Mikä on alumiinioksidi CTe?

Alumiinioksidi-cte on edistyksellinen tulenkestävä materiaali, jolla on erinomainen tarttuvuus ja joka voidaan helposti muotoilla lähes verkon muotoon erilaisilla konsolidointi- ja sintrausmenetelmillä, mikä mahdollistaa tarkan lähes verkon muodostamisen. Lisäksi sen sähkökestävyys ja lämpöshokkien kestävyys tekevät siitä erittäin halutun materiaalin.

Alumiinioksidin lämpölaajenemiskerroin (CTE) on erittäin alhainen, minkä vuoksi se soveltuu keraami-metalli-läpivienneissä ja eristeissä, röntgenkomponenttien läpivienneissä ja tyhjiöpumppujen komponenteissa.

Lämpölaajenemiskerroin

Materiaalin lämpölaajenemiskertoimella (CTE) tarkoitetaan materiaalin pituuden kasvunopeutta lämpötilan nousua kohti tai lämpötilan muutoksiin reagoimista, joka riippuu sekä atomien muodoista että niitä yhteen pitävistä molekyylien välisistä voimista. CTE-mittaukset voidaan tehdä joko yhdessä lämpötilassa tai useilla lämpötila-alueilla keskimääräisen kertoimen (a) saamiseksi. CTE:hen voivat vaikuttaa myös ulkoiset vaikutukset, kuten paine, magneettikentät ja sähkökentät, jotka muuttavat atomien kohdistumista materiaalissa.

Alumiinioksidi (Al2O3) on valmistettu keraaminen aine, jonka kemiallinen koostumus on Al2O3. Sen ominaisuuksiin kuuluvat suuri mekaaninen lujuus, kovuus ja kulutuskestävyys, ja se on yksi kahdesta kovimmasta teknisestä materiaalista (piikarbidin jälkeen). Näiden ominaisuuksiensa ansiosta alumiinioksidi soveltuu erinomaisesti esimerkiksi korkeatyhjiölaitteisiin, sotilaallisiin sovelluksiin ja ilmailu- ja avaruusalan komponentteihin sekä metallisointiin sen erinomaisten korroosion- ja lämmönkestävyysominaisuuksien vuoksi.

Eri materiaalien CTE-arvojen erojen ymmärtäminen on erittäin tärkeää, kun niitä valitaan sovellukseen. Alumiinin CTE-arvo on paljon korkeampi kuin kuparin, mikä voi aiheuttaa hankaluuksia liitettäessä erilaisia metalleja toisiinsa sovelluksissa, kuten sähkökaapeleissa, joissa laajenemisvoimat voivat aiheuttaa haitallisia voimia liitoksissa ja johtaa tuhoaviin voimiin liitosten sisällä.

Näiden vaikutusten minimoimiseksi on parasta valita metallit, joiden CTE-arvot ovat alhaiset, ja ottaa huomioon, että tietyt materiaalit laajenevat lämpötilaansa verrannollisella nopeudella, mikä tarkoittaa, että jos lämpötila kaksinkertaistuu, tämä materiaali laajenee nelinkertaiseksi!

Lineaarinen lämpölaajeneminen (LTE) on materiaalien olennainen ominaisuus, joka liittyy niiden kimmomoduuliin, Youngin moduuliin ja poikkipinta-alaan. Lisäksi LTE vaikuttaa myös venymättömään Tref-lämpötilaan, ja se voidaan määrittää differentiaalisen lämpöanalyysin (DTA) avulla.

Materiaalien lineaarisen lämpölaajenemisen määrittämiseksi testikappaleet jäädytetään ja niiden mittamuutokset mitataan; näitä tuloksia verrataan sitten niiden alkuperäisiin arvoihin, jotta saadaan selville lämpölaajenemiskerroin (CTE). CTE-tulokset riippuvat useista tekijöistä, kuten näytteen koostumuksesta ja geometriasta, pituuden ja lämpötilan mittaustekniikoista sekä CTE:n standardi- tai hyväksytyistä arvoista.

