Aliuminio keramikos substratų, skirtų PCB, tipai

Alumina (dar žinoma kaip aliuminio oksidas) yra pažangus ugniai atsparus medžiaga, kurią naudojant sutankinimo ir sukepinimo metodus galima formuoti į įvairias formas, todėl ji yra naudinga tiek pramoninėje, tiek medicininėje įrangoje.

Keraminės-metalinės praėjimų jungtys, rentgeno komponentai ir elektrinės izoliacinės įvorės pasižymi puikiu mechaniniu stiprumu, atsparumu cheminiam poveikiui ir nusidėvėjimui, terminiu stabilumu bei aukštomis dielektrinėmis savybėmis. Dėl savo hermetiškumo jos taip pat yra puikus pasirinkimas.

94% aliuminio oksidas

Aluminos keramika yra puikus elektros izoliatorius ir viena iš plačiausiai naudojamų pažangiųjų keraminių medžiagų, užtikrinanti aukštą elektrinės izoliacijos lygį ir tuo pačiu pasižyminti dideliu atsparumu nusidėvėjimui bei korozijai. Dėl šios savybės aliuminio oksido keramika tapo plačiai naudojama siurbliuose, automobilių detalėse, medicininiuose tyrimuose, gynybos srityje, taip pat glazūrose (net nedidelis jos kiekis – iki 5% – gali suteikti akmeninio matinio paviršiaus efektą, kuris yra pageidaujamas siekiant tam tikrų dekoratyvinių efektų).

Laminuotas aliuminio oksidas gaminamas aglomeruojant kalcinuotus aliuminio oksido miltelius į lakštus. Ji pasižymi puikiu terminiu stabilumu, stiprumu ir atsparumu cheminiam poveikiui – gali išlaikyti temperatūrą iki 1650 °C/3000 °F neprarandant 50% savo tempiamojo stiprio ir yra atspari rūgštims bei šarminiams tirpalams.

Kitos pažangiosios keramikos medžiagos pasižymi panašiomis savybėmis kaip ir aliuminio oksidas, įskaitant didelę savitąją varžą ir stiprumą, tačiau komerciniu požiūriu joms sunku konkuruoti. BeO yra toksiškas ir brangus, o BN yra ekonomiškesnis, tačiau jo šilumos laidumas yra žymiai mažesnis – tačiau aliuminio oksidas turi dar vieną svarbų privalumą – jį lengva apdoroti ir apdirbti.

99% aliuminio oksidas

99% aliuminio oksidas pasižymi puikiomis mechaninėmis, terminėmis ir elektrinėmis savybėmis. Jis gali atlaikyti temperatūrą nuo 1600 iki 1700 laipsnių Celsijaus, pasižymi dideliu atsparumu rūgštims ir šarmams, taip pat puikiai veikia esant aukštam slėgiui. Be to, ši medžiaga atitinka griežtus paviršiaus apdailos ir lygumo reikalavimus, kai ji apdirbama arba formuojama į sudėtingas detales, o biokompatibilumo ir inertiškumo kriterijai leidžia ją naudoti medicinoje; be to, dėl savo kietumo ir stiprumo savybių ji puikiai tinka neperšaunamų keraminių gaminių gamybai.

Aliuminio oksido keramika dažnai gaminama kaip pluoštu sustiprinti metalinės matricos kompozitai, kurių sudėtyje yra aliuminio oksido pluoštai; juos galima sukepinti arba presuoti, kad būtų pagamintos sudėtingos detalės, pasižyminčios puikiomis mechaninėmis savybėmis. Šie kompozitai dažniausiai naudojami pjovimo įrankių, ekstruzijos gaminių ir purkštukų gamyboje, taip pat stūmoklinių variklių ar mašinų trinties detalėse bei olimpinių ledo čiužinių peiliuose.

Aluminosilikato keramika pasižymi puikiu dielektriniu stiprumu ir šiluminiu laidumu; tačiau dėl jos trapumo reikia elgtis atsargiai, kad ji nebūtų pažeista. Renkantis aluminosilikato keramiką savo reikmėms, atsižvelkite į galios poreikius, įtampos parametrus ir temperatūros sąlygas – tada įvertinkite juos atsižvelgdami į savo biudžetą, kad galėtumėte pasirinkti aluminosilikato keramiką, kuri geriausiai atitinka šiuos kriterijus.

99% Al₂O₃

Alumina 96% (Al₂O₃) yra vienas iš plačiausiai naudojamų keraminių substratų spausdintinių plokščių (PCB) gamybai, pasižymintis išskirtiniu šilumos laidumu, mechaniniu stiprumu ir atsparumu dilimui. Be to, ši tanki keramika pasižymi mažu poringumu, todėl tinka storosios plėvelės technologijoms, pavyzdžiui, hibridinėms spausdintinėms plokštėms ir komponentų substratams, taip pat tiesioginiam vario nusodinimui.

