Синтероване на алуминиева керамика

В съвременното материалознание и инженерство материалите могат да бъдат разделени на три основни категории: метали, органични полимери и керамика. Сред тях керамиката от алуминиев оксид, благодарение на своите отлични цялостни свойства, се превърна в една от най-широко произвежданите и прилагани модерни керамики. Те притежават висока механична якост (якост на огъване до 300-400 MPa), високо съпротивление (10¹⁴-10¹⁵ Ω·cm), отлични изолационни свойства, висока твърдост (твърдост по Рокуел HRA80-90), висока точка на топене (приблизително 2050℃), отлична устойчивост на корозия и химическа стабилност, а също така показват специфични оптични свойства и йонна проводимост. Поради тези причини алуминиевата керамика се използва широко в много високотехнологични области, включително машиностроенето (като устойчиви на износване части и режещи инструменти), електрониката и енергетиката (субстрати на интегрални схеми, изолационни черупки), химическата промишленост (устойчиви на корозия облицовки на реактори), биомедицина (изкуствени стави, зъбни импланти), строително инженерство (бронирани брони, специално стъкло) и космическото пространство (високотемпературни прозорци, обтекатели).

В процеса на подготовка наалуминиева керамика, всяка стъпка – обработка на суровината, формоване, синтероване и последваща обработка – е от решаващо значение. В момента синтероването е основният процес за приготвяне на алуминиева керамика. Този процес включва високотемпературна обработка за уплътняване на зеленото тяло, насърчаване на растежа на зърната и развитие на порьозност, образувайки крайната микроструктура. След като синтероването приключи, микроструктурата и свойствата на материала са по същество определени, което го прави изключително трудно да се модифицира чрез последващи процеси. Следователно, задълбочените изследвания на механизма на синтероване и ключовите влияещи фактори - като характеристиките на частиците на суровината и избора на помощни средства за синтероване - са от значителна теоретична и инженерна стойност за оптимизиране на свойствата на алуминиевата керамика и разширяване на обхвата на тяхното приложение.

1. Въведение вАлуминиева керамика

Двуалуминиевият оксид (Al₂O₃) е една от най-често използваните суровини в модерната керамика. Въз основа на съдържанието на Al₂O₃, той може да бъде разделен на видове с висока чистота (≥99,9%) и обикновени (75%–99%). Керамиката с алуминиев оксид с висока чистота има изключително високи температури на синтероване (1650–1990 ℃) и може да предава 1–6 μm инфрачервена светлина, често използвана в натриеви лампи, платинено-платинени тигли, субстрати на интегрални схеми и високочестотни изолационни компоненти. Двуалуминиевият оксид се класифицира в няколко типа въз основа на съдържанието на Al2O3, включително 99%, 95%, 90% и 85%. 99% алуминиев оксид се използва във високотемпературни тигели, керамични лагери и устойчиви на износване уплътнения; 95% алуминиев оксид е подходящ за устойчиви на корозия и износване среди; и 85% алуминиев оксид, поради добавянето на талк, има оптимизирани електрически свойства и механична якост, което го прави подходящ за вакуумно опаковане на електронни устройства.

Двуалуминиевият оксид съществува в различни кристални форми (алотропни кристали), като най-често срещаните са α-Al₂O3, β-Al2O3 и γ-Al2O3. α-Al₂O₃ (структура на корунд) е най-стабилната форма, принадлежаща към тригоналната кристална система, и е единствената естествено срещаща се стабилна кристална форма на алуминиев оксид (като корунд и рубин). Той е известен със своята висока твърдост, висока точка на топене, отлична химическа стабилност и диелектрични свойства и е основата за получаване на високоефективна алуминиева керамика.

2. Синтероване на алуминиева керамика

Агломерирането се отнася до процеса на нагряване на прах или пресовани пресовани материали при температура под точката на топене на техните основни компоненти и след това охлаждането им по подходящ начин, за да се получат плътни поликристални материали. Този процес позволява растеж на шийката на частиците чрез дифузия, миграция на границите на зърната и елиминиране на порите, което в крайна сметка води до керамични материали с висока плътност и висока производителност. Движещата сила идва от тенденцията на повърхностната енергия на системата да намалява - ултрафините прахове имат висока специфична повърхност и висока повърхностна енергия, а по време на синтероване, свързването на частиците и намаляването на порьозността водят до термодинамична стабилност на системата.

Въз основа на наличието или отсъствието на течна фаза, синтероването може да бъде разделено на синтероване в твърда фаза и синтероване в течна фаза. Оксиди като Al2O3 и ZrO2 често могат да бъдат уплътнени чрез синтероване в твърда фаза; докато ковалентната керамика като Si₃N4 и SiC изискват помощни средства за синтероване, за да образуват течна фаза за насърчаване на синтероването. Течнофазовото синтероване включва три етапа: пренареждане на частиците, разтваряне-утаяване и образуване на рамка от твърда фаза. Подходящата течна фаза може да насърчи уплътняването, но прекомерната течна фаза може да доведе до необичаен растеж на зърното.

Процесът на синтероване включва основно три етапа: Начален етап: Пренареждане на частиците, контактните точки образуват шийки и порите се свързват помежду си; Среден етап: Границите на зърната се образуват и преместват, порите постепенно се затварят и плътността значително се увеличава; По-късен етап: Зърната продължават да растат и изолираните пори постепенно изчезват или остават по границите на зърната.

Semicorex предлага персонализираниКерамични продукти от алуминиев оксид. Ако имате запитвания или се нуждаете от допълнителни подробности, моля не се колебайте да се свържете с нас.

Телефон за връзка +86-13567891907

Имейл: sales@semicorex.com