Youngin moduuli

Youngin moduuli mittaa materiaalin kestävyyttä taivutusta tai puristusta vastaan. Insinöörit hyödyntävät tätä ominaisuutta suunnitellessaan rakenteita kestämään kohtuullisia rasitustasoja, ja sitä käytetään myös niiden elastisten ominaisuuksien arviointimenetelmänä, jolla varmistetaan, että ne kestävät toistuvaa käyttöä ankarissa olosuhteissa.

Insinöörit käyttävät useita testilaitteita Youngin moduulin laskemiseen. Ensin he mittaavat materiaalin eri halkaisijat ja ottavat lukemat useista eri kohdista, jotta saadaan tarkka lähtötaso, jota käytetään myöhemmissä laskelmissa. Seuraavaksi insinöörit näkevät muodonmuutostestien avulla, miten eri voimat vaikuttavat materiaalin käyttäytymiseen eri olosuhteissa.

Kun insinöörit ovat arvioineet havaintonsa, he laskevat materiaalin Youngin moduulin vertaamalla sen arvoja standardoituihin viitearvoihin. Tämä määritys osoittaa, kestääkö materiaali normaaleja rasituksia vai estääkö sen hauraus sen käytön rakenteellisissa sovelluksissa.

Alumiinioksidikiteiden Youngin moduuli riippuu useista muuttujista, kuten lämpötilasta, seoksen koostumuksesta ja kiderakenteesta. Se ilmaistaan yleensä siihen kohdistuvan muodonmuutoksen funktiona; erityisesti frac LL0/frac EE(LL)2.

Alumiinia ja zirkoniaa käytetään laajalti ilmailu- ja avaruusalalla, autoteollisuudessa ja teollisuustuotteissa niiden lujuuden, kestävyyden, korkean lämpötilan sietokyvyn sekä korroosion- ja kulutuskestävyyden vuoksi.

Alumiinioksidilla on vahva ionisidos atomiensa välillä, mikä antaa sille sen toivotut materiaaliominaisuudet. Vaikka korkeissa lämpötiloissa esiintyy useita eri kidefaaseja, useimmat niistä siirtyvät melko nopeasti heksagonaaliseen alfa-faasiin, mikä johtaa vahvaan ja jäykkään keraamiseen materiaaliin, jota käytetään usein rakennesovelluksissa.

Alumiinioksidin kimmomoduuli on noin 69 gigapascalia (GPa). Tämä arvo on todennettu kokeellisilla mittauksilla, teoreettisilla laskelmilla ja simuloinneilla, mutta sen tarkka arvo voi kuitenkin vaihdella sen käsittely- ja valmistusmenetelmistä riippuen.

Huokoisuus

Alumiinikeraamiikka on monikäyttöistä teknistä keramiikkaa, jolla on erinomainen korroosion- ja kulutuskestävyys, erinomainen mekaaninen lujuus ja joka kestää haastavia ympäristöjä maansiirto- ja materiaalinsiirtosovelluksista korkealämpöisiin uuneihin ja uuneihin. Näissä ympäristöissä käytetyillä alumiinioksidikeramiikoilla on tyypillisesti räätälöityjä mikrorakenteita ja koostumuksia, jotka on räätälöity juuri niiden tehtäviin - nämä ominaisuudet tekevät alumiinioksidikeramiikasta ensisijaisen ratkaisun moniin vaativiin sovelluksiin.

Alumiinikeraamisten valmistuksessa käytetyillä huokostenmuodostajilla, kuten muodostamiseen käytetyillä tärkkelystyypeillä, voi olla valtava vaikutus niiden lämpökäyttäytymiseen. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että näillä materiaaleilla on erilaiset huokoisuustasot ja huokoskoot, kun ne valmistetaan peruna-, vehnä- ja maissitärkkelyksestä - ja kullakin jauheella on myös erilaiset tiheydet, jotka vaikuttavat lämmönjohtavuuteen.

Huokosmuodostajan vaikutuksen tutkimiseksi alumiinioksidikiteiden lämpöominaisuuksiin valmistettiin kolme pinnoitetta käyttäen erilaisia jauheita ja ruiskutusparametreja, jotta voitiin tutkia sen vaikutusta lämmöneristysominaisuuksiin. Ruiskutetuille näytteille tehtiin sitten lämpöeristyskokeet, jotka osoittivat, että karkea- ja keskirakeisilla pinnoitteilla oli heikompi lämpöeristävyys kuin hienojakoisilla pinnoitteilla; lisäksi näissä karkea- ja keskirakeisista jauheista valmistetuissa keraamisissa oli enemmän sulamattomia hiukkasia ja epäsäännöllinen huokoskokojakauma kuin hienojakoisissa näytteissä.

