Seramik alumina adalah bahan yang paling fleksibel dan murah di kalangan oksida dengan titik lebur lebih dari 2000 ℃. Aluminium seramik adalah sejenis bahan seramik dengan alumina sebagai badan utama. Seramik alumina digunakan secara meluas dalam bidang elektronik, peralatan elektrik, jentera, tekstil, aeroangkasa dan sebagainya kerana kekuatan mekanikal yang tinggi, kekerasan yang tinggi dan kehilangan dielektrik yang rendah. Ini juga menegaskan kedudukannya yang tinggi dalam bidang bahan seramik. dilaporkan bahawa seramik alumina adalah bahan seramik oksida terbesar di dunia.
Struktur alumina seramik kepunyaan jenis corundum, yang mempunyai ciri-ciri ikatan ionik, membuat sistem slip jauh lebih rendah dari logam, yang menyebabkan kekurangan ketegasan dan kepekaan tertentu. Oleh itu, kekuatan keretakan adalah rendah, yang sangat mengehadkan penggunaan seramik alumina yang luas. Jadi, apakah kaedah-kaedah utama yang menghambat keramik alumina?
Struktur Lamellar sukar dipertingkatkan
Bahan semulajadi, seperti buluh dan kerang, mempunyai sifat yang komprehensif yang baik kerana strukturnya yang berlapis. Orang ramai mendapat inspirasi dari struktur semulajadi ini, menggunakan struktur bionik untuk meningkatkan kelembutan dan ketahanan bahan-bahan seramik.
Bahan seramik berlapis yang berlapis terdiri daripada bahan multilayer. Modulus elastik dan pekali pengembangan linear setiap lapisan adalah berbeza, yang membawa kepada tekanan makro di antara lapisan dan tekanan mampatan pada permukaan. Di bawah tindakan tenaga luaran, tenaga terikan boleh diserap sehingga ke tahap yang maksimum, dan retak boleh membelok dan bertukar berulang-alik sepanjang antara muka.Jadi untuk memperbaiki sifat permukaan dan ketangguhan keseluruhan.
Sebagai contoh, bagi seramik berlapis alumina / Ni, pekali pengembangan linear nikel adalah kira-kira) masa alumina, yang menghasilkan tekanan dalam lapisan alumina dan mempunyai keupayaan pesongan retak yang besar, jadi bahan itu mempunyai kekuatan yang lebih baik.
Ceram Lamellar adalah jenis bahan baru dengan prospek yang luas, tetapi kelemahan utama adalah bahawa interlayer lemah akan mengurangkan kekuatan bahan, dan sifat-sifat selari dengan dan tegak lurus ke arah interlayer adalah agak berbeza, menunjukkan anisotropi. Oleh itu pakar dalam industri mengutarakan idea menggunakan interlayer yang kuat untuk menyediakan interlayer kuat ZTA / alumina. Kekuatan impak adalah lebih daripada 10mpa.m1 / 2, iaitu 2.8 kali bahan ZTA dan 5.6 kali alumina seramik. Beberapa saintis telah mensimulasikan seramik komposit berlapis oleh komputer, dan mendapati bahawa jika kekuatan bahan lapisan lembut terlalu tinggi atau terlalu rendah, kekuatan keseluruhan akan dikurangkan, dan jika nisbah ketebalan lapisan keras kepada ketebalan lapisan lembut dan modulus anjal meningkat, keseragaman lapisan keras dapat meningkatkan ketangguhan keramik. Ini menyediakan beberapa idea-idea penyelidikan dan pendekatan pengoptimuman untuk seramik bertetulang lamina.
Toughening Fiber Composite
Hasilnya menunjukkan bahawa kecekapan ketahanan serat yang berterusan adalah lebih tinggi daripada kaedah toughening yang lain, dan ia adalah ketangguhan tertinggi siri seramik setakat ini, yang boleh mencapai kira-kira 20mpa. m1 / 2, jadi ia adalah cara yang sangat berkesan untuk meningkatkan kelembutan bahan seramik.
Dalam kaedah ini, serat dengan kekuatan tinggi dan modulus elastik disebarkan dalam matriks seramik. Di bawah tindakan kuasa luaran, sebahagian daripada beban komposit ditanggung oleh serat, untuk mengurangkan beban matriks itu sendiri. Lebih-lebih lagi, apabila kekuatan gentian dalam matriks lebih besar daripada kekuatannya, serat itu akan dikeluarkan. Di samping itu, serat-serat ini juga telah menjejaskan penyingkiran dan pesongan dalam matriks untuk mencegah pertumbuhan retak. Ketiga mekanisme yang menguatkan bersama-sama meningkatkan ketangguhan bahan seramik.
Pada masa ini, gentian yang digunakan dalam seramik alumina terutamanya serat karbon, serat karbida silikon, serat silikat aluminium dan sebagainya. Adalah didapati bahawa kesan toughening dapat diperbaiki dengan meningkatkan nisbah panjang ke diameter. Dalam bentuk serat, kain tenunan dimensi dengan serat mempunyai kesan yang lebih baik. Serupa dengan serat, terdapat banyak seramik alumina yang ditekan oleh kumis, dan kesannya sangat baik. Kerana kumis adalah gentian pendek dengan struktur kristal tunggal dan diameter yang sangat kecil (biasanya kurang daripada 3 UM). Ia mempunyai sedikit kecacatan kristal, susunan atom yang sangat diperintahkan, dan kekuatannya adalah dekat dengan nilai teori daya ikatan antara atom bersebelahan. Teori dan amalan membuktikan bahawa ia boleh meningkatkan ketangguhan seramik. Jika silikon karbida silikon (pecahan jumlah sehingga 20% - 30%) diperkenalkan kepada seramik berasaskan alumina, ketegangan segmen boleh mencapai 8-8.5mpa.m1 / 2.
Mekanisme toksik yang kuat bukan sahaja menarik keluar, pesongan retak, retakan cincin dan pinning, tetapi juga kekuatan yang tinggi. Oleh itu, secara teori, meningkatkan kekuatan, mengurangkan modulus anjal dan meningkatkan nisbah aspek kumis boleh memperbaiki kesan toughening Kelemahan serat dan kumis seramik alumina toughened adalah sukar untuk memastikan keseragaman pencampuran.
Menguatkan diri
Apa yang dipertingkatkan oleh diri sendiri adalah untuk mengembangkan fasa toughened dan diperkuat dalam keadaan teknologi tertentu. Ke tahap tertentu, ia menghapuskan ketidakcekalan fizikal atau kimia antara fasa matriks dan fasa toughened, dan memastikan kestabilan termodinamik fasa matriks dan fasa toughened.
Bagi seramik alumina, tumpuan penyelidikan untuk mengatasi keruntuhan seramik alumina adalah untuk menguatkan alumina dengan bijirin pertumbuhan yang berbeza. Mekanisme utama adalah untuk mengawal arah pertumbuhan bijirin alumina melalui langkah-langkah teknologi, supaya ia boleh tumbuh menjadi berbentuk batang dan lajur panjang berbentuk di sepanjang permukaan kristal, yang memainkan peranan yang sama dalam kumis yang kuat. Dalam hal beban luaran, ekor retak akan membentuk mod bridging, dan pertumbuhan anisotropik alumina juga akan menghasilkan penarikan, pesongan retak dan mekanisme toughening lain, yang akan meningkatkan ketangguhan keseluruhan seramik alumina.
Transformasi fasa toughening
Ini adalah sejenis formula toughening yang telah dikaji sebelum ini dan secara meluas. Ia secara artifisial mencipta sejumlah besar retakan yang sangat halus dalam bahan untuk menyerap tenaga dan mencegah pertumbuhan retak. Kebanyakannya berfokus pada transformasi martensitic ZrO2, dan ZTA, ZTM dan bahan seramik lain berjaya.ZrO2 tersebar dalam matriks alumina, kerana pekali pengembangan linier yang berlainan, zarah ZrO2 tertakluk kepada tekanan mampatan dan transformasi fasa disekat semasa penyejukan. Kemudian, apabila bahan tersebut tertakluk kepada daya luar, tekanan pada zarah ZrO2 adalah santai, fasa tetragonal berubah menjadi fasa monoklinik, dan mikrokompresi dihasilkan dalam matriks selepas pengembangan kelantangan, dan tenaga retakan utama diserap untuk mencapai kesan toughening. Ini adalah mekanisme toughening stress-induced transformasi.
Dalam mekanisme yang menggerunkan, sebagai tambahan kepada mekanisme transformasi yang diinduksi ZrO2, transformasi menghasilkan pengembangan kelantangan, dan fenomena penyemperitan dari kawasan retakan ke kawasan bukan transformasi menjadikan retak rapat, sukar untuk berkembang, dan juga meningkatkan ketangguhan. Sesetengah penyelidik mendapati bahawa kesan toughening terbaik diperoleh apabila pecahan isipadu ZrO2 adalah 20%.
Teknologi toughen seramik akan menjadi teknologi panas dalam bidang material untuk masa yang lama di masa depan. Jika ciri-ciri yang wujud dari bahan seramik, seperti kekuatan tinggi, rintangan suhu tinggi dan pekali pengembangan yang rendah, boleh digabungkan dengan keliatan yang tinggi, ia akan menjadi bahan-bahan berprestasi tinggi yang medan materi bermimpi, dan bidang aplikasi sangat luas.Let & apos; secara ringkas memperkenalkan beberapa aplikasi alumina seramik.
