www.188betkr.com 讯 氧化铝，作为铝材料的原材料以及化工、机械等传统行业的辅材在国民经济中长期扮演着重要角色。当前，随着通信、新能源、半导体等新兴行业不断涌现并飞速发展，同时对高性能新材料的渴求也越发强烈，某些高端氧化铝产品顺势起飞，尤其在新能源、半导体两大万亿级市场，氧化铝已成为十分关键的基础材料。
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01.两大万亿市场
半导体市场
随着人工智能、5G通信、物联网、云计算、汽车电子、机器人和无人机等应用领域市场的持续成长，半导体产业市场景气度高涨。
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根据多家市场研究机构的数据，2024年半导体市场规模实现了显著增长。例如，世界半导体贸易统计组织（WSTS）的数据显示，2024年全球半导体市场规模45,762亿元人民币，同比增长19%。其中，中国半导体市场规模增长20%，占全球市场30%。
WSTS预测2025年全球市场将增长11.2%，达到6970亿美元。Deloitte也预测2025年销售额为6970亿美元，并指出行业有望在2030年达到1万亿美元的销售目标。
新能源市场
为应对全球能源危机和环境污染问题，推进能源低碳转型，促进新能源行业可持续健康发展，全球各国纷纷出台政策支持新能源产业发展。
新能源汽车方面，自2021年以来，我国新能源汽车走出一条昂扬向上的发展曲线，年产销增速连续4年超过30%。2024年，新能源汽车年产销首次跨越1000万辆大关，分别完成1288.8万辆和1286.6万辆，同比分别增长34.4%和35.5%。新能源新车占汽车新车总销量的比重达到40.9%，较2023年提高9.3个百分点。有机构预测，2025年中国新能源汽车市场规模有望达到23100亿元。
电池方面，根据工业和信息化部公布的数据显示，2024年我国锂电池总产量1170GWh，同比增长24%，行业总产值超过1.2万亿元。
02.氧化铝在半导体行业的应用
1、半导体设备零部件
氧化铝陶瓷部件具有高硬度、高机械强度、超耐磨性、耐高温、电阻率大、电绝缘性能好等优异性能，能满足真空、高温等特殊环境下的半导体制造复杂性能要求，在半导体制造生产线上有着不可替代的重要作用，其应用几乎覆盖所有半导体制造设备，是半导体生产设备的关键部件。
按用途分类，氧化铝陶瓷部件主要分为圆环圆筒类、气流导向类、承重固定类、手抓垫片类、模块类等。
圆环圆筒类
在刻蚀环节，为减少等离子刻蚀过程中对晶圆的污染，选用耐腐蚀性强的高纯氧化铝涂层或氧化铝陶瓷作为刻蚀腔体和腔体内衬的防护材料。
圆环圆筒类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
气体导向类
等离子清洗工序中，会使用含有反应性较高的氟系、氯系等卤族元素的腐蚀性气体。气体喷嘴通常由氧化铝陶瓷制备，要求具有高等离子电阻、介电强度以及对工艺气体和副产品的强耐腐蚀性高等性能，同时内部具有精密孔结构用以精确控制气体流量。
气体导向类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
承重固定类
在半导体制造过程中，晶圆可能会经历高温处理，如蚀刻、离子注入等。氧化铝晶圆载台作为晶圆传输的载体，能够确保晶圆在传输过程中的稳定性和安全性。氧化铝晶圆载台具有良好的热传导性，能够有效地将晶圆产生的热量分散并导出，从而保护晶圆免受热损伤。
承重固定类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
手抓垫片类
在晶圆片的搬运中，会应用到氧化铝陶瓷制成的陶瓷机械手臂，将其安装在晶圆搬运机器人上，相当于机器人的手，负责搬运晶圆片到指定位置，其表面直接与晶圆接触。因为晶圆片极其容易受到其他颗粒的污染，所以一般在真空环境下进行。在此环境下，大部分材料的机械手臂一般难以完成工作，制作机械手臂的材料需要耐高温、耐磨、并且硬度也需要很高。由于工作条件的要求一般都采用纯度极高的氧化铝陶瓷材料制作，同时需要保证陶瓷件的精度和表面粗糙度，通常有夹持式、承载式、真空吸附式、伯努利西式。
氧化铝/碳化硅机械手臂，来源：日本京瓷
手抓垫片类氧化铝陶瓷部件在半导体设备中主要应用
模块类