Nämä tulokset osoittavat, että huokosten muodostajilla ja lähtöjauheen hiukkaskoolla on merkittävä rooli huokoisen alumiinioksidikeramiikan karakterisoinnissa, sillä niiden koolla, muodolla ja jakaumalla on olennainen merkitys lämpöpinnoitteen ominaisuuksiin, kuten eristysominaisuuksiin.

Emme ainoastaan arvioineet huokosia muodostavia aineita ja hiukkaskokoja, vaan käytimme myös röntgenjauhediffraktiota analysoidaksemme 3D AAO-rakenteen morfologiaa. Röntgentulokset vahvistivat, että alumiinioksidista valmistetuissa 3D-kalvoissa on pitkittäishuokosia sekä poikittaisia nanokanavia; niiden pituus vaikuttaa lämmönjohtavuuteen sekä käytettyyn täyteaineeseen.

Tiheys

Alumiinioksidi on kehittynyt tekninen keraaminen materiaali, jota käytetään yleisesti erilaisissa teollisuusympäristöissä. Sillä on erinomaiset mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet, minkä ansiosta se soveltuu tarkkuustiivistyssovelluksiin korkeissa lämpötiloissa ja tarjoaa erinomaiset eristysominaisuudet erittäin alhaisen huokoisuutensa ja suuren raekokonsa ansiosta. Alumiinioksidi on kemiallisesti inertti ja korroosionkestävä.

Alumiinioksidin mekaanisiin ominaisuuksiin kuuluvat myös sen kulutuskestävyys, kovuus ja taivutuslujuus - usein yli 160 MPa vetolujuudessa ja 280 MPa taivutuslujuudessa - jotka on määritetty testaamalla tietyissä olosuhteissa. Taivutuslujuus mittaa materiaalin kykyä muodonmuutokseen kuormituksen alaisena; näiden ominaisuuksien arvioimiseksi tarkasti veto- ja taivutuslujuus mitataan kohdistamalla jännitys suoraan materiaaliin ja mittaamalla venymä sen murtumispisteessä.

Alumiinioksidin fysikaaliset ominaisuudet voivat vaihdella sen puhtaudesta ja valmistusprosessista riippuen. Reaktiivisen alumiinioksidin sulamislämpötila on alhaisempi ja tiheys suurempi kuin tavallisen alumiinioksidin, ja tämä ero voi vaikuttaa merkittävästi valmistukseen, käyttöprosesseihin ja tuotteen suorituskykyyn.

Hienorakeinen tekninen alumiinioksidi on yksi teollisuuden kantavia voimia, ja se tarjoaa houkuttelevan tasapainon kustannusten ja suorituskyvyn välillä. Saatavilla olevat puhtausasteet vaihtelevat 94%:stä helposti metalloitaviin sovelluksiin aina 99,8%:hen, mikä täyttää vaativienkin sovellusten vaatimukset.

Vihreä tai keksimäinen keraaminen materiaali voidaan helposti työstää monimutkaisiin geometrioihin. Valitettavasti sintrausprosessi, joka vaaditaan sen täydelliseen tiivistämiseen, aiheuttaa sen kutistumisen noin 20%:n verran; näin ollen tiukkojen toleranssien saavuttaminen edellyttää tarkkuuskoneistusta timanttihiontatekniikoilla, mikä voi olla sekä aikaa vievää että kallista.

Macor Machinable Glass Ceramic voi tarjota kustannustehokkaan vaihtoehdon, kun alumiinioksidin suorituskyky ei ole ensisijaisen tärkeää. Macorin taivutuslujuus ja lämmönjohtavuus ovat vertailukelpoisia, mutta sen raekoko on suurempi; siksi sen kulutuskestävyys voi olla heikompi ja se voi toimia huonommin ympäristöissä, joissa esiintyy nopeita lämpenemis- ja jäähtymissyklejä.