Keramika z oxidu hlinitého je nejpružnějším a nejlevnějším materiálem mezi oxidy s teplotou tání více než 2 000 ℃. Keramika z hliníku je druh keramického materiálu s oxidem hlinitým jako hlavním tělem. Keramika z hliníku je široce používána v oblasti elektroniky, elektrických spotřebičů, strojů, textilu, letectví a podobně, a to díky své vysoké mechanické pevnosti, vysoké tvrdosti a nízké dielektrické ztrátě. To také potvrdilo svou vysokou pozici v oblasti keramických materiálů. se uvádí, že oxid hlinitý je největším oxidovým keramickým materiálem na světě.
Struktura keramiky z oxidu hlinitého patří ke korundovému typu, který má vlastnosti iontové vazby, což skluzový systém výrazně snižuje než u kovů, což vede k nedostatku určité houževnatosti a plasticity. Proto je lomová houževnatost nízká, což značně omezuje široké použití keramiky z oxidu hlinitého. Jaké jsou hlavní metody zpevňování keramiky z oxidu hlinitého?
Zpevnění lamelové struktury
Přírodní materiály, jako je bambus a skořápka, mají díky své vrstvené struktuře dobré komplexní vlastnosti. Lidé se inspirují těmito přírodními strukturami a využívají bionickou strukturu ke zlepšení křehkosti a houževnatosti keramických materiálů.
Vrstvené kompozitní keramické materiály se skládají z vícevrstvých materiálů. Elastický modul a koeficient lineární roztažnosti každé vrstvy se liší, což vede k makro stresu mezi vrstvami a tlakovému namáhání na povrchu. Při působení vnější síly může být napěťová energie absorbována v maximální míře a trhlina se může opakovaně vychýlit a otáčet podél rozhraní. Pro zlepšení vlastností povrchu a celkové houževnatosti.
Například u keramiky s vrstvou hliníku / Ni je koeficient lineární roztažnosti niklu asi) časy koeficientu aluminy, který způsobuje napětí ve vrstvě aluminy a má velkou schopnost odklonění trhlin, takže materiál má lepší houževnatost.
Lamelární keramika je nový typ materiálu se širokou perspektivou, ale jeho hlavní nevýhoda je v tom, že slabá mezivrstva sníží pevnost materiálu a vlastnosti rovnoběžné a kolmé ke směru mezivrstvy jsou zcela odlišné a vykazují anisotropii. Odborníci v oboru tedy předložili myšlenku použití silné mezivrstvy k přípravě silné mezivrstvy ZTA / alumina. Rázová houževnatost je více než 10mpa.m1 / 2, což je 2,8krát materiál ZTA a 5,6krát hlinité keramiky. Někteří vědci simulovali laminovanou kompozitní keramiku pomocí počítače a zjistili, že pokud je také pevnost materiálu měkké vrstvy příliš vysoká vysoká nebo příliš nízká, celková houževnatost se sníží, a pokud se poměr tloušťky tvrdé vrstvy k tloušťce měkké vrstvy a modulu pružnosti zvýší, uniformita tvrdé vrstvy může zlepšit houževnatost keramiky. výzkumné nápady a přístupy k optimalizaci lamelární tvrzené keramiky.
Vláknové kompozitní tužení
Výsledky ukazují, že účinnost kalení kontinuálního vlákna je vyšší než u jiných způsobů kalení a je to dosud nejvyšší houževnatost keramických sérií, která může dosáhnout asi 20 MPa. m1 / 2, takže je to velmi účinný způsob, jak zlepšit křehkost keramických materiálů.
V tomto způsobu jsou vlákna s vysokou pevností a elastickým modulem rozptýlena v keramické matrici. Při působení vnější síly je část zatížení kompozitu nesena vláknem, aby se snížilo zatížení samotné matrice. Navíc, když je pevnost vlákna v matrici větší než jeho pevnost, vlákno se vytáhne. Kromě toho mají tato vlákna také přemostění a vychýlení trhlin v matrici, aby se zabránilo růstu trhlin. Tyto tři tvrzovací mechanismy společně zlepšují houževnatost keramických materiálů.
