Sintranje aluminijeve keramike

V sodobni znanosti o materialih in inženirstvu lahko materiale razdelimo v tri glavne kategorije: kovine, organski polimeri in keramika. Med njimi je aluminijeva keramika zaradi svojih odličnih celovitih lastnosti postala ena najpogosteje proizvedenih in uporabljenih naprednih keramik. Imajo visoko mehansko trdnost (upogibna trdnost do 300-400 MPa), visoko upornost (10¹⁴-10¹⁵ Ω·cm), odlične izolacijske lastnosti, visoko trdoto (trdota po Rockwellu HRA80-90), visoko tališče (približno 2050 ℃), odlično odpornost proti koroziji in kemično stabilnost ter izkazujejo tudi posebne optične lastnosti in ionsko prevodnost. Zaradi teh razlogov se keramika iz aluminijevega oksida široko uporablja na številnih visokotehnoloških področjih, vključno s proizvodnjo strojev (kot so deli in rezalna orodja, odporni na obrabo), elektroniko in energetiko (podlage za integrirana vezja, izolacijske lupine), kemično industrijo (reaktorske obloge, odporne proti koroziji), biomedicino (umetni sklepi, zobni vsadki), gradbeništvo (neprebojni oklepi, posebno steklo) in letalstvo. (visokotemperaturna okna, kupole).

V procesu pripravealuminijeva keramika, je vsak korak – predelava surovin, oblikovanje, sintranje in nadaljnja obdelava – ključnega pomena. Trenutno je sintranje glavni postopek za pripravo keramike iz aluminijevega oksida. Ta postopek vključuje visokotemperaturno obdelavo za zgostitev zelenega telesa, spodbujanje rasti zrn in razvoj poroznosti, ki tvori končno mikrostrukturo. Ko je sintranje končano, so mikrostruktura in lastnosti materiala v bistvu določene, zaradi česar jih je izjemno težko spreminjati z nadaljnjimi postopki. Zato so poglobljene raziskave mehanizma sintranja in ključnih dejavnikov vpliva, kot so značilnosti delcev surovin in izbira pripomočkov za sintranje, pomembne teoretične in inženirske vrednosti za optimizacijo lastnosti keramike iz aluminijevega oksida in razširitev obsega njihove uporabe.

1. Uvod vAluminijeva keramika

Aluminijev oksid (Al₂O₃) je ena najpogosteje uporabljenih surovin v napredni keramiki. Glede na vsebnost Al₂O₃ ga lahko razdelimo na vrste visoke čistosti (≥99,9 %) in navadne (75 %–99 %). Keramika iz aluminijevega oksida visoke čistosti ima izredno visoke temperature sintranja (1650–1990 ℃) in lahko prepušča infrardečo svetlobo 1–6 μm, ki se običajno uporablja v natrijevih žarnicah, platinasto-platinastih lončkih, substratih integriranih vezij in visokofrekvenčnih izolacijskih komponentah. Aluminijev oksid je glede na vsebnost Al₂O₃ razvrščen v več vrst, vključno z 99 %, 95 %, 90 % in 85 %. 99 % aluminijevega oksida se uporablja v visokotemperaturnih lončkih, keramičnih ležajih in tesnilih, odpornih proti obrabi; 95 % aluminijev oksid je primeren za okolja, odporna proti koroziji in obrabi; in 85% aluminijevega oksida ima zaradi dodatka smukca optimizirane električne lastnosti in mehansko trdnost, zaradi česar je primeren za vakuumsko pakiranje elektronskih naprav.

Aluminijev oksid obstaja v različnih kristalnih oblikah (alotropni kristali), najpogostejši pa so α-Al₂O₃, β-Al₂O3 in γ-Al₂O3. α-Al₂O₃ (struktura korunda) je najstabilnejša oblika, ki spada v trigonalni kristalni sistem, in je edina naravno prisotna stabilna kristalna oblika aluminijevega oksida (kot sta korund in rubin). Znan je po visoki trdoti, visokem tališču, odlični kemični stabilnosti in dielektričnih lastnostih ter je osnova za pripravo visoko zmogljive keramike iz aluminijevega oksida.

2. Sintranje aluminijeve keramike

Sintranje se nanaša na postopek segrevanja prahu ali stisnjenih zgoščenk pri temperaturi pod tališčem njihovih glavnih komponent in nato njihovega ustreznega hlajenja, da dobimo goste polikristalne materiale. Ta proces omogoča rast vratu delcev z difuzijo, migracijo meja zrn in odpravo por, kar na koncu povzroči visoko zmogljive keramične materiale z visoko gostoto. Gonilna sila izhaja iz težnje površinske energije sistema k zmanjševanju – ultrafini praški imajo visoko specifično površino in visoko površinsko energijo, med sintranjem pa vezava delcev in zmanjšanje poroznosti vodita do termodinamične stabilnosti sistema.

Glede na prisotnost ali odsotnost tekoče faze lahko sintranje razdelimo na sintranje v trdni fazi in sintranje v tekoči fazi. Okside, kot sta Al₂O3 in ZrO₂, je mogoče pogosto zgostiti s sintranjem v trdni fazi; medtem ko kovalentna keramika, kot sta Si₃N₄ in SiC, zahteva pomoč pri sintranju, da se tvori tekoča faza za spodbujanje sintranja. Sintranje v tekoči fazi vključuje tri stopnje: prerazporeditev delcev, raztapljanje-obarjanje in oblikovanje ogrodja v trdni fazi. Ustrezna tekoča faza lahko pospeši zgoščevanje, vendar lahko prekomerna tekoča faza povzroči nenormalno rast zrn.

Proces sintranja v glavnem vključuje tri stopnje: Začetna stopnja: prerazporeditev delcev, kontaktne točke tvorijo vratove in pore postanejo medsebojno povezane; Srednja stopnja: meje zrn se oblikujejo in premikajo, pore se postopoma zapirajo in gostota se znatno poveča; Kasnejša faza: Zrna še naprej rastejo in izolirane pore postopoma izginejo ali ostanejo na mejah zrn.

Semicorex ponuja prilagojeneKeramični izdelki iz aluminijevega oksida. Če imate kakršna koli vprašanja ali potrebujete dodatne podrobnosti, ne oklevajte in stopite v stik z nami.

Kontaktna telefonska številka +86-13567891907

E-pošta: sales@semicorex.com