中國粉體網訊 氧化鋁，作為鋁材料的原材料以及化工、機械等傳統行業的輔材在國民經濟中長期扮演著重要角色。當前，隨著通信、新能源、半導體等新興行業不斷涌現并飛速發展，同時對高性能新材料的渴求也越發強烈，某些高端氧化鋁產品順勢起飛，尤其在新能源、半導體兩大萬億級市場，氧化鋁已成為十分關鍵的基礎材料。
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01.兩大萬億市場
半導體市場
隨著人工智能、5G通信、物聯網、云計算、汽車電子、機器人和無人機等應用領域市場的持續成長，半導體產業市場景氣度高漲。
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根據多家市場研究機構的數據，2024年半導體市場規模實現了顯著增長。例如，世界半導體貿易統計組織（WSTS）的數據顯示，2024年全球半導體市場規模45,762億元人民幣，同比增長19%。其中，中國半導體市場規模增長20%，占全球市場30%。
WSTS預測2025年全球市場將增長11.2%，達到6970億美元。Deloitte也預測2025年銷售額為6970億美元，并指出行業有望在2030年達到1萬億美元的銷售目標。
新能源市場
為應對全球能源危機和環境污染問題，推進能源低碳轉型，促進新能源行業可持續健康發展，全球各國紛紛出臺政策支持新能源產業發展。
新能源汽車方面，自2021年以來，我國新能源汽車走出一條昂揚向上的發展曲線，年產銷增速連續4年超過30%。2024年，新能源汽車年產銷首次跨越1000萬輛大關，分別完成1288.8萬輛和1286.6萬輛，同比分別增長34.4%和35.5%。新能源新車占汽車新車總銷量的比重達到40.9%，較2023年提高9.3個百分點。有機構預測，2025年中國新能源汽車市場規模有望達到23100億元。
電池方面，根據工業和信息化部公布的數據顯示，2024年我國鋰電池總產量1170GWh，同比增長24%，行業總產值超過1.2萬億元。
02.氧化鋁在半導體行業的應用
1、半導體設備零部件
氧化鋁陶瓷部件具有高硬度、高機械強度、超耐磨性、耐高溫、電阻率大、電絕緣性能好等優異性能，能滿足真空、高溫等特殊環境下的半導體制造復雜性能要求，在半導體制造生產線上有著不可替代的重要作用，其應用幾乎覆蓋所有半導體制造設備，是半導體生產設備的關鍵部件。
按用途分類，氧化鋁陶瓷部件主要分為圓環圓筒類、氣流導向類、承重固定類、手抓墊片類、模塊類等。
圓環圓筒類
在刻蝕環節，為減少等離子刻蝕過程中對晶圓的污染，選用耐腐蝕性強的高純氧化鋁涂層或氧化鋁陶瓷作為刻蝕腔體和腔體內襯的防護材料。
圓環圓筒類氧化鋁陶瓷部件在半導體設備中主要應用
氣體導向類
等離子清洗工序中，會使用含有反應性較高的氟系、氯系等鹵族元素的腐蝕性氣體。氣體噴嘴通常由氧化鋁陶瓷制備，要求具有高等離子電阻、介電強度以及對工藝氣體和副產品的強耐腐蝕性高等性能，同時內部具有精密孔結構用以精確控制氣體流量。
氣體導向類氧化鋁陶瓷部件在半導體設備中主要應用
承重固定類
在半導體制造過程中，晶圓可能會經歷高溫處理，如蝕刻、離子注入等。氧化鋁晶圓載臺作為晶圓傳輸的載體，能夠確保晶圓在傳輸過程中的穩定性和安全性。氧化鋁晶圓載臺具有良好的熱傳導性，能夠有效地將晶圓產生的熱量分散并導出，從而保護晶圓免受熱損傷。
承重固定類氧化鋁陶瓷部件在半導體設備中主要應用
手抓墊片類
在晶圓片的搬運中，會應用到氧化鋁陶瓷制成的陶瓷機械手臂，將其安裝在晶圓搬運機器人上，相當于機器人的手，負責搬運晶圓片到指定位置，其表面直接與晶圓接觸。因為晶圓片極其容易受到其他顆粒的污染，所以一般在真空環境下進行。在此環境下，大部分材料的機械手臂一般難以完成工作，制作機械手臂的材料需要耐高溫、耐磨、并且硬度也需要很高。由于工作條件的要求一般都采用純度極高的氧化鋁陶瓷材料制作，同時需要保證陶瓷件的精度和表面粗糙度，通常有夾持式、承載式、真空吸附式、伯努利西式。
氧化鋁/碳化硅機械手臂，來源：日本京瓷
手抓墊片類氧化鋁陶瓷部件在半導體設備中主要應用
模塊類
在沉積環節，如物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、化學機械拋光（CMP）等先進工藝中，靜電卡盤、陶瓷加熱器、拋光臺、拋光板、腔體及其他加工件也都采用氧化鋁陶瓷部件。