V současné době jsou vlákny používanými v keramice z oxidu hlinitého hlavně uhlíková vlákna, vlákna karbidu křemíku, vlákna křemičitanu hlinitého atd. Zjistilo se, že účinek ztužení lze zlepšit zvýšením poměru délky k průměru. Ve formě vlákna má trojrozměrná tkaná textilie s vláknem lepší zpevňovací účinek. Podobně jako vlákno existuje i mnoho keramiky z oxidu hlinitého ztuženého vousy a účinek je velmi dobrý. Protože vousy jsou krátká vlákna s monokrystalovou strukturou a velmi malým průměrem (obvykle menší než 3 UM). Má málo krystalických defektů, vysoce uspořádané uspořádání atomů a jeho síla se blíží teoretické hodnotě vazebné síly mezi sousedními atomy. Teorie a praxe dokazují, že může zlepšit houževnatost keramiky. Pokud se do keramiky na bázi oxidu hlinitého zavedou vousy karbidu křemíku (objemový podíl až 20% - 30%), může houževnatost segmentu dosáhnout 8 - 8,5 mPa / m.
Mechanismus zušlechťování vousů je nejen vytažení, vychylování trhlin, přemostění trhlin a jejich připevnění, ale také vysoká pevnost. Teoreticky tedy zvýšení pevnosti, snížení modulu pružnosti a zvýšení poměru stran vousů může zlepšit účinek ztuhnutí Nevýhodou keramiky z tvrzeného oxidu hlinitého s vlákny a vousy je to, že je obtížné zajistit rovnoměrnost míchání.
Samozhášecí
Tzv. Samoztuhnutí má za určitých technologických podmínek růst ztužených a zesílených fází. Do určité míry eliminuje fyzikální nebo chemickou nekompatibilitu mezi matricovou fází a tvrzenou fází a zajišťuje termodynamickou stabilitu matricové fáze a tvrzená fáze.
Co se týče keramiky aluminy, zaměřuje se výzkum překonávání křehkosti keramiky aluminy na ztuhnutí aluminy různými růstovými zrny. Hlavním mechanismem je řízení směru růstu zrn aluminy technologickými opatřeními tak, aby mohla růst ve tvaru tyčinek a dlouhý sloupec tvarovaný podél některých křišťálových povrchů, který hraje podobnou roli v kalicích vousech. V případě vnějšího zatížení vytvoří ocas trhliny můstkový režim a anizotropní růst oxidu hlinitého také vytvoří roztažení, vychýlení trhlin a další ztužovací mechanismy, což zlepší tuhost celé keramiky z oxidu hlinitého.
Zpevnění fázové transformace
Jedná se o druh vytvrzovacího vzorce, který byl dříve a široce studován. Uměle vytváří velké množství extrémně jemných trhlin v materiálu, které absorbují energii a zabraňují růstu trhlin. Většina z nich se zaměřuje na martenzitickou transformaci Zr02 a ZTA, ZTM a další keramické materiály jsou úspěšné. ZrO2 rozptýlené v aluminové matrici jsou z důvodu odlišného koeficientu lineární roztažnosti částice ZrO2 vystaveny kompresnímu napětí a fázová transformace je během chlazení blokována. Poté, když je materiál vystaven vnější síle, je tlak na částicích ZrO2 je uvolněna, tetragonální fáze se změní na monoklinickou fázi a mikrotrhliny jsou produkovány v matrici po expanzi objemu a energie hlavních trhlin je absorbována, aby se dosáhlo ztuhovacího účinku. Toto je mechanismus ztužení vyvolaný stresem proměna.
V mechanismu zpevnění, kromě indukovaného transformačního mechanismu ZrO2, transformace způsobuje expanzi objemu a fenomén vytlačování z oblasti trhliny do oblasti bez transformace způsobuje, že se trhlina blíží, obtížně se rozšiřuje a také zlepšuje houževnatost. Někteří vědci zjistili, že nejlepšího zpevňujícího účinku bylo dosaženo, když objemový podíl Zr02 byl 20%.
Keramická tvrzovací technologie bude horkou technologií v materiálovém poli po dlouhou dobu v budoucnosti. Pokud budou vlastní vlastnosti keramických materiálů, jako je vysoká pevnost, vysoká teplotní odolnost a nízký koeficient roztažení, kombinovatelné s vysokou houževnatostí, bude to vysoce výkonné materiály, o kterých se v materiálovém poli sní, a aplikační pole je velmi rozsáhlé. Podívejme se stručně na některé aplikace keramiky hliníku.