99% aliuminio oksido substratai gali būti gaminami taikant juostinio liejimo arba sausojo presavimo procesus, naudojant įvairius priedus, iš kurių populiariausi yra chromas, titanas ir natris. Šie priedai daro įtaką keramikos savybėms – padidina šilumos laidumą, mechaninį stiprumą, atsparumą dilimui bei atsparumą rūgščių ir šarmų korozijai, taip užtikrinant geresnes eksploatacines savybes.

Aliuminio oksido keramika plačiai naudojama kaip transporto priemonių šarvai. Priklijuota prie aramido arba „Dyneema“ audinio, aliuminio oksido keramika užtikrina dvigubai didesnę apsaugą nei plieniniai šarvai, tuo pačiu būdama lengvesnė, mažiau linkusi rūdyti ir pasižymėdama greitesniu šilumos išsklaidymu nei metalinės medžiagos. Deja, nors aliuminio oksido keramika ir nėra neperšaunama, ji turi tam tikrų trūkumų; poveikis koncentracijomis, viršijančiomis 0,38 mg/L koncentracijos sukėlė plaučių oro srauto susiaurėjimą jūrų kiaulytėse, dėl to susiaurėjo kvėpavimo takai, sumažėjo oro srautas per jų kūnus, o tai sumažino plaučių talpą, dėl ko sumažėjo plaučių funkcija, o tai savo ruožtu sumažino oro srautą kvėpavimo takuose, sukeldama kvėpavimo takų užgulimą, nes jūrų kiaulytės, patiriančios oro srauto apribojimus, įkvėpdamos sukėlė kvėpavimo takų susiaurėjimą, susiaurindamos oro srautą savo kūnuose, o tai savo ruožtu sukėlė kvėpavimo takų oro srauto apribojimus dėl riboto šilumos išsklaidymo greičio, palyginti su plienu, dėl greitesnio šilumos išsklaidymo greičio, palyginti su plienu, per 12 minučių esant 0,38 mg/L koncentracijai sukėlė plaučių oro srauto susiaurėjimą jūrų kiaulytėms, kurios buvo veikiamos. Tačiau jūrų kiaulytės, veikiamos 0,38 mg/l koncentracijos, patyrė plaučių oro srauto susiaurėjimą, kuris sukėlė plaučių oro srauto sutrikimus, o tai savo ruožtu sukėlė plaučių oro srauto užsikimšimą, vedantį prie kvėpavimo sistemos sutrikimų, kaip rodo sumažėjusi plaučių talpa po poveikio; nors poveikis sukėlė susiaurėjimą, nes per 8 minutes pasireiškė susiaurėjimas dėl šilumos išsklaidymo, kuris sumažino plaučių oro srautą po įkvėpimo, esant 0,38 mg/l koncentracijai, sukėlė plaučių oro srauto susiaurėjimą jūrų kiaulėms po poveikio įkvėpimo, sukėlė susiaurėjimą dėl poveikio įkvėpimo, kuris pasirodė esąs ne visiškai patikimas; įkvėpimo dozės poveikis sukėlė stiprų susiaurėjimą per 2 minutes, per kelias minutes sukeldamas plaučių oro srauto apribojimą, dėl kurio po poveikio sumažėjo plaučių oro srautas dėl kvėpavimo takų susiaurėjimo per 48 valandas; poveikio metu sumažėjęs plaučių oro srautas sukėlė kvėpavimo sutrikimą dėl susiaurėjimo po daugiau nei 1 valandos, o tai lėmė kvėpavimo sutrikimą dėl plaučių oro srauto susiaurėjimo, kurį sukėlė kirkšnių sritis.

98% Al₂O₃

Alfa-aluminis, dar vadinamas alfa-alumina, pasižymi išskirtiniu kietumu bei atsparumu slėgiui ir terminiams smūgiams, todėl tai yra patikimas medžiagos pasirinkimas tose srityse, kuriose reikalingas atsparumas cheminėms medžiagoms ir plazmai, pavyzdžiui, puslaidininkių gamyboje, plazminio ėsdinimo komponentų gamyboje, branduolinės klasės izoliatorių komponentų gamyboje ir kitose aukštos įtampos taikymuose. Ji dažniausiai naudojama puslaidininkių gamybos srityje.