高純氧化鋁拋光板，來源：日本京瓷
2、陶瓷基板
陶瓷基板具有絕緣性能好、強度高、熱膨脹系數小、優異的化學穩定性和導熱性能脫穎而出，在集成電路封裝環節被普遍看好。
康寧公司開發的超薄氧化鋁陶瓷基板
其中，氧化鋁陶瓷作為一種基板材料廣泛應用于射頻微波電子行業，其介電常數高可使電路小型化，其熱穩定性好溫漂小，基片強度及化學穩定性高，性能優于其他大部分氧化物材料，可應用于各類厚膜電路、薄膜電路、混合電路、微波組件模塊等。氧化鋁陶瓷基板價格低廉(約為氮化鋁的1/10)，生產工藝成熟，目前產量最大，應用面最廣。
3、CMP拋光磨料
當前，化學機械拋光技術（CMP）是唯一可以實現全局平坦化的關鍵技術，被廣泛應用于半導體晶片拋光、淺槽隔離、銅互連等多個環節。
其中磨粒主要通過微切削、劃擦等方式承擔著CMP拋光中機械作用，是CMP環節的關鍵材料。拋光液在CMP拋光材料成本中占比達49%，而磨料約占拋光液成本的50%-70%。
圖片來源：廣州匯富研究院
當前，最常用的磨料主要有SiO2、CeO2、Al2O3三種。
其中，高純亞微米級球形氧化鋁粉作為化學機械拋光液磨粒時，去除率高、拋光快、拋光面不易產生微細劃痕、光潔度高，可用于半導體制程中的拋光環節。
03.氧化鋁在新能源行業的應用
1、正極材料
在鋰離子電池正極材料中，Al2O3表面涂覆可以有效地提高正極材料的容量保持率、長循環性以及熱穩定性。Al2O3表面涂層對正極材料性能的積極影響可能包括：作為一種氟化氫清除劑，清除電解質溶液的中的HF，抑制正極材料中過渡金屬的溶解；在正極材料表面形成一層物理保護屏障，抑制正極材料和非水電解質之間發生不必要的副反應；在正極材料表面形成鋰化氧化鋁，提高鋰離子擴散速率，降低電荷轉移電阻；減少放熱反應，提升正極材料的熱穩定性能；Al2O3與LiPF6反應生成電解質添加劑LiPO2F2，提升電池的循環性能和壽命；抑制Jahn-Teller效應，提升電極的循環穩定性。
2、隔膜涂覆
隔膜是鋰離子電池材料中技術壁壘最高的部分，其成本占比僅次于正極材料，約為10%~14%，在一些高端電池中隔膜成本占比甚至達到20%。
經研究發現，將隔膜表面單面或者雙面進行涂覆可以顯著提高高溫穩定性，緩解隔膜熱收縮造成的電池正負極接觸、燃燒、爆炸的安全問題，且隔膜的穩定性和壽命都有顯著改善。
高純氧化鋁作為一種無機涂覆材料，具有很高的熱穩定性及化學惰性，是電池隔膜陶瓷涂層的很好選擇。
3、負極材料
氧化鋁不僅可以涂覆在隔膜上，還可以在負極表面涂覆。侯敏等、張沿江等研究發現涂覆氧化鋁涂層提高了負極界面的穩定性，減少了活性鋰的損失，提高鋰離子電池的荷電保持能力和循環性能。在針刺測試過程中，負極表面涂層能夠降低正負極短路的嚴重程度。
4、電解液
鋰離子電池的性能很大程度上受電解液性質的影響，不同體系電解液應用于不同功能的鋰離子電池中。有研究發現，在電解液中添加一定量的氧化鋁粉體可以有效提高電解液的電導率，減小電荷傳遞電阻，提高鋰離子電池的電化學性能。
5、固態電池電解質
高純納米氧化鋁添加于聚合物固態電解質，比如聚環氧乙烷（PEO）固態電解質中，可以提高聚合物的導電性和穩定性，降低聚合物結晶度，提高鏈運動能力；添加于氧化物固態電解質，比如石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）固體電解質中，可以提高電解質的電導率與容量保持率。
小結
除以上介紹外，氧化鋁在新能源、半導體行業的應用遠不止于此。比如新能源汽車中繼電器、熔斷器、密封環等陶瓷部件等。在新能源、半導體行業中，正共同面臨著熱管理難題，除了作為散熱基板參與熱管理外，氧化鋁還常常作為導熱填料被做成導熱膏、導熱凝膠等散熱材料發揮關鍵的作用。總之，氧化鋁材料在新能源、半導體行業兩大萬億市場有廣闊的應用前景。
參考來源：
[1]穩！中國新能源汽車產銷總量連續10年全球第一.人民日報
[2]李建慧等：氧化鋁陶瓷部件在半導體領域應用及市場概覽
[3]馬征：氧化鋁陶瓷精密部件制備技術的研究
[4]工信部、WSTS、艾媒數據中心、中國粉體網
（中國粉體網/山川）
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