Aluminiumoxide-keramiek is het meest flexibele en goedkope materiaal onder oxiden met een smeltpunt van meer dan 2000 ℃. Aluminiumoxide-keramiek is een soort keramisch materiaal met aluminiumoxide als hoofdlichaam. Alumina-keramiek wordt veel gebruikt op het gebied van elektronica, elektrische apparaten, machines, textiel, ruimtevaart en dergelijke vanwege zijn hoge mechanische sterkte, hoge hardheid en laag diëlektrisch verlies. Dit heeft ook zijn hoge positie op het gebied van keramische materialen vastgesteld. is gemeld dat aluminiumoxide-keramiek het grootste oxide-keramische materiaal ter wereld is.
De structuur van aluminiumoxide-keramiek behoort tot het type korund, dat de eigenschappen van ionische binding heeft, waardoor het slipsysteem veel minder is dan dat van metalen, wat leidt tot het ontbreken van bepaalde taaiheid en plasticiteit. Daarom is de breuktaaiheid laag, die sterk beperkt de brede toepassing van aluminiumoxide-keramiek. Dus wat zijn de belangrijkste hardingsmethoden van aluminiumoxide-keramiek?
Lamellaire structuur harding
Natuurlijke materialen, zoals bamboe en shell, hebben goede uitgebreide eigenschappen vanwege hun gelaagde structuur. Mensen halen inspiratie uit deze natuurlijke structuren, met behulp van bionische structuur om de brosheid en taaiheid van keramische materialen te verbeteren.
Gelaagde composiet keramische materialen zijn samengesteld uit meerlagige materialen. De elastische modulus en lineaire uitzettingscoëfficiënt van elke laag zijn verschillend, wat leidt tot macro-spanning tussen de lagen en drukspanning op het oppervlak. Onder invloed van externe kracht kan de spanningsenergie worden geabsorbeerd maximaal, en de scheur kan afbuigen en herhaaldelijk langs de interface draaien, om de oppervlakte-eigenschappen en de algehele taaiheid te verbeteren.
Voor aluminiumoxide / Ni-gelaagd keramiek is de lineaire uitzettingscoëfficiënt van nikkel ongeveer) keer die van aluminiumoxide, dat spanning in de aluminiumoxide-laag produceert en een groot barstafbuigingsvermogen heeft, zodat het materiaal een betere taaiheid heeft.
Lamellair keramiek is een nieuw type materiaal met een breed perspectief, maar het belangrijkste nadeel is dat de zwakke tussenlaag de sterkte van het materiaal zal verminderen, en de eigenschappen parallel aan en loodrecht op de richting van de tussenlaag zijn heel anders en vertonen anisotropie. Dus experts in de industrie hebben het idee geopperd om een sterke tussenlaag te gebruiken om een sterke ZTA / aluminiumoxide-tussenlaag voor te bereiden. De slagvastheid is meer dan 10mpa.m1 / 2, dat is 2,8 keer ZTA-materiaal en 5,6 keer aluminiumoxide-keramiek. Sommige wetenschappers hebben het gelamineerde composietkeramiek met een computer gesimuleerd en ontdekten dat als de sterkte van het zachte laagmateriaal te groot is hoog of te laag, zal de algehele taaiheid worden verminderd, en als de verhouding van de harde laagdikte tot de zachte laagdikte en de elastische modulus wordt verhoogd, kan de uniformiteit van de harde laag de taaiheid van het keramiek verbeteren. onderzoeksideeën en optimalisatiebenaderingen voor lamellair gehard keramiek.
Vezelcomposietverharding
De resultaten tonen aan dat de hardingsefficiëntie van continue vezels hoger is dan die van andere hardingsmethoden, en het is de hoogste taaiheid van keramische series tot nu toe, die ongeveer 20mpa kan bereiken. m1 / 2, dus het is een zeer effectieve manier om de brosheid van keramische materialen te verbeteren.
Bij deze methode worden vezels met hoge sterkte en elastische modulus gedispergeerd in keramische matrix. Onder invloed van externe kracht wordt een deel van de belasting van het composiet gedragen door de vezel, om de belasting van de matrix zelf te verminderen. Bovendien, wanneer de sterkte van de vezel in de matrix groter is dan zijn sterkte, zal de vezel eruit trekken. Bovendien hebben deze vezels ook scheuroverbrugging en afbuiging in de matrix om scheurgroei te voorkomen. De drie hardingsmechanismen verbeteren samen de taaiheid van keramische materialen.