在沉积环节，如物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、化学机械抛光（CMP）等先进工艺中，静电卡盘、陶瓷加热器、抛光台、抛光板、腔体及其他加工件也都采用氧化铝陶瓷部件。
高纯氧化铝抛光板，来源：日本京瓷
2、陶瓷基板
陶瓷基板具有绝缘性能好、强度高、热膨胀系数小、优异的化学稳定性和导热性能脱颖而出，在集成电路封装环节被普遍看好。
康宁公司开发的超薄氧化铝陶瓷基板
其中，氧化铝陶瓷作为一种基板材料广泛应用于射频微波电子行业，其介电常数高可使电路小型化，其热稳定性好温漂小，基片强度及化学稳定性高，性能优于其他大部分氧化物材料，可应用于各类厚膜电路、薄膜电路、混合电路、微波组件模块等。氧化铝陶瓷基板价格低廉(约为氮化铝的1/10)，生产工艺成熟，目前产量最大，应用面最广。
3、CMP抛光磨料
当前，化学机械抛光技术（CMP）是唯一可以实现全局平坦化的关键技术，被广泛应用于半导体晶片抛光、浅槽隔离、铜互连等多个环节。
其中磨粒主要通过微切削、划擦等方式承担着CMP抛光中机械作用，是CMP环节的关键材料。抛光液在CMP抛光材料成本中占比达49%，而磨料约占抛光液成本的50%-70%。
图片来源：广州汇富研究院
当前，最常用的磨料主要有SiO2、CeO2、Al2O3三种。
其中，高纯亚微米级球形氧化铝粉作为化学机械抛光液磨粒时，去除率高、抛光快、抛光面不易产生微细划痕、光洁度高，可用于半导体制程中的抛光环节。
03.氧化铝在新能源行业的应用
1、正极材料
在锂离子电池正极材料中，Al2O3表面涂覆可以有效地提高正极材料的容量保持率、长循环性以及热稳定性。Al2O3表面涂层对正极材料性能的积极影响可能包括：作为一种氟化氢清除剂，清除电解质溶液的中的HF，抑制正极材料中过渡金属的溶解；在正极材料表面形成一层物理保护屏障，抑制正极材料和非水电解质之间发生不必要的副反应；在正极材料表面形成锂化氧化铝，提高锂离子扩散速率，降低电荷转移电阻；减少放热反应，提升正极材料的热稳定性能；Al2O3与LiPF6反应生成电解质添加剂LiPO2F2，提升电池的循环性能和寿命；抑制Jahn-Teller效应，提升电极的循环稳定性。
2、隔膜涂覆
隔膜是锂离子电池材料中技术壁垒最高的部分，其成本占比仅次于正极材料，约为10%~14%，在一些高端电池中隔膜成本占比甚至达到20%。
经研究发现，将隔膜表面单面或者双面进行涂覆可以显著提高高温稳定性，缓解隔膜热收缩造成的电池正负极接触、燃烧、爆炸的安全问题，且隔膜的稳定性和寿命都有显著改善。
高纯氧化铝作为一种无机涂覆材料，具有很高的热稳定性及化学惰性，是电池隔膜陶瓷涂层的很好选择。
3、负极材料
氧化铝不仅可以涂覆在隔膜上，还可以在负极表面涂覆。侯敏等、张沿江等研究发现涂覆氧化铝涂层提高了负极界面的稳定性，减少了活性锂的损失，提高锂离子电池的荷电保持能力和循环性能。在针刺测试过程中，负极表面涂层能够降低正负极短路的严重程度。
4、电解液
锂离子电池的性能很大程度上受电解液性质的影响，不同体系电解液应用于不同功能的锂离子电池中。有研究发现，在电解液中添加一定量的氧化铝粉体可以有效提高电解液的电导率，减小电荷传递电阻，提高锂离子电池的电化学性能。
5、固态电池电解质
高纯纳米氧化铝添加于聚合物固态电解质，比如聚环氧乙烷（PEO）固态电解质中，可以提高聚合物的导电性和稳定性，降低聚合物结晶度，提高链运动能力；添加于氧化物固态电解质，比如石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZO）固体电解质中，可以提高电解质的电导率与容量保持率。
小结
除以上介绍外，氧化铝在新能源、半导体行业的应用远不止于此。比如新能源汽车中继电器、熔断器、密封环等陶瓷部件等。在新能源、半导体行业中，正共同面临着热管理难题，除了作为散热基板参与热管理外，氧化铝还常常作为导热填料被做成导热膏、导热凝胶等散热材料发挥关键的作用。总之，氧化铝材料在新能源、半导体行业两大万亿市场有广阔的应用前景。
参考来源：
[1]稳！中国新能源汽车产销总量连续10年全球第一.人民日报
[2]李建慧等：氧化铝陶瓷部件在半导体领域应用及市场概览
[3]马征：氧化铝陶瓷精密部件制备技术的研究
[4]工信部、WSTS、艾媒数据中心、www.188betkr.com
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