Spiekanie ceramiki z tlenku glinu

We współczesnej nauce i inżynierii materiałowej materiały można podzielić na trzy główne kategorie: metale, polimery organiczne i ceramikę. Wśród nich ceramika z tlenku glinu, ze względu na swoje doskonałe wszechstronne właściwości, stała się jedną z najpowszechniej produkowanych i stosowanych zaawansowanych materiałów ceramicznych. Posiadają wysoką wytrzymałość mechaniczną (wytrzymałość na zginanie do 300-400 MPa), wysoką rezystywność (10¹⁴-10¹⁵ Ω·cm), doskonałe właściwości izolacyjne, wysoką twardość (twardość Rockwella HRA80-90), wysoką temperaturę topnienia (około 2050℃), doskonałą odporność na korozję i stabilność chemiczną, a także wykazują specyficzne właściwości optyczne i przewodnictwo jonowe. Z tych powodów ceramika z tlenku glinu jest szeroko stosowana w wielu zaawansowanych technologicznie dziedzinach, w tym w produkcji maszyn (takich jak części odporne na zużycie i narzędzia skrawające), elektronice i energetyce (podłoża układów scalonych, powłoki izolacyjne), przemyśle chemicznym (odporne na korozję okładziny reaktorów), biomedycynie (sztuczne stawy, implanty dentystyczne), inżynierii budowlanej (pancerze kuloodporne, specjalne szkło) i przemyśle lotniczym (okna wysokotemperaturowe, kopuły radarowe).

W procesie przygotowaniaceramika z tlenku glinukażdy etap — przetwarzanie surowca, formowanie, spiekanie i późniejsze przetwarzanie — jest kluczowy. Obecnie spiekanie jest głównym procesem wytwarzania ceramiki z tlenku glinu. Proces ten obejmuje obróbkę w wysokiej temperaturze w celu zagęszczenia zielonej masy, pobudzenia wzrostu ziaren i zmiany porowatości, tworząc ostateczną mikrostrukturę. Po zakończeniu spiekania zasadniczo określa się mikrostrukturę i właściwości materiału, co sprawia, że ​​jego modyfikacja w kolejnych procesach jest niezwykle trudna. Dlatego dogłębne badania mechanizmu spiekania i kluczowych czynników wpływających, takich jak charakterystyka cząstek surowca i dobór środków pomocniczych do spiekania, mają znaczącą wartość teoretyczną i inżynierską w optymalizacji właściwości ceramiki z tlenku glinu i poszerzeniu zakresu ich zastosowań.

1. Wprowadzenie doCeramika z tlenku glinu

Tlenek glinu (Al₂O₃) jest jednym z najczęściej stosowanych surowców w zaawansowanej ceramice. Ze względu na zawartość Al₂O₃ można go podzielić na odmiany o wysokiej czystości (≥99,9%) i zwykłe (75%–99%). Ceramika z tlenku glinu o wysokiej czystości ma wyjątkowo wysokie temperatury spiekania (1650–1990 ℃) i może przepuszczać światło podczerwone o długości fali 1–6 μm, powszechnie stosowane w lampach sodowych, tyglach platynowo-platynowych, podłożach obwodów scalonych i elementach izolacyjnych o wysokiej częstotliwości. Tlenek glinu dzieli się na kilka typów w zależności od zawartości Al₂O₃, w tym 99%, 95%, 90% i 85%. 99% tlenku glinu stosuje się w tyglach wysokotemperaturowych, łożyskach ceramicznych i uszczelnieniach odpornych na zużycie; 95% tlenek glinu nadaje się do środowisk odpornych na korozję i zużycie; i 85% tlenku glinu, dzięki dodatkowi talku, ma zoptymalizowane właściwości elektryczne i wytrzymałość mechaniczną, dzięki czemu nadaje się do próżniowego pakowania urządzeń elektronicznych.

Tlenek glinu występuje w różnych postaciach krystalicznych (kryształy alotropowe), z których najpowszechniejszymi są α-Al₂O₃, β-Al₂O₃ i γ-Al₂O₃. α-Al₂O₃ (struktura korundu) jest najbardziej stabilną formą należącą do układu kryształów trygonalnych i jest jedyną naturalnie występującą stabilną formą kryształu tlenku glinu (jak korund i rubin). Jest znany ze swojej wysokiej twardości, wysokiej temperatury topnienia, doskonałej stabilności chemicznej i właściwości dielektrycznych i stanowi podstawę do wytwarzania wysokowydajnej ceramiki z tlenku glinu.

2. Spiekanie ceramiki z tlenku glinu

Spiekanie to proces podgrzewania proszku lub sprasowanych wyprasek do temperatury poniżej temperatury topnienia ich głównych składników, a następnie odpowiedniego ich chłodzenia w celu uzyskania gęstych materiałów polikrystalicznych. Proces ten umożliwia wzrost szyjek cząstek poprzez dyfuzję, migrację granic ziaren i eliminację porów, co ostatecznie skutkuje powstaniem materiałów ceramicznych o dużej gęstości i wysokiej wydajności. Siła napędowa wynika z tendencji do zmniejszania się energii powierzchniowej układu – ultradrobne proszki mają dużą powierzchnię właściwą i wysoką energię powierzchniową, a podczas spiekania wiązanie cząstek i redukcja porowatości prowadzą do stabilności termodynamicznej układu.

Ze względu na obecność lub brak fazy ciekłej spiekanie można podzielić na spiekanie w fazie stałej i spiekanie w fazie ciekłej. Tlenki takie jak Al₂O₃ i ZrO₂ często można zagęszczać poprzez spiekanie w fazie stałej; podczas gdy ceramika kowalencyjna, taka jak Si₃N₄ i SiC, wymaga środków wspomagających spiekanie, aby utworzyć fazę ciekłą, aby ułatwić spiekanie. Spiekanie w fazie ciekłej obejmuje trzy etapy: przegrupowanie cząstek, rozpuszczanie-wytrącanie i tworzenie szkieletu w fazie stałej. Odpowiednia faza ciekła może sprzyjać zagęszczaniu, ale nadmierna faza ciekła może prowadzić do nieprawidłowego wzrostu ziaren.

Proces spiekania składa się głównie z trzech etapów: Etap początkowy: przegrupowanie cząstek, punkty styku tworzą szyjki i pory zostają ze sobą połączone; Etap środkowy: tworzą się i przesuwają granice ziaren, pory stopniowo się zamykają, a gęstość znacznie wzrasta; Etap późniejszy: Ziarna nadal rosną, a izolowane pory stopniowo zanikają lub pozostają na granicach ziaren.

Semicorex oferuje spersonalizowaneProdukty ceramiczne z tlenku glinu. Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub potrzebujesz dodatkowych szczegółów, nie wahaj się z nami skontaktować.

Numer telefonu kontaktowego +86-13567891907

E-mail: sales@semicorex.com