Van een enkel poeder tot aluminiumoxide keramische structurele componenten: het verkennen van de "onzichtbare assistenten" erachter
Aluminiumoxide keramische componenten, met hun uitstekende eigenschappen zoals hoge hardheid, hoge temperatuurbestendigheid, corrosiebestendigheid en goede isolatie, worden veel gebruikt in de elektronica, de medische sector, de lucht- en ruimtevaart en andere sectoren. Van elektronische precisiecomponenten tot mechanische onderdelen in zware omstandigheden, aluminiumoxide keramische componenten zijn overal te vinden. Het simpelweg toevoegen van water aan aluminiumoxidepoeder en het verhitten ervan op hoge temperatuur is echter niet voldoende om deze hoogwaardige keramische componenten met uitstekende eigenschappen te produceren. Additieven spelen hierbij een cruciale rol.
Zuiver aluminiumoxide heeft een smeltpunt van maar liefst 2050 °C en de sintertemperatuur moet doorgaans boven de 1600 °C liggen. Dit leidt niet alleen tot een hoog energieverbruik, maar veroorzaakt ook gemakkelijk grove korrels en prestatievermindering. Bovendien is aluminiumoxide zelf zeer bros en is direct gesinterd keramiek gevoelig voor scheuren, waardoor het moeilijk is om te voldoen aan de eisen van precisieapparatuur. De functies van additieven zijn als volgt:
① verlaging van de sintertemperatuur (energiebesparing en kostenreductie);
② verbetering van de dichtheid (vermindering van poriën en verhoging van de sterkte);
③ het optimaliseren van de korrelgrensstructuur (verbetering van de taaiheid en thermische schokbestendigheid);
4. Regelen van elektrische/thermische eigenschappen (zoals isolatie en thermische geleidbaarheid).
In dit artikel worden een aantal veelgebruikte additieven besproken:
1. Vloeimiddelen: verlagen de sintertemperatuur en verbeteren de dichtheid.
Alumina heeft een hoog smeltpunt en direct sinteren verbruikt niet alleen enorm veel energie, maar stelt ook extreem hoge eisen aan de apparatuur. De opkomst van fluxen heeft dit probleem effectief opgelost. Het is vergelijkbaar met een "-temperatuurregelaar, die de sintertemperatuur van aluminiumoxidekeramiek kan verlagen, waardoor het sinterproces efficiënter en energiezuiniger wordt.
(1) Titaandioxide (TiO₂) is een van de meest voorkomende vloeimiddelen. Tijdens het sinterproces kan het reageren met aluminiumoxide om een eutecticum te vormen, waardoor de temperatuur waarbij de vloeibare fase verschijnt, wordt verlaagd. Dit is vergelijkbaar met koken, waarbij het toevoegen van speciale kruiden ervoor kan zorgen dat ingrediënten sneller de ideale kooktoestand bereiken.Door titaandioxide als vloeimiddel te gebruiken, kan niet alleen de sintertemperatuur worden verlaagd, maar kan ook de hardheid van aluminiumoxidekeramiek tot op zekere hoogte worden verbeterd.Zo kan bijvoorbeeld bij sommige keramische aluminiumoxide-snijgereedschappen die voor snijprocessen worden gebruikt, de toevoeging van een geschikte hoeveelheid titaniumdioxide de snijgereedschappen slijtvaster maken, terwijl de hoge hardheid behouden blijft en hun levensduur wordt verlengd.
(2) Yttriumoxide (Y₂O₃) is ook een belangrijke flux.Het kan de kristalfasetransformatie van aluminiumoxide bij hoge temperaturen remmen, waardoor de stabiliteit van de keramische structuur behouden blijft.Voor keramische producten van aluminiumoxide met extreem hoge eisen aan thermische stabiliteit, zoals de basis van elektronische componenten die in omgevingen met hoge temperaturen worden gebruikt, kan het toevoegen van yttriumoxide de keramische componenten een goede thermische schokbestendigheid geven, waardoor ze minder gevoelig zijn voor scheuren in omgevingen met snelle temperatuurwisselingen.
(3) Calciumoxide (CaO) heeft ook het effect dat het de sintertemperatuur verlaagt.vormen een eutecticum met aluminiumoxide, waardoor het energieverbruik wordt verlaagd en overmatige korrelgroei wordt voorkomen, wat bevorderlijk is voor het verkrijgen van keramiek met een fijnkorrelige structuur.Keramiek met een fijnkorrelige structuur heeft doorgaans een hogere sterkte en taaiheid. In sommige aluminiumoxide keramische onderdelen die grote externe krachten moeten weerstaan, zoals slijtvaste componenten van mechanische apparatuur, kan de toevoeging van calciumoxide de prestaties van de onderdelen verbeteren.
2. Versterkende en versterkende middelen: verbeteren de breuktaaiheid en verminderen de brosheid.
Hoewel aluminiumoxidekeramiek een hoge hardheid heeft, is de taaiheid relatief laag, waardoor het gevoelig is voor brosse breuk bij blootstelling aan externe invloeden. De opkomst van versterkende en verhardende middelen is vergelijkbaar met het aanbrengen van een laag "armor" op aluminiumoxidekeramische componenten, wat hun sterkte en taaiheid effectief kan verbeteren.
