚染性といった優れた特性を備えています。集積回路基板やパッケージ材料に求められるα-アルミナの特性は、熱膨張係数7.0×10-6/℃、熱伝導率20～30W/K·m（室温）、誘電率9～12（1MHz）、誘電損失3～10-4（1MHz）、体積抵抗率＞1012～1014Ω·cm（室温）です。
集積回路の高性能化と高集積化に伴い、基板やパッケージ材料に対する要件はより厳しくなっています。
チップの発熱が増加するにつれて、より高い熱伝導率が必要になります。
計算要素の速度が速いため、低い誘電率が求められます。
熱膨張係数はシリコンに近いことが求められます。そのため、α-アルミナにはより高い要求が課せられ、高純度・高微細化の方向へと発展していきます。
3. 高圧ナトリウム発光ランプ
ファインセラミックス高純度超微粒アルミナを原料とした透明多結晶は、耐高温性、耐腐食性、絶縁性、高強度などの特性を有し、優れた光学セラミック材料です。少量の酸化マグネシウム、酸化イリジウム、または酸化イリジウムを添加した高純度アルミナを原料とし、雰囲気焼結およびホットプレス焼結により製造された透明多結晶は、高温ナトリウム蒸気の腐食に耐え、高い発光効率を有する高圧ナトリウム発光ランプとして使用することができます。
構造用セラミックスにおけるα-アルミナの応用
バイオセラミック材料は無機バイオメディカル材料であり、金属材料やポリマー材料と比較して毒性副作用がなく、生体組織との良好な生体適合性と耐腐食性を備えているため、人々からますます高く評価されています。バイオセラミック材料の研究と臨床応用は、短期的な置換や充填から永久的で強固なインプラントへと、そして生物学的に不活性な材料から生物学的に活性な材料や多相複合材料へと発展してきました。
近年、多孔質アルミナセラミックス耐薬品性、耐摩耗性、優れた高温安定性、熱電特性を有することから、人工骨格関節、人工膝関節、人工大腿骨頭、その他の人工骨、人工歯根、骨固定ネジ、角膜修復材などに利用されています。多孔質アルミナセラミックスの製造において、細孔径を制御する方法は、粒径の異なるアルミナ粒子を混合し、発泡含浸処理後、噴霧乾燥する方法です。アルミニウム板を陽極酸化処理することで、方向性のあるナノスケールの微細多孔性チャネル型細孔を形成することもできます。