Mekanikal
Kekuatan lentur produk seramik alumina sintered boleh mencapai 250Mpa, dan produk panas yang ditekan boleh mencapai 500MPa. Kekerasan Mohs alumina seramik adalah sehingga 9. Selain itu, ia mempunyai rintangan haus yang sangat baik, sehingga ia digunakan secara meluas dalam pembuatan alat pemotong, injap bola, roda penggiling, paku seramik, galas, dan sebagainya, di antaranya alat pemotong seramik alumina dan injap industri adalah yang paling banyak digunakan.
Pemotong seramik alumina
Kelajuan pemotongan alumina seramik yang optimum adalah lebih tinggi daripada alat karbida simen yang biasa, yang dapat meningkatkan kecekapan pemotongan bahan yang berbeza. Dengan banyak penyelidikan oleh saintis, seramik komposit alumina dan keramik bertetulang aluminium yang terdiri daripada dua fasa dengan menambahkan komponen lain atau wujud dalam matriks dalam bentuk penyelesaian pepejal. Teknologi ini membentuk kekurangan seramik alumina tulen, dengan itu meningkatkan prestasi pemotongan dan ketahanannya.
Elektronik / kuasa
Dari segi elektronika dan kuasa elektrik, terdapat pelbagai aluminium seramik plat, substrat, filem seramik, seramik telus dan pelbagai alumina seramik penebat elektrik keramik, bahan elektronik, bahan magnetik, dan lain-lain, yang alumina telus seramik dan substrat adalah yang paling banyak digunakan.
Seramik telus alumina
Pada masa kini, seramik telus merupakan perbatasan penting dalam bidang penyelidikan dan aplikasi bahan. Sebagai bahan baru, seramik telus bukan sahaja mempunyai pelbagai transmisi cahaya, tetapi juga mempunyai beberapa kelebihan, seperti kekondalan termal yang tinggi, kekonduksian yang rendah , kekerasan yang tinggi, kekuatan tinggi, pemalar dielektrik rendah dan kehilangan dielektrik, rintangan haus yang baik dan rintangan kakisan.
Substrat seramik alumina
Substrat seramik alumina mempunyai kelebihan kekuatan mekanikal yang tinggi, penebat yang baik dan rintangan cahaya yang tinggi, yang digunakan secara meluas dalam substrat seramik keramik multilayer, pembungkusan elektronik dan substrat pembungkusan berkepadatan tinggi.
Industri kimia
Dalam aplikasi kimia, alumina seramik mempunyai pelbagai kegunaan, seperti alumina bola pengisi kimia seramik, membran mikrofiltrat bukan organik, lapisan tahan karat, dan lain-lain, di antaranya membran alumina dan lapisan seramik yang paling dikaji dan digunakan.
Perubatan
Dalam bidang perubatan, alumina lebih banyak digunakan untuk membuat tulang buatan, sendi buatan, gigi tiruan dan sebagainya. Seramik Aparina mempunyai keupayaan biokompatibiliti yang baik, inersia biologi, kestabilan fizikal dan kimia, kekerasan yang tinggi dan rintangan haus, dan bahan yang ideal untuk penyediaan tiruan tulang dan sendi tiruan.Namun, ia mempunyai kelemahan yang sama seperti bahan seramik lain, seperti kelembutan yang tinggi, keliatan patah rendah, kesukaran teknologi pemesinan yang tinggi, teknologi yang kompleks, dan sebagainya, jadi ia memerlukan penyelidikan dan aplikasi lanjut.
Senibina / sanitasi / seramik
Dalam bidang pembinaan seramik kebersihan, produk dapat dilihat di mana-mana, seperti alumina seramik lapisan bata, penggiling sederhana, roller, tiub pelindung seramik dan alumina refraktori. Di antara mereka, medium penggilingan bola alumina adalah yang paling banyak digunakan.
Pesona sains material terletak pada pembelajaran antara satu sama lain & poin-poin yang kuat untuk membentuk antara satu sama lain & poin-poin lemah dan membuat bahan-bahan yang ideal. Selain aplikasi di atas, seramik alumina juga digunakan secara meluas dalam bidang berteknologi tinggi lain, seperti aeroangkasa, relau perindustrian suhu tinggi, tetulang komposit dan bidang lain. Dengan perkembangan berterusan teknologi toughening, bahan seramik alumina akan mempunyai sifat yang lebih baik dan bidang aplikasi yang lebih luas.