Siliciumcarbide(SiC) is een veelgebruikt versterkend en verstevigend middel. De deeltjes zijn gelijkmatig verdeeld in de aluminiumoxidematrix.Wanneer het keramische onderdeel aan externe krachten wordt blootgesteld, kunnen de SiC-deeltjes de voortplanting van scheuren verhinderen.Dit is vergelijkbaar met het plaatsen van obstakels op een weg: wanneer een scheur deze deeltjes tegenkomt, verandert de voortplantingsrichting, waardoor er meer energie wordt verbruikt en het keramische onderdeel minder snel breekt. In aluminiumoxide keramische lagers die in omgevingen met hoge belasting worden gebruikt, kan de toevoeging van siliciumcarbide het lagervermogen en de levensduur aanzienlijk verbeteren.
Boornitride(BN) behoort ook tot de familie van versterkende en versterkende middelen.kan de wrijvingsprestaties van keramiek verbeteren en hun sterkte en taaiheid vergrotenIn sommige keramische componenten van aluminiumoxide die goede wrijvingsprestaties vereisen, zoals keramische ringen die worden gebruikt voor afdichting, kan het toevoegen van boornitride de wrijving en slijtage tussen componenten verminderen, het afdichtingseffect verbeteren en de sterkte van componenten verhogen om ze duurzamer te maken. Als de toegevoegde hoeveelheid echter meer dan 10% bedraagt, kan de hardheid afnemen, waardoor het noodzakelijk is om de smering en sterkte in balans te brengen.
3. Functionele additieven: Pas elektrische, thermische of optische eigenschappen aan
Functionele additieven kunnen niet alleen de basiseigenschappen verbeteren, maar ook unieke eigenschappen aan keramische componenten van aluminiumoxide toevoegen, waarmee aan de behoeften van verschillende sectoren kan worden voldaan.
(1)Zeldzame aardoxiden, zoals lanthaan en cerium, zijn "magicians" voor het verbeteren van elektrische eigenschappen. In sommige aluminiumoxide keramische componenten die in de elektronica worden gebruikt, zoals keramische substraten voor hoogfrequente circuits,Door het toevoegen van zeldzame aardoxiden kunnen de diëlektrische constante en de verliestangens van keramiek worden aangepast, waardoor hun elektrische prestaties worden verbeterd,Ze beter geschikt maken voor gebruik in hoogfrequente omgevingen en hun toepassingsmogelijkheden op het gebied van elektronica uitbreiden.
(2) Kleurstoffenzijn de "artiesten" die kleuren toevoegen aan keramische componenten van aluminiumoxide.Kleurstoffen zoals chroomoxide en kobaltoxide kunnen reageren met aluminiumoxide om keramiek in verschillende kleuren te produceren.Bij sommige keramische producten met decoratieve vereisten, zoals keramisch serviesgoed en decoratieve ornamenten, kunnen kleurstoffen worden toegevoegd om de keramische onderdelen mooier en diverser te maken. Zo wordt voldaan aan de esthetische behoeften van verschillende consumenten.
4. Bindmiddelen en vormhulpmiddelen: verbeteren de vloeibaarheid van het poeder en de vormsterkte.
In het vormingsproces van keramische componenten van aluminiumoxide spelen bindmiddelen en vormhulpmiddelen een cruciale rol. Ze vormen als een groep "unsung helden die in stilte aluminiumoxidepoeder transformeren tot structurele onderdelen van verschillende vormen.
Organische bindmiddelen, zoals polyvinylalcohol (PVA) en polyacrylaat, werken als lijmhet samenbinden van aluminiumoxidepoeders tijdens de vorming van het groene lichaam om het groene lichaam een bepaalde sterkte te gevenvoor verdere verwerking en sinteringNeem tapegieten als voorbeeld: PVA kan aluminiumoxidepoeders gelijkmatig in een oplosmiddel dispergeren tot een slurry met de juiste viscositeit en vloeibaarheid, die vervolgens via het tapegietproces tot een groene film wordt gegoten. Nadat de groene film is gedroogd, behouden bindmiddelen zoals PVA hun vorm en structuur, waardoor vervorming tijdens de verdere verwerking wordt voorkomen.
Hulpmiddelen voor het vormen zijn onder andere smeermiddelen, dispergeermiddelen, enz. Smeermiddelen kunnen de wrijving tussen het poeder en de mal verminderen, slijtage van de mal minimaliseren en zorgen voor een gelijkmatige dichtheid van het groene lichaam.Bij droogpersen kan het toevoegen van een geschikte hoeveelheid smeermiddel ervoor zorgen dat het poeder gemakkelijker de mal vult, waardoor de dichtheid van het groene lichaam wordt verbeterd.Zorg er anderzijds voor dat het poeder gelijkmatig in de suspensie wordt verdeeld om agglomeratie te voorkomen.Bij spuitgieten spelen dispergeermiddelen een bijzonder belangrijke rol. Ze zorgen ervoor dat de slurry vloeibaar wordt, waardoor deze gemakkelijker in de matrijs kan worden geïnjecteerd en complexe keramische componenten kunnen worden gevormd.
Additieven spelen een onmisbare rol in het productieproces van keramische componenten van aluminiumoxide. Ze ondersteunen de productie van keramische componenten van aluminiumoxide op diverse vlakken, van het verlagen van de sintertemperatuur en het verbeteren van de prestaties tot het creëren van unieke eigenschappen en vormgeving. Dankzij de voortdurende technologische vooruitgang kunnen in de toekomst meer nieuwe soorten additieven ontstaan, wat meer mogelijkheden biedt voor prestatieverbetering en uitbreiding van de toepassingsmogelijkheden van keramische componenten van aluminiumoxide.