Korundas-aliuminis yra itin kieta ir stabili aliuminio oksido forma, kurios kristalinė struktūra panaši į korundo (rubino ir safyro). Jis dažniausiai naudojamas kaip abrazyvas, taip pat keramikos gaminiuose, skirtuose didelio nusidėvėjimo sąlygoms, pavyzdžiui, pjovimo įrankiuose, bei aukštos temperatūros aplinkybėse, pavyzdžiui, elektrinių dujų vamzdynuose.

Aluminosio dalelės gali atlaikyti atmosferinę koroziją, nes jų paviršiuje susidaro apsauginis aliuminio oksido pasyvacijos sluoksnis, kuris neleidžia metalams reaguoti su atmosferos deguonimi; anodavimas yra veiksmingas būdas šiai barjerai sustiprinti. Aliuminio oksido dulkės taip pat pasižymi erozijos stabdymo savybėmis ir yra puiki medžiaga anglimi kūrenamų katilų arba kuro vamzdynų vidaus dangai; be to, jos yra labai atsparios erozijai, todėl aliuminio oksidas yra ideali vidaus dangos medžiaga. Ilgainiui aliuminio oksido dulkės gali sukelti plaučių pažeidimus, tačiau, kaip parodė tyrimai, kuriuose buvo tiriamas radioaktyviai pažymėto 26Al įkvėpimas, dėl jos nesiltiškumo savybių ji pakankamai greitai pašalinama iš darbuotojų plaučių.

96% Al₂O₃

Elektriškai izoliuoti 96% Al₂O₃ substratai yra ekonomiškas pasirinkimas, idealiai tinkantis storosios plėvelės elektronikai ar galios moduliams dėl puikaus kainos ir kokybės santykio, atsparumo dilimui, šiluminio laidumo ir mechaninio stiprumo savybių. Dėl savo dielektrinių savybių jie taip pat tinka keraminėms spausdintinėms plokštėms.

Aluminos keramikos grynumas yra itin svarbus vertinant jos eksploatacines savybes ir taikymo sritis. Aukštesnio grynumo keramika paprastai geriau tinka elektronikos pramonės reikmėms ir pasižymi didesniu atsparumu korozijai bei nusidėvėjimui; tačiau yra ir išimčių: kartais net 85% grynumo aluminos keramika tinka įvairiems tikslams.

Produktai, kurių pagrindą sudaro aliuminio oksidas, plačiai naudojami gaminant keraminius komponentus, pavyzdžiui, tigliai, ugniai atsparius krosnių vamzdžius ir specialias nusidėvėjimui atsparias medžiagas. Aliuminio oksidas taip pat dažnai naudojamas kaip sandarinimo medžiaga aplink metalus, pavyzdžiui, molibdeną, niobio ir tantalo – ji pasižymi puikiu atsparumu cheminiam poveikiui, o litavimas užtikrina, kad litavimo jungtys būtų daug tvirtesnės įvairioje pramoninėje įrangoje; be to, ji turi gerą šilumos laidumą ir yra žinoma kaip paprastoji aliuminio oksido keramika (arba “paprastasis ALC”). Cirkonio oksido ir aliuminio oksido keramika (ZTA) buvo reklamuojama kaip pranašesnė alternatyva, palyginti su grynąja ALC; tačiau gali kilti susirūpinimas dėl paviršiaus hidroterminio senėjimo, kuris laikui bėgant galėtų žymiai paveikti jos eksploatacines savybes.

97% Al₂O₃

Šis aliuminio oksido tipas pasižymi puikiu šilumos laidumu, mažu plėtimosi koeficientu, atsparumu cheminiam korozijai ir atsparumu terminiams smūgiams. Kadangi ši medžiaga taip pat gerai atlaiko terminius smūgius, ji yra puikus pasirinkimas tais atvejais, kai reikalinga aukšto lygio elektrinė izoliacija, taip pat produktų metalizacijos procesams.

Medicininio lygio aliuminio oksidas taip pat yra ideali medžiaga medicininiams tikslams, įskaitant nusidėvėjimui atsparius antgalius ir kraujo vožtuvų kreipiamuosius, karinio personalo šarvus bei hermetinius sandariklius. Dėl savo gniuždomojo stiprio, lenkimo stiprio, hermetiškumo savybių bei puikių gniuždomojo ir lenkimo stiprio charakteristikų ši medžiaga puikiai tinka keraminių ir metalinių perėjimų gamybai, taip pat naudojimui rentgeno komponentų, elektroninių mikroskopų ir aukšto vakuumo įrangos gamybai.

Trumpalaikis sąlytis su aliuminio oksidu gali sukelti akių ir viršutinių kvėpavimo takų dirginimą, o ilgalaikis sąlytis – plaučių hipertrofiją, plaučių uždegimą ir fibrozę; be to, ši medžiaga yra