Mechanický
Pevnost v ohybu u slinutých keramických výrobků z oxidu hlinitého může dosáhnout 250 MPa a u lisovaných výrobků za horka může dosáhnout 500 MPa. Mohsova tvrdost keramiky z oxidu hlinitého je až 9. Kromě toho má vynikající odolnost proti opotřebení, takže se široce používá při výrobě řezných nástrojů, kulových kohoutů, brusných kotoučů, keramických hřebíků, ložisek atd., mezi nimiž se nejčastěji používají keramické řezné nástroje z hliníku a průmyslové ventily.
Keramická fréza z hliníku
Optimální rychlost řezání keramického nástroje z oxidu hlinitého je vyšší než u běžného nástroje ze slinutého karbidu, což může výrazně zlepšit účinnost řezání různých materiálů. S velkým výzkumem vědců, kompozitní keramiky z aluminy a keramiky vyztužené whiskerem, která se skládá z dvě fáze přidáním dalších složek nebo existují v matrici ve formě pevného roztoku. Tyto technologie vyrovnávají nedostatky čisté keramiky z oxidu hlinitého, čímž zlepšují jeho řezací výkon a trvanlivost.
Elektronický / výkon
Pokud jde o elektroniku a elektrickou energii, existují různé hliníkové keramické žehlicí plochy, substráty, keramické fólie, průhledná keramika a různé hliníkové keramické elektrické izolační keramiky, elektronické materiály, magnetické materiály atd., Z nichž nejrozšířenější jsou průsvitné keramiky a substráty hliníku použitý.
Průhledná keramika z hliníku
V současné době je průhledná keramika důležitou hranicí v oblasti materiálového výzkumu a aplikace. Jako nový materiál má průhledná keramika nejen široký rozsah propustnosti světla, ale má také řadu výhod, jako je vysoká tepelná vodivost, nízká vodivost , vysoká tvrdost, vysoká pevnost, nízká dielektrická konstanta a dielektrická ztráta, dobrá odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.
Keramický substrát z hliníku
Keramický substrát z oxidu hlinitého má výhody vysoké mechanické pevnosti, dobré izolace a vysoké odolnosti vůči světlu, které se široce používá u vícevrstvého elektroinstalačního keramického substrátu, elektronického balení a obalového substrátu s vysokou hustotou.
Chemický průmysl
V chemické aplikaci má keramika z oxidu hlinitého širokou škálu použití, jako je keramická chemická plnicí koule z oxidu hlinitého, anorganická mikrofiltrační membrána, povlak odolný proti korozi atd., Mezi nimiž jsou nejvíce studovány a aplikovány keramická membrána a povlak z oxidu hlinitého.
Lékařský
V medicíně se alumina více používá k výrobě umělých kostí, umělých kloubů, umělých zubů atd. Keramika z hliníku má vynikající biologickou kompatibilitu, biologickou setrvačnost, fyzikální a chemickou stabilitu, vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebení a je ideálním materiálem pro přípravu umělých kost a umělý kloub. Má však stejné nevýhody jako jiné keramické materiály, jako je vysoká křehkost, nízká lomová houževnatost, vysoká obtížnost technologie obrábění, složitá technologie atd., takže vyžaduje další výzkum a použití.
Architektura / sanitace / keramika
V oblasti stavební sanitární keramiky lze výrobky vidět všude, jako je například keramická vyzdívka z hliníku, brusné médium, váleček, keramická ochranná trubka a žáruvzdorný materiál z hliníku.
Kouzlo materiální vědy spočívá v tom, že se navzájem učíme o silných stránkách, aby si napravily slabiny a vytvořily ideální materiály. Kromě výše uvedených aplikací se keramika hliníku také hojně používá v jiných high-tech oborech, jako je letecký a kosmický průmysl, vysokoteplotní průmyslové pece, kompozitní vyztužení a další pole. Při nepřetržitém vývoji technologie kalení budou mít keramické materiály z hliníku lepší vlastnosti a rozsáhlejší aplikační pole.
