Раскрыццё патэнцыялу керамічнага матэрыялу з алюміналам

Кераміка з алюмінію стала незаменным кампанентам многіх сучасных тэхналагічных прымяненняў. Яе цвёрдасць, тэрмічная ўстойлівасць, электраізаляцыйныя ўласцівасці і ўстойлівасць да карозіі дапамагаюць павышаць прамысловую прадукцыйнасць, падтрымліваючы пры гэтым глабальныя ініцыятывы ў галіне ўстойлівага развіцця.

Хоць алюмінавая кераміка валодае ўражлівымі эксплуатацыйнымі магчымасцямі, яе крохкасць робіць яе схільнай да трэшчын пры ўздзеянні напружанняў. Дадаўшы ў яе склад металы з большай колькасцю валентных электронаў, даследчыкі знайшлі спосаб зрабіць гэтыя матэрыялы больш трывалымі і ўстойлівымі да ўтварэння трэшчын.

Цвёрдасць

Алюмінасілікатная кераміка вылучаецца сярод іншых матэрыялаў сваімі ўражлівымі ўласцівасцямі: яна амаль у тры разы цвярдзейшая за нержавеючую сталь і ў чатыры разы цвярдзейшая за сіліцыйны карбід — такая высокая цвёрдасць робіць яе ідэальнай для рэзкі, шліфавання і фрэзеравання металаў.

Высокая цвёрдасць алюмінію таксама з'яўляецца адной з прычын яго шырокага выкарыстання ў медыцыне, асабліва ў артапедычных суставах, у якасці альтэрнатывы металічным імплантам. Алюмінію медыцынскай якасці не мае порыстасці і характарызуецца надзвычай дробнай зярністай структурай з вузкім размеркаваннем, што дапамагае прадухіліць статычную стомленасць, а таксама запаволіць развіццё расколін пад нагрузкай.

Герматычнасць керамікі алюмінію знаходзіць шматлікае прымяненне па-за межамі тэрмабарыерных пакрыццяў для рухавікоў або турбін, якія працуюць пры высокіх тэмпературах, а таксама выкарыстоўваецца як выдатны ізалятар падчас зваркі або тэрмічнай апрацоўкі.

Устойлівасць да карозіі

Алюмінавая кераміка валодае выдатнай устойлівасцю да карозіі, што робіць яе неацэнным матэрыялам у многіх галінах прамысловасці. Дзякуючы здольнасці супрацьстаяць кіслотным і шчолачным растворам, алюмінавую кераміку часта выбіраюць для выкарыстання ва ўмовах з высокімі патрабаваннямі і ў новых тэхналогіях.

Устойлівасць керамічных матэрыялаў да карозіі залежыць ад іх мікраструктуры і чысціні. Акрамя таго, на яе ўплываюць умовы агрэсіўных асяроддзяў, а таксама тэмпература навакольнага асяроддзя; па гэтай прычыне аксід алюмінію часта змешваюць з іншымі матэрыяламі для змянення яго ўласцівасцей; такім чынам можна павысіць устойлівасць да карозіі ў кіслотных і шчолачных асяроддзях, а таксама палепшыць механічныя характарыстыкі.

У рамках гэтага даследавання вывучаецца ўплыў складу на хімічную ўстойлівасць керамікі на аснове алюмінавага шкляніку, надрукаванай з рознымі канцэнтрацыямі карэндуму (α-Al2O3) або муліту (3Al2O3·2SiO2). Для ацэнкі выкарыстоўваліся метады характарызацыі, такія як рэнтгенаўская дыфрактрацыя (РД) і ІСП-МС-аналіз, у прыватнасці ў дачыненні да іх хімічнай устойлівасці да кіслотных і шчолачных асяроддзяў. Акрамя таго, для вымярэння такіх характарыстык, як знешняя порыстасць, аб'ёмная шчыльнасць, страта масы, а таксама суадносін знешняй порыстасці/аб'ёмнай шчыльнасці/страты масы, на кераміцы, надрукаванай з выкарыстаннем розных канцэнтрацый карбюрунда a-Al2O3 або муліту 3Al2O32SiO2, былі прыменены розныя метады, такія як рэнтгенаўская дыфрактаметрыя (РД) і аналіз з індуктыўна-звязанай плазма (ІСП-АС). Гэтыя даследаванні былі накіраваны на вызначэнне іх устойлівасці да кіслотных і шчолачных асяроддзяў. Высокі змест павышае ўстойлівасць, а яшчэ большы змест яшчэ больш павышае ўстойлівасць да кіслотных і шчолачных асяроддзяў.

Тэрмічная стабільнасць

Алюмінавая кераміка валодае высокай тэрмічнай устойлівасцю, што азначае, што яна можа вытрымліваць тэмпературныя ваганні без змянення сваёй першапачатковай формы або парушэнняў. Гэта можа зрабіць алюмінавую кераміку неацэнным выбарам для электрычных кампанентаў, якія павінны хутка рассейваць цяпло.

Алюміна мае надзвычай нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння, што азначае, што яна не пашыраецца і не скарачаецца так хутка пры ўздзеянні тэмпературных ваганняў у параўнанні з іншымі матэрыяламі, што дапамагае прадухіліць утварэнне трэшчын і дэфармацыю яе ўласцівасцей. Гэтая асаблівасць робіць алюміну ідэальным кандыдатам для выкарыстання ў якасці трэшчынаўстойлівага пакрыцця.

Алюмінавая кераміка валодае ўражлівымі механічнымі і хімічнымі ўстойлівасцямі, што робіць яе выдатным матэрыялам для многіх прамысловых прымяненняў. Яна можа вытрымліваць кіслотныя і шчолачныя растворы без пагаршэння сваіх уласцівасцей, што робіць алюмінавую кераміку выдатным варыянтам.

Даследаванні вывучалі ўплыў розных зменных – тэмпературы, часу і канцэнтрацыі каррозійных раствораў – на каррозійнае паводзіны алюмінасілікатнай керамікі. Ву і інш. выявілі, што сінтры з La2O3 дэманстравалі большую стабільнасць у кіслотным асяроддзі, што сведчыць пра тое, што даданне іншых элементаў да алюмінасілікатнай керамікі можа павысіць яе кіслотаўстойлівасць.

Электрычная стабільнасць

Сярод уражлівых уласцівасцей алюмінасілікатнай керамікі — цвёрдасць, тэрмічная ўстойлівасць, электраізаляцыя і хімічная ўстойлівасць — якасці, якія сталі неад'емнымі ў многіх тэхналагічных прымяненнях. Таму яна стала матэрыялам выбару для вытворчасці такіх кампанентаў, як зварныя злучэнні «кераміка-метал», ізалятары, сопла і ізалятары свечак запальвання, а таксама тыгляў, якія выкарыстоўваюцца ў хімічнай апрацоўцы.

Тэрмічна стабільныя і электрычна ізаляцыйныя матэрыялы забяспечваюць тэрмічную стабільнасць пры высокіх тэмпературах, адначасова абмяжоўваючы рух электрычнага току і такім чынам мінімізуючы страты энергіі. Гэтая характарыстыка робіць гэтыя матэрыялы асабліва каштоўнымі ў сістэмах, якія працуюць пад больш высокімі напругамі, для абароны ад магчымай уцечкі магутнасці і небяспечнай уцечкі току.

Акрамя таго, яго біясумяшчальнасць робіць прасунутую цэраміку з алюмініі ідэальным матэрыялам для медыцынскага прымянення; яе можна ўжываць у касцявой тканцы без разбурэння і запалення, характэрных для металічных імплантаў. Прасунутую кераміку з алюмініі можна вырабляць розных формаў і памераў з дапамогай сухага прэсавання, ізастатычнага прэсавання або метаду ін'екцыйнага фармавання; аднак дадавальны вытворчасці (ДВ) даказаў сваю эфектыўнасць у вырабе складаных форм з большай шчыльнасцю і меншай колькасцю дэфектаў [3], што дазваляе распрацоўшчыкам рэалізоўваць новыя канструкцыі хутчэй і значна скарачаць час вытворчасці [4.].

Хімічная стабільнасць

Алюмінавая кераміка — гэта інжынерны матэрыял з выдатнымі характарыстыкамі, прызначаны вытрымліваць нават самыя суровыя працоўныя ўмовы. Яе надзвычайная цвёрдасць дазваляе ёй вытрымліваць значныя механічныя нагрузкі, а хімічная інертыйнасць забяспечвае ўстойлівасць да большасці хімічных уздзеянняў.

Сыравіна для чорнай алюмініі здабываецца са зямлі праз складаны працэс экстракцыі і здрабняецца да стану дробнага парашку перад змешваннем з звязальным для далейшай апрацоўкі, такой як прэсаванне, экструзія або ліццё па вадзяной аснове. Пасля надання ім формы гэтымі метадамі іх падвяргаюць выпаку пры высокіх тэмпературах, які называецца сінтэраваннем, падчас якога часцінкі алюмініі, што ўваходзяць у іх склад, сплаўляюцца ў шчыльныя керамічныя целы, якія стануць пастаяннымі аб'ектамі ў нашым свеце.

Сінтэраванне дазваляе дадаваць элементы, якія павышаюць пэўныя жаданыя характарыстыкі алюмінаванай керамікі, такія як цвёрдасць або ўстойлівасць да тэрмічнага удару. Марганцавы аксід можа павышаць цвёрдасць, у той час як дыяксід крэмнію павышае ўстойлівасць да тэрмічнага удару; гэта дазваляе нам адаптаваць керамічныя цела спецыяльна для пэўных прымяненняў, такіх як прап'янт высокага ціску, які выкарыстоўваецца ў нафтавых свідравінах і які патрабуе вельмі нізкай кіслотнай растваральнасці (менш за 7%); La2O3 спрыяе ўтварэнню фаз карбюнд (α-Al2O3) і муліт (3Al2O3·2SiO2), якія значна паляпшаюць кіслотаўстойлівасць.