Momenteel zijn de vezels die in aluminiumoxide-keramiek worden gebruikt voornamelijk koolstofvezel, siliciumcarbidevezel, aluminiumsilicaatvezel enzovoort. Het bleek dat het hardingseffect kan worden verbeterd door de verhouding van lengte tot diameter te vergroten. In de vorm van vezels heeft het driedimensionale geweven weefsel met vezels een beter verstevigend effect. Net als de vezel, zijn er veel aluminiumoxide-keramiek gehard door snorharen, en het effect is zeer goed. Omdat snorharen korte vezels zijn met een kristalstructuur en een zeer kleine diameter (meestal minder dan 3 UM). Het heeft weinig kristaldefecten, zeer geordende ordening van atomen en zijn sterkte ligt dicht bij de theoretische waarde van de bindingskracht tussen aangrenzende atomen. De theorie en praktijk bewijzen dat het de taaiheid van keramiek kan verbeteren. Als siliciumcarbide snorharen (volumefractie tot 20% - 30%) worden geïntroduceerd in keramiek op basis van aluminiumoxide, kan de segmenthardheid 8-8.5mpa.m1 / 2 bereiken.
Het mechanisme van het harden van bakkebaarden is niet alleen uittrekbaar, scheurafbuiging, scheuroverbrugging en pinning, maar ook hoge sterkte. Daarom kan in theorie het verhogen van de sterkte, het verminderen van de elasticiteitsmodulus en het vergroten van de beeldverhouding van snorharen het versterkende effect verbeteren Het nadeel van vezel- en snorharde geharde aluminiumoxide-keramiek is dat het moeilijk is om de uniformiteit van het mengen te waarborgen.
Zelfversterkend
De zogenaamde zelfharding is om geharde en versterkte fasen onder bepaalde technologische omstandigheden te laten groeien. Tot op zekere hoogte elimineert het de fysische of chemische onverenigbaarheid tussen de matrixfase en de geharde fase en zorgt het voor de thermodynamische stabiliteit van de matrixfase en de geharde fase.
Wat betreft aluminiumoxide-keramiek, is de onderzoeksfocus van het overwinnen van de broosheid van aluminiumoxide-keramiek aluminiumoxide te harden met verschillende groeikorrels.Het belangrijkste mechanisme is om de groeirichting van aluminiumoxide-korrels te regelen door middel van technologische maatregelen, zodat het kan uitgroeien tot staafvormig en lange kolom gevormd langs sommige kristaloppervlakken, die een vergelijkbare rol speelt bij het harden van snorharen. In het geval van externe belasting zal de scheurstaart een brugmodus vormen en de anisotrope groei van aluminiumoxide zal ook uittrek-, scheurafbuiging en andere hardingsmechanismen produceren, die de taaiheid van het hele aluminiumoxide-keramiek zal verbeteren.
Fasetransformatie verharding
Dit is een soort hardingsformule die eerder en op grote schaal is bestudeerd.Het creëert kunstmatig een groot aantal extreem fijne scheuren in het materiaal om energie te absorberen en scheurgroei te voorkomen. De meeste van hen richten zich op de martensitische transformatie van ZrO2 en ZTA, ZTM en andere keramische materialen zijn succesvol. ZrO2 gedispergeerd in aluminiumoxide-matrix, vanwege hun verschillende lineaire uitzettingscoëfficiënt, zijn ZrO2-deeltjes onderhevig aan drukspanning en wordt de fase-transformatie geblokkeerd tijdens afkoeling. Wanneer het materiaal wordt blootgesteld aan externe kracht, wordt de druk op de ZrO2-deeltjes is ontspannen, verandert de tetragonale fase in monokliene fase en worden microscheuren geproduceerd in de matrix na volume-expansie, en wordt de energie van de hoofdscheuren geabsorbeerd om het hardende effect te bereiken. Dit is het hardingsmechanisme van door stress veroorzaakte transformatie.
In het hardingsmechanisme, naast het geïnduceerde transformatiemechanisme van ZrO2, produceert de transformatie volume-expansie en het fenomeen van extrusie van het scheurgebied naar het niet-transformatiegebied maakt de scheur dicht, moeilijk uit te zetten, en verbetert ook de taaiheid. Sommige onderzoekers ontdekten dat het beste hardingseffect werd verkregen wanneer de volumefractie van ZrO2 20% was.
Keramische hardingstechnologie zal in de toekomst nog lang een hete technologie op materiaalgebied zijn. Als de inherente eigenschappen van keramische materialen, zoals hoge sterkte, hoge temperatuurbestendigheid en lage uitzettingscoëfficiënt, kunnen worden gecombineerd met hoge taaiheid, zal het de hoogwaardige materialen waar het materiaalveld van droomt, en het toepassingsgebied is zeer uitgebreid. Laten we kort enkele toepassingen van aluminiumoxide-keramiek introduceren.
mechanisch
De buigsterkte van gesinterde aluminiumoxide keramische producten kan 250 MPa bereiken, en die van warmgeperste producten kan 500 MPa bereiken. De Mohs-hardheid van aluminiumoxide-keramiek is maximaal 9. Bovendien heeft het een uitstekende slijtvastheid, dus het wordt veel gebruikt in de productie van snijgereedschappen, kogelkleppen, slijpschijven, keramische nagels, lagers, etc., waaronder keramische snijgereedschappen van aluminiumoxide en industriële kleppen die het meest worden gebruikt.
Alumina keramische snijder
De optimale snijsnelheid van aluminiumoxide-keramisch gereedschap is hoger dan die van gewoon hardmetaalgereedschap, dat de snij-efficiëntie van verschillende materialen aanzienlijk kan verbeteren. Met veel onderzoek door wetenschappers, aluminiumoxide-composietkeramiek en met bakkebaarden versterkte keramiek die zijn samengesteld uit twee fasen door andere componenten toe te voegen of bestaan in de matrix in de vorm van een solide oplossing. Deze technologieën compenseren de tekortkomingen van zuiver aluminiumoxide-keramiek, waardoor de snijprestaties en duurzaamheid worden verbeterd.
Elektronisch / stroomvoorziening
In termen van elektronica en elektrisch vermogen zijn er verschillende aluminiumoxide-keramische zoolplaten, substraten, keramische films, transparant keramiek en verschillende aluminiumoxide keramische elektrische isolerende keramiek, elektronische materialen, magnetische materialen, enz., Waarvan aluminiumoxide transparante keramiek en substraten de meest voorkomende zijn gebruikt.
Aluminiumoxide transparant keramiek
Op dit moment is transparant keramiek een belangrijke grens op het gebied van materiaalonderzoek en -toepassing. Als nieuw materiaal heeft transparant keramiek niet alleen een breed scala aan lichtdoorlatendheid, maar heeft het ook een aantal voordelen, zoals een hoge thermische geleidbaarheid, lage geleidbaarheid , hoge hardheid, hoge sterkte, lage diëlektrische constante en diëlektrisch verlies, goede slijtvastheid en corrosieweerstand.
Alumina keramisch substraat
Alumina keramisch substraat heeft de voordelen van hoge mechanische sterkte, goede isolatie en hoge lichtbestendigheid, die op grote schaal wordt gebruikt in meerlagig bedradingskeramisch substraat, elektronische verpakkingen en een substraat met een hoge dichtheid verpakking.
Chemische industrie
Bij chemische toepassing heeft aluminiumoxide-keramiek een breed scala aan toepassingen, zoals aluminiumoxide keramische chemische vulbal, anorganische microfiltratiemembraan, corrosiebestendige coating, enz., Waaronder aluminiumoxide-keramische membraan en coating het meest worden bestudeerd en toegepast.
Medisch
In de geneeskunde wordt aluminiumoxide meer gebruikt om kunstbot, kunstmatige gewrichten, kunsttanden, enz. Te maken. Aluminiumoxide-keramiek heeft een uitstekende biocompatibiliteit, biologische inertie, fysische en chemische stabiliteit, hoge hardheid en slijtvastheid, en zijn ideale materialen voor de bereiding van kunstmatige bot en kunstgewricht. Het heeft echter dezelfde nadelen als andere keramische materialen, zoals hoge brosheid, lage breuktaaiheid, hoge moeilijkheid bij bewerkingstechnieken, complexe technologie, enz., dus het heeft verder onderzoek en toepassing nodig.
Architectuur / sanitaire voorzieningen / keramiek
Op het gebied van de bouw van sanitair keramiek zijn producten overal te zien, zoals keramische voeringsteen van aluminiumoxide, slijpmedium, rol, keramische beschermbuis en vuurvast aluminiumoxide. Daaronder wordt aluminium balfreesmedium het meest gebruikt.
De charme van materiaalkunde ligt in het leren van elkaars sterke punten om elkaars zwakke punten goed te maken en ideale materialen te creëren. Naast de bovengenoemde toepassingen, wordt aluminiumoxide keramiek ook veel gebruikt in andere high-tech velden, zoals ruimtevaart, industriële ovens bij hoge temperatuur, composietversterking en andere gebieden. Met de voortdurende ontwikkeling van hardingstechnologie zullen keramische materialen van aluminiumoxide betere eigenschappen en uitgebreidere toepassingsgebieden hebben.
