Alüminalı keramika materialının potensialını açmaq

Alumina keramika müasir texnoloji tətbiqlərin bir çoxunda əvəzolunmaz komponentə çevrilib. Onların sərtliyi, termal sabitliyi, elektrik izolyasiya xüsusiyyətləri və korroziyaya qarşı müqaviməti sənaye məhsuldarlığını artırmağa və qlobal davamlılıq təşəbbüslərini dəstəkləməyə kömək edir.

Alumina keramikalı materiallar təsirli performans qabiliyyətlərinə malik olsa da, onların qırıqlanma meyli stress altında çatlamalarına səbəb olur. Tərkibinə daha çox valens elektronlu metallar əlavə etməklə tədqiqatçılar bu materialları daha möhkəm və çatlamaya daha davamlı etmək üçün bir yol kəşf ediblər.

Sərtlik

Alumina keramika özünün ən təsirli xüsusiyyətlərindən biri kimi seçilir; paslanmayan poladdan demək olar ki, üç dəfə, silikon karbiddən isə dörd dəfə sərtdir – bu möhtəşəm sərtlik onu metalları kəsmək, üyütmək və frezələmək üçün ideal edir.

Alüminanın yüksək sərtliyi metal implantlara alternativ olaraq, xüsusilə ortopedik oynaqlarda geniş tibbi tətbiqlər tapmasının səbəblərindən biridir. Tibbi səviyyəli alümina porsiyasızdır və dar paylanma ilə son dərəcə incə dənə strukturuna malikdir ki, bu da statik yorğunluğun və yükləmə altında çatların yavaş inkişafının qarşısını almağa kömək edir.

Alumina keramika yüksək temperaturda işləyən mühərriklər və ya turbinlər üçün termal baryer örtüklərindən başqa, qaynaq və ya istilik müalicəsi zamanı əla izolyasiya materialı kimi də geniş tətbiq olunur.

Koroziyaya qarşı müqavimət

Alumina keramika mükəmməl korroziyaya davamlılıq xüsusiyyətinə malikdir, bu da onu bir çox sənaye tətbiqlərində əvəzolunmaz material edir. Turşu və qələvi məhlullara davam gətirmə qabiliyyəti sayəsində Alumina keramika tələbkar mühitlərdə və yeni texnologiyalarda tez-tez seçilir.

Keramika materiallarının korroziyaya qarşı müqaviməti onların mikroyapısından və saflığından asılıdır. Bundan əlavə, bu müqavimətə aqressiv mühit şəraiti və ətraf temperaturu da təsir göstərir; buna görə alüminanın xüsusiyyətlərini dəyişdirmək üçün onu tez-tez digər materiallarla qarışdırırlar; bu, turş və qələvi mühitlərdə korroziyaya qarşı müqaviməti, eləcə də mexaniki göstəriciləri yaxşılaşdırmağa imkan verir.

Bu tədqiqat, korund (α-Al₂O₃) və ya mulit (3Al₂O₃·2SiO₂) müxtəlif konsentrasiyalarda əlavə edilməklə hazırlanmış alüminanın əsaslı keramikanın tərkibinin onun kimyəvi müqavimətinə təsirini araşdırmağı hədəfləyir. X-şüa difraksiyası (XRD) və ICP-MS analizi kimi xarakterizasiya üsulları, xüsusilə turşu və qələvi mühitlərə qarşı kimyəvi müqavimətin qiymətləndirilməsi məqsədilə istifadə olunub. Bundan əlavə, görünən porozluğun, kütlə sıxlığının, kütlə itkisinin, eləcə də görünən porozluğun, görünən porozluq/kütlə sıxlığı/kütlə itkisi nisbətinin ölçülməsi üçün rentgen difraksiyası (XRD) və ICP-MS analizi kimi bir neçə texnika tətbiq olunub; bu ölçmələr müxtəlif konsentrasiyalarda korund (α-Al2O3) və ya mülit (3Al2O3·2SiO2) istifadə edilməklə çap olunmuş keramikalarda turşu və qələvi mühitlərə qarşı müqaviməti qiymətləndirmək məqsədi daşıyırdı. Yüksək məzmun müqaviməti artırır, daha yüksək məzmun isə turşu və qələvi mühitlərə qarşı müqaviməti daha da yüksəldir.

Termiki sabitlik

Alumina keramika yüksək termal sabitliyə malikdir, yəni onlar temperatur dəyişikliklərinə məruz qaldıqda belə ilkin formasını və xüsusiyyətlərini itirmədən dayana bilirlər. Bu, istiliyi sürətlə yaymalı olan elektrik komponentləri üçün alumina keramikanı əvəzolunmaz seçimə çevirir.

Alumina son dərəcə aşağı genəlmə əmsalına malikdir, yəni digər materiallarla müqayisədə temperatur dalğalanmalarına məruz qaldıqda o qədər tez genişlənmir və ya daralmır, bu da onun material xüsusiyyətlərində çatlar və deformasiyaların qarşısını almağa kömək edir. Bu xüsusiyyət alumina çatlara davamlı örtük tətbiqlərində ideal namizəd edir.

Alumina təsirli mexaniki və kimyəvi müqavimət xüsusiyyətlərinə malikdir, bu da onu bir çox sənaye tətbiqləri üçün əla material seçimi edir. O, turşu və qələvi məhlullarına davam gətirir və parçalanmır, bu da aluminanın əla seçim olmasını təmin edir.

Tədqiqatlar alüminanın keramika materiallarının korroziya davranışına müxtəlif dəyişənlərin – temperaturun, zamanın və korroziya həlləri konsentrasiyasının – təsirini araşdırıb. Wu və digərləri La2O3 tərkibli sinterlərin turş mühitdə daha yüksək stabillik göstərdiyini aşkar ediblər; bu isə alüminaya digər elementlərin əlavə edilməsinin onun turş mühitə davamlılığını artıra biləcəyini göstərir.

Elektrik sabitliyi

Alumina keramikanın təsirli xüsusiyyətlərinə sərtlik, termal sabitlik, elektrik izolyasiyası və kimyəvi müqavimət daxildir – bu keyfiyyətlər bir çox texnoloji tətbiqlərdə vacib rol oynayır. Buna görə də o, keramika-metal lehimləmə yığmaları, izolatorlar, nozullar, çaxmaq izolatorları və kimyəvi emalda istifadə olunan xuciblər kimi komponentlərin istehsalı üçün seçilən materiala çevrilib.

Termiki sabit və elektrik cərəyanını keçirməyən materiallar yüksək temperaturlarda istilik sabitliyini təmin edir və eyni zamanda elektrik cərəyanının axınını məhdudlaşdıraraq enerji itkisini minimuma endirir. Bu xüsusiyyət bu materialları yüksək gərginlikli sistemlərdə güc sızması və təhlükəli cərəyan sızması riskinə qarşı qorumaq üçün xüsusilə dəyərli edir.

Bundan əlavə, onun biouyğunluğu alüminanın qabaqcıl keramikasını tibbi istifadə üçün ideal materiala çevirir; metal implantlarla əlaqəli degenerasiya və iltihaba məruz qalmadan sümük toxumasına yerləşdirilə bilər. Alumina qabaqcıl keramika quru presləmə, izostatik presləmə və ya inyeksiya kalıplama üsulları ilə müxtəlif formalar və ölçülərdə istehsal oluna bilər; lakin əlavə üsulla istehsal (AM) daha yüksək sıxlığa və daha az qüsura malik mürəkkəb formaların hazırlanmasında effektivliyini sübut edib [3], bu da dizaynerlərə yeni dizaynları daha sürətlə həyata keçirməyə və istehsal müddətini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa imkan verir [4.].

Kimyəvi sabitlik

Alumina müstəsna performanslı mühəndislik keramika materialıdır, ən sərt iş şəraitinə belə davam gətirmək üçün nəzərdə tutulub. Onun son dərəcə sərtliyi əhəmiyyətli mexaniki gərginliyə davam etməsinə imkan verir, kimyəvi inertliyi isə əksər kimyəvi təsirlərə qarşı müqavimət göstərməsini təmin edir.

Qara alüminanın xammal materialları mürəkkəb çıxarılma prosesi ilə yeraltından çıxarılır və daha sonra presləmə, ekstruziya və ya sliplinmə kimi formalaşdırma üsulları üçün bağlayıcı ilə qarışdırılmadan əvvəl incə toz halına üyüdülür. Bu üsullarla formalaşdırıldıqdan sonra onlar sinterləşdirmə adlanan yüksək temperaturlu bişirmə prosesindən keçir; bu prosesdə tərkibindəki alüminanın hissəcikləri bir-birinə yapışıb sıx keramika bədənlərinə çevrilir və onlar dünyamızda daimi qurğular halını alır.

Sinterləşdirmə bizə alüminanın keramikasının sərtlik və ya termal şok müqaviməti kimi müəyyən arzu olunan xüsusiyyətlərini artıran elementlər əlavə etməyə imkan verir. Manganez oksidi sərtliyi artıra bilər, silikon dioksid isə termal şok müqavimətini yüksəldir; bu, keramika bədənlərini xüsusi tətbiqlər üçün, məsələn, neft quyularında istifadə olunan yüksək təzyiqli proppant üçün (çox aşağı turşuya həllolma tələb olunur – 7%-dən az) uyğunlaşdırmağa imkan verir; La2O3 korund (a-Al2O3) və mullit (3Al2O3·2SiO2) fazalarının yaranmasına kömək edir ki, bu da turşuya davamlılığı əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır.