ZTA陶瓷是以Al2O3为基体，部分稳定ZrO2为增韧相的一种复相陶瓷材料。ZTA陶瓷的机械性能介于Al2O3陶瓷和ZrO2陶瓷之间，既保留了Al2O3陶瓷高硬度和耐磨的特性，又有ZrO2陶瓷断裂韧性好和抗弯强度高的优点，且价格低于ZrO2陶瓷。

ZTA陶瓷的增韧机理及应用优势

氧化锆增韧氧化铝的主要机制是：由于ZrO2的热膨胀系数大于氧化铝，而且粉体中位粒径为0.25μm的3Y- ZrO2的烧结温度低于中位粒径为2.00μm的Al2O3.有利于ZrO2四方相向单斜相产生马氏体相转变，相变晶粒的剪切应力和体积膨胀对基体产生压应变，使裂纹扩展需要更大的能力，从而增加了ZTA陶瓷基体的韧性。

由于ZTA陶瓷具有优良的散热性、绝缘性、抗热震性和机械强度，因此，ZTA陶瓷敷铜基板和发热元件在压力传感器、电动汽车IGBT、DC-AC逆变器以及电子烟中有广泛的应用。

普通的DBC覆铜板，以氧化铝陶瓷基板为载体，抗弯强度为380MPa左右。

当铜金属层厚度为300μm时，55-150℃的温度循环次数在50次左右。将ZTA陶瓷基板用于DBC电路板时，由于其抗弯强度达到750Mpa以上，比96%氧化铝陶瓷基板高一倍，铜金属层厚度在100-500μm，可承受更高的载流容量，以铜厚300μm为例，55-150℃温度循环次数超过200次。将ZTA陶瓷应用于发热元件时，能够比96%氧化铝陶瓷发热元件承受三倍以上的启动功率。

电学性能优化设计

ZrO2在ZTA陶瓷中作为增韧相的同时，也是导电相。当ZrO2含量超过一定量时，ZTA陶瓷敷铜电路板会出现漏电流，发热元件会发生击穿现象。陶瓷材料的宏观性能是由材料的组成和显微结构决定的，因此，可以通过设计陶瓷的成分和晶粒结构来制造一种满足使用要求的材料。

吴崇隽等根据威尔-弗兰模型和立方排列原理，分别推导出ZTA陶瓷中ZrO2体积分数与Al2O3/ ZrO2粒径比的立方成反比的公式。由公式计算出ZTA陶瓷配方中Al2O3粉体和ZrO2粉体的含量和粒径，采用流延成型工艺和常压烧结方法制备陶瓷基板样品，研究材料组成和显微结构对ZTA陶瓷基板力学和电学性能的影响。

ZTA

(a)16% ZrO

(b)16% ZrO

(c)8.57% ZrO

(d)8.57% ZrO

结果表明，按照立方排列原理计算出来的ZrO2含量为8.57%，其中，ZrO2与Al2O3粒径比为0.414的ZrO2含量为2.86%，粒径比为0.225的ZrO2含量为5.71%，ZTA陶瓷基板的抗弯强度达到816MPa，在600℃时的体积电阻率为6.9×1010Ω·cm，满足了ZTA陶瓷覆铜基板和发热元件对力学与电学性能的要求。

力学和光学性能优化设计

目前在LED行业普遍采用96%Al2O3陶瓷基板和镜面铝基板进行COB(Chipson Board)封装，对比两种封装用的基板，各有利弊。高反射率(>99%)陶瓷基板比普通的96% Al2O3陶瓷基板(<92%)在反射率上会有很大提高，且高于镜面铝基板，其封装COB光源的光效和光衰减量均优于镜面铝基板。

在同等光通量的情况下，可减少在基板上搭载的LED芯片数量，降低LED的生产成本。目前，对ZTA陶瓷基板光学性能的研究还少见于报端，对其应用领域也谈之甚少。

吴崇隽等以α-Al2O3粉体为主相材料，添加不同含量的ZrO2 (体积分数0%～28%)，采用流延成型工艺和常压烧结方法制备ZTA陶瓷样品，研究ZrO2的含量、气孔率、基板厚度以及白度对ZTA陶瓷基板力学和光学性能的影响。

ZTA

结果表明:随ZrO2含量增加，断裂韧性和抗弯强度呈现先增大后减小的趋势，ZrO2含量为体积分数20%时达到最大值，分别为5.7MPa·m1/2和865MPa;当ZrO2含量低于体积分数12%时，随气孔率增加，反射率升高;此外，ZTA陶瓷基板的厚度增加，反射率升高;白度下降，反射率也随之降低。最终制备出一种反射率达到100.7%，满足LED高光效需求的ZTA陶瓷基板。