אלומינה בטוהר- גבוה (HPA) מתייחסת לחומרי אבקת אלומינה בטוהר של 99.99% ומעלה. הודות למאפיינים האופטיים, החשמליים, התרמיים והמכאניים המצוינים שלו, הוא הפך לחומר בסיסי מרכזי התומך בפיתוח של תעשיות היי- מודרניות. מתאורת LED ומפרידי סוללות ליתיום ועד פרוסות מוליכים למחצה ורכיבים אופטיים-מתקדמים, אלומינה ברמת טוהר גבוהה-בדרגות טוהר שונות משחקת תפקיד שאין לו תחליף.
אלומינה 4N High-Purity
אלומינה 4N גבוהה-(טוהר גדול מ-99.99% או שווה ל-99.99%, תכולת טומאה כוללת פחות או שווה ל-100 ppm). רוב מוצרי האלומינה המוגמרים בטוהר-גבוהים המיוצרים על ידי ארגונים מקומיים מרוכזים ברמת 4N וניתן להשתמש בהם רק ביישומים בינוניים עד-נמוכים{{9}, כגון מצעי מעגלים משולבים, זרחנים LED, ליטוש מיקרו-אבקות וקרמיקה אלומינה.
נדירים-זרחני כדור הארץ
אלומינה בטוהר 4N גבוה- משמשת בעיקר בזרחנים טריכרומטיים- נדירים של כדור הארץ, חומר זוהר נפוץ הממלא תפקיד חשוב בשדות תאורה ותצוגה. זרחנים- נדירים של כדור הארץ מורכבים ממפעילים ומטריצה מארח; הראשונים הם יסודות אדמה נדירים-, והאחרונים הם תחמוצות או מלחים. בתעשייה, שיטת סינתזה מוצק-בטמפרטורה-גבוהה היא תהליך הייצור העיקרי של זרחנים- נדירים של כדור הארץ. עבור מוצרים המבוססים על אלומינאט-, נדרשת אלומינה בטוהר- גבוה.
מצעי מעגל משולבים
למצעים העשויים מ-99.99% -טוהר גבוה -Al₂O₃ יש קבוע דיאלקטרי יציב (10), אובדן נמוך במיוחד (tanδ < 0.0002), מוליכות תרמית גבוהה (30 W/(m·K)), ועמיד בפני בידוד מתח > 10 קילו וולט/מ"מ. הם משמשים למצעים ולאריזה הרמטית של שבבי-תדירות/גבוהה-מהירויות והתקני כוח, לפתרון בעיות של פיזור חום ובידוד חשמלי. לדוגמה, Routao New Materials משתמשת בשיטה כימית כדי לסנתז אבקת אלומינה-בטוהר-גבוהה עם תכולת -פאזה גבוהה, טוהר גבוה, פעילות סינטרה טובה, גודל גבישים ראשוני קטן והתפלגות צרה של גודל חלקיקים, עם ביצועי מוצר דומים לאלו של חברות האבקה היפניות המובילות בעולם{14}. בשימוש מעשי, מצעי קרמיקה-דקים שהוכנו מאבקה זו הם בעלי צפיפות של 3.93 גרם/ס"מ³ וחוזק כיפוף של עד 700 MPa, דומה לחלוטין לאלו של Kyocera היפנית.
אלומינה למפרידי סוללות ליתיום
לציפויים קרמיים מפריד סוללות ליתיום יש דרישות מחמירות לטוהר, גודל חלקיקים, מורפולוגיה, שינוי פני השטח ויציבות המוצר, המחייבים טוהר 4N5 ומעלה ואלומינה אולטרה-דקה בקנה מידה ננו-גבוהה. במהלך הכנה ניסיונית, יש להתאים פרמטרים של תהליך עבור תרחישי יישום שונים. עבור אלומינה המשמשת בסוללות ליתיום, יש לשים לב במיוחד לאחידות גודל החלקיקים ולמאפייני פני השטח. לדוגמה, לסוללה-ננו-אלומינה CY-L30D הספציפית המיוצרת על ידי Zhejiang Jiupeng New Materials יש גודל חלקיקים נשלט ב-30 ± 5 ננומטר וטוהר של 99.99%; מפרט זה יכול לשפר ביעילות את ביצועי אחסון האנרגיה של הסוללה וביצועי הבטיחות.
רכיבי קרמיקה מדויקים
רכיבי קרמיקה אלומינה עומדים בדרישות החוזק, הדיוק, התכונות החשמליות ועמידות בפני קורוזיה של ייצור פרוסות בסביבות פיזיות מיוחדות כגון ואקום וטמפרטורה גבוהה, וממלאים תפקיד חשוב מאוד בתהליך ייצור הפרוסות. ככל שתהליכי ייצור מעגלים משולבים מתקדמים לעבר צמתים של 3 ננומטר ויותר מתקדמים, הדרישות לרכיבי קרמיקה אלומינה ממשיכות להשתדרג, ואלומינה 4N (יותר או שווה ל-99.99%) ומעלה ברמת טוהר אולטרה-גבוהה- הפכה לסטנדרט עבור רכיבים בדרגת תחריט-. אם ניקח לדוגמא את טבעת התמיכה של ESC, לאחר הסקה מדרישת טוהר המוצר, הטוהר של אבקת האלומינה המשמשת בדרך כלל צריך להגיע למעל 99.95%.
אלומינה 5N High-Purity
מצע ספיר ללדים
גבישי ספיר בודדים, בשל מבנה הגביש הייחודי שלהם, תכונות אופטיות מעולות ויציבות מכנית וכימית חזקה, שימשו באופן נרחב כחומרי מצע אידיאליים במעגלים משולבים בקנה מידה גדול- וסרטים ננו-על מוליכים, ומחירם גם נמוך מזה של מצעי SiN. מאז שנות ה-90, תאורת LED אומצה יותר ויותר כמקור אור קר, וספיר נמצא בשימוש נרחב כחומר מצע.
אלומינה בטוהר- גבוה המשמש להכנת ספיר חייבת להיות בעלת טוהר גבוה, ותכולת הלחות בחומר הגלם חייבת להיות נמוכה מאוד. כאשר נמס בטמפרטורות מעל 2000 מעלות, נוכחות של מים עלולה לגרום לחמצון של כור היתוך מוליבדן. לדוגמה, החומר הפולי-גבישי של אלומינה בעל טוהר 5N- המיוצר על ידי Taiyate (Ningxia) New Material Technology Co., Ltd. הוא חומר הגלם הבלעדי לצמיחת גבישי ספיר. הטוהר הגבוה שלו מבטיח שלגבישי הספיר הסופיים יש העברת אור מעולה, קשיות גבוהה (קשיות Mohs עד 9, שני רק ליהלום), ויציבות כימית טובה.
הדור הבא של-חומרי הסוללה
מחקר של Jinghuang Technology מצביע על כך שאלומינה 5N (99.999%) מתאימה למתח גבוה- (גדול מ-4.5 וולט או שווה ל-4.5 V) או לקתודות -ארוכות (כגון NCM811 עשירות בניקל) ושינוי אלקטרוליטים-מוצקים. טוהר גבוה יותר יכול להפחית תגובות לוואי של הממשק ולשפר את יציבות הטמפרטורה הגבוהה-; לדוגמה, -Al₂O₃ יכול להשיג שימור קיבולת של 85.1% לאחר 100 מחזורים ב-45 מעלות .
בתעשיות-היי-טק כגון סוללות מוצק-, דרישות הטוהר לאלומינה גבוהות ומחמירות יותר, הדורשות טוהר גדול מ-99.995% או שווה ל-99.995% כדי להפחית את עכבת הממשק, בעוד שגודל החלקיקים צריך להיות נשלט ברמת התת-מיקרון (0.1-1 מיקרון) כדי לשפר מוליכות יונית.
קרמיקה שקופה
אלומינה בטוהר-גבוהה היא חומר קרמי שקוף חשוב, ואחד השימושים שלו הוא ייצור של מנורת נתרן בלחץ גבוה-. מנורות נתרן בלחץ גבוה- הן מקורות אור חשמליים עם יעילות אור גבוהה מאוד. במהלך פריקת אדי נתרן, נוצרות טמפרטורות מעל 1000 מעלות, וצינור מנורת הזכוכית אינו יכול לעמוד בפני קורוזיה החזקה. רק לאחר הופעתה של קרמיקה שקופה של אלומינה-בטוהר גבוה, הפכו מנורות נתרן בלחץ גבוה- לישימות בפועל. גוף הננו-שקוף האלומינה הנוצר מננו-אלומינה אטומה רב גבישית (VK-L100G, 99.999%) בשימוש- במעטפות של מנורות נתרן בלחץ גבוה, עם פתיחת יעילות האור פי שניים מזו של מנורות, על ידי פתיחת יעילות האור פי שניים מזה.
חומרי ליטוש
ליטוש ננו-אלומינה דורשים טוהר גבוה במיוחד של אלומינה בטוהר- גבוה, בדרך כלל 4N (99.99%) ומעלה, בעוד שליטוש דיוק- גבוה (כגון CMP מוליכים למחצה) דורש 5N (99.999%) ומעלה. לאלומינה-בטוהר גבוה- יש את המבנה היציב ביותר, הקשיות הגבוהה ביותר (Mohs 9), אינרציה כימית חזקה ואינה מסיסה במים, חומצות ואלקליות. הוא מתאים לטחינה ולליטוש גס של מצעים קשים במיוחד כמו ספיר וסיליקון קרביד, המספק קצב הסרה גבוה.