Spekanie keramiky z oxidu hlinitého

V modernej materiálovej vede a inžinierstve možno materiály rozdeliť do troch hlavných kategórií: kovy, organické polyméry a keramika. Medzi nimi sa hlinitá keramika vďaka svojim vynikajúcim komplexným vlastnostiam stala jednou z najrozšírenejších a najpoužívanejších moderných keramik. Majú vysokú mechanickú pevnosť (pevnosť v ohybe až 300-400 MPa), vysoký odpor (10¹⁴-10¹⁵ Ω·cm), vynikajúce izolačné vlastnosti, vysokú tvrdosť (tvrdosť podľa Rockwella HRA80-90), vysoký bod topenia (približne 2050℃), vynikajúcu odolnosť proti korózii a špecifickú optickú vodivosť a tiež i. Z týchto dôvodov sa keramika z oxidu hlinitého široko používa v mnohých oblastiach špičkových technológií vrátane výroby strojov (ako sú diely odolné voči opotrebovaniu a rezné nástroje), elektroniky a energetiky (substráty s integrovanými obvodmi, izolačné plášte), chemickom priemysle (obloženie reaktorov odolných voči korózii), biomedicíne (umelé kĺby, zubné implantáty), stavebnom inžinierstve (nepriestrelné pancierovanie, špeciálne sklo) a kozmickom priemysle (vysokoteplotné okná).

V procese prípravyhlinitá keramikaKaždý krok – spracovanie suroviny, tvarovanie, spekanie a následné spracovanie – je rozhodujúci. V súčasnosti je spekanie hlavným procesom prípravy keramiky z oxidu hlinitého. Tento proces zahŕňa vysokoteplotné spracovanie na zahustenie zeleného tela, podporu rastu zŕn a vyvinutie pórovitosti, čím sa vytvorí konečná mikroštruktúra. Po dokončení spekania sa v podstate určí mikroštruktúra a vlastnosti materiálu, čo sťažuje modifikáciu následnými procesmi. Preto hĺbkový výskum mechanizmu spekania a kľúčových ovplyvňujúcich faktorov – ako sú charakteristiky častíc surovín a výber pomocných látok na spekanie – má významnú teoretickú a inžiniersku hodnotu pre optimalizáciu vlastností aluminovej keramiky a rozšírenie rozsahu ich použitia.

1. Úvod doKeramika z oxidu hlinitého

Oxid hlinitý (Al₂O₃) je jednou z najčastejšie používaných surovín v modernej keramike. Na základe obsahu Al₂O₃ ho možno rozdeliť na vysoko čisté (≥99,9 %) a bežné (75 % – 99 %) typy. Keramika z oxidu hlinitého s vysokou čistotou má extrémne vysoké teploty spekania (1650–1990 ℃) a môže prenášať infračervené svetlo 1–6 μm, ktoré sa bežne používa v sodíkových výbojkách, platinovo-platinových téglikoch, substrátoch integrovaných obvodov a vysokofrekvenčných izolačných komponentoch. Oxid hlinitý je klasifikovaný do niekoľkých typov na základe obsahu Al₂O3, vrátane 99 %, 95 %, 90 % a 85 %. 99% oxid hlinitý sa používa vo vysokoteplotných téglikoch, keramických ložiskách a tesneniach odolných voči opotrebovaniu; 95% oxid hlinitý je vhodný pre prostredia odolné voči korózii a opotrebovaniu; a 85 % oxidu hlinitého, vďaka pridaniu mastenca, má optimalizované elektrické vlastnosti a mechanickú pevnosť, vďaka čomu je vhodný na vákuové balenie elektronických zariadení.

Oxid hlinitý existuje v rôznych kryštálových formách (alotropné kryštály), najbežnejšie sú α-Al203, β-Al203 a y-Al203. α-Al2O3 (štruktúra korundu) je najstabilnejšia forma patriaca do trigonálneho kryštálového systému a je jedinou prirodzene sa vyskytujúcou stabilnou kryštálovou formou oxidu hlinitého (ako korund a rubín). Je známy svojou vysokou tvrdosťou, vysokým bodom topenia, vynikajúcou chemickou stabilitou a dielektrickými vlastnosťami a je základom pre prípravu vysokovýkonnej keramiky z oxidu hlinitého.

2. Spekanie keramiky z oxidu hlinitého

Spekanie sa vzťahuje na proces zahrievania prášku alebo lisovaných výliskov na teplotu pod bodom topenia ich hlavných zložiek a ich následné ochladzovanie, aby sa získali husté polykryštalické materiály. Tento proces umožňuje rast hrdla častíc prostredníctvom difúzie, migrácie hraníc zŕn a eliminácie pórov, čo v konečnom dôsledku vedie k vysokohustotným, vysokovýkonným keramickým materiálom. Hnacia sila pochádza z tendencie znižovania povrchovej energie systému – ultrajemné prášky majú vysoký špecifický povrch a vysokú povrchovú energiu a počas spekania vedie spájanie častíc a znižovanie pórovitosti k termodynamickej stabilite systému.

Na základe prítomnosti alebo neprítomnosti kvapalnej fázy možno spekanie rozdeliť na spekanie v pevnej fáze a spekanie v kvapalnej fáze. Oxidy, ako je Al203 a Zr02, môžu byť často zahustené spekaním v pevnej fáze; zatiaľ čo kovalentná keramika, ako je Si3N4 a SiC, vyžaduje pomocné spekacie prostriedky na vytvorenie kvapalnej fázy na podporu spekania. Spekanie v kvapalnej fáze zahŕňa tri stupne: preskupenie častíc, rozpúšťanie-precipitáciu a tvorbu kostry v pevnej fáze. Vhodná kvapalná fáza môže podporiť zahusťovanie, ale nadmerná kvapalná fáza môže viesť k abnormálnemu rastu zŕn.

Proces spekania zahŕňa hlavne tri stupne: Počiatočná fáza: Preskupenie častíc, kontaktné body tvoria hrdlá a póry sa prepoja; Stredné štádium: Hranice zŕn sa tvoria a pohybujú, póry sa postupne uzatvárajú a hustota sa výrazne zvyšuje; Neskoršie štádium: Zrná pokračujú v raste a izolované póry postupne miznú alebo zostávajú na hraniciach zŕn.

Semicorex ponúka prispôsobenéKeramické výrobky z oxidu hlinitého. Ak máte akékoľvek otázky alebo potrebujete ďalšie podrobnosti, neváhajte nás kontaktovať.

Kontaktné telefónne číslo +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com