氧化鈹陶瓷具有高導熱率、高強度、高熔點、高絕緣性、低介電常數(shù)、低介電損耗以及良好的工藝適應性等特點。在特種冶金、真空電子技術、核技術、微電子與光電子技術領域得到廣泛應用，尤其是在大功率半導體器件、集成電路、微波電真空器件及核反應堆中，氧化鈹陶瓷一直是制備高導熱元部件的主流陶瓷材料。

一、氧化鈹陶瓷的性能

BeO 晶體的晶格常數(shù)為 a=2.695?，c=4.390?，是堿土金屬氧化物中唯一的六方纖鋅礦結構(Wurtzite)。由于 BeO 具有纖鋅礦型和強共價鍵結構，而且相對分子質(zhì)量很低，因此，BeO 具有極高的熱導率。在現(xiàn)今使用的陶瓷材料中，室溫下 BeO 的熱導率最高，比 Al2O3陶瓷高一個數(shù)量級。

圖 氧化鈹瓷片，攝于五礦展臺

通常情況下，BeO 陶瓷的熱導率主要取決于材料的純度和致密度，純度和致密度越高其導熱性能越好。純度為 99% 以上、致密度達 99% 以上的 BeO 陶瓷室溫熱導率可達 310 W/(m·K)，與金屬材料的熱導率十分相近。其禁帶寬度高達 10.6 eV，介電常數(shù)為 6.7，彈性模量為 350 GPa，抗彎強度為 200 MPa，具有良好的綜合性能。

BeO 存在一些不足：

(1) BeO 粉體具有毒性，人體大量吸入后將導致急性肺炎，長期吸入會引起慢性鈹肺病，因此在生產(chǎn)過程中要采用特殊防護措施；

(2) BeO 熔點為 2570±20℃，純 BeO 陶瓷的燒結溫度達 1900 ℃以上，使得其生產(chǎn)成本較高；

(3) 熱導率隨著溫度升高而降低，如在 0°C~ 600°C 溫度范圍內(nèi)，BeO 陶瓷平均熱導率為 206.67 W/(m·K)，但當溫度升高到 800°C 時，其熱導率降低為十分之一。

由于以上原因，BeO 的生產(chǎn)和推廣應用受到限制。雖然氧化鈹是一種有毒物質(zhì)，氧化鈹粉塵和蒸汽對人體健康有害，但是只要加強防護，氧化鈹?shù)奈：κ强梢员苊獾摹２⑶已趸斕沾苫逵糜诨旌想娐分谱鬟^程是安全的。某些大功率、高頻半導體器件以及航空電子設備和衛(wèi)星通訊中，為了追求高導熱和理想高頻特性，仍在采用 BeO 陶瓷基片。

二、氧化鈹陶瓷的應用

早期氧化鈹陶瓷多用于高級耐火材料，而后則擴展到原子能反應堆中，目前應用較多的是大功率電子器件，特別是半導體器件用熱沉材料，電阻基體、功率模塊和真空電子器件中行波管的夾持桿和輸出窗等。

1、大功率電子器件和集成電路

高的熱導率和低的介電常數(shù)是 BeO 陶瓷材料在電子技術領域得到廣泛應用重要原因。BeO 陶瓷目前已用于高性能、高功率微波封裝件、高頻電子晶體管封裝、高電路密度的多片組件。

BeO 陶瓷還廣泛用于寬帶大功率的電子真空器件中，如行波管的輸能窗、夾持桿和降壓收集極。低的介電常數(shù)和損耗有利于獲得很好的寬頻匹配特性，同時也可減少功率損失。高的導熱率可以將大功率器件中產(chǎn)生的熱量及時地傳導出去，從而能夠保證器件的穩(wěn)定性和可靠性。與 Al2O3 窗相比，BeO 陶瓷可以承受大得多的連續(xù)波輸出功率。例如：BeO 窗承受 263kW 的輸出功率沒有損壞，而 Al2O3 窗在 100kW 的輸出功率下即發(fā)生破裂。

圖 激光器 BeO 陶瓷部件，來源：Materion

2、核反應堆

BeO的熱中子吸收截面為0.0092x105Pa，散射截面9.8x105Pa，慢化比0.0706，擴散比0.0273，可用作原子反應堆的中子減速劑和防輻射材料。此外，BeO陶瓷高溫輻照穩(wěn)定性比金屬鈹好，密度比金屬鈹大，高溫時有相當高的強度和熱導，而且，氧化鈹比金屬鈹價格便宜。這就使它更適于用作反應堆中的反射體、減速劑和彌散相燃料基體。

3、耐火材料

氧化鈹陶瓷作為耐火材料可用于加熱元件的耐火支持棒，保護屏蔽、爐襯、熱偶管以及陰極、熱子加熱基板和涂層等。氧化鈹陶瓷作為高級耐火材料最突出的優(yōu)點在于抗熱震性優(yōu)良。

國內(nèi)外氧化鈹相關企業(yè)有美題?。∕aterion）、哈薩克斯坦烏爾巴冶金廠、宜賓紅星電子、五礦鈹業(yè)、中鳴（寧德）等。

資料來源：

電子封裝陶瓷基片材料的研究進展，李婷婷,等.

氧化鈹陶瓷的應用綜述，李文芳,等.

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原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦陶瓷展）：一文了解氧化鈹陶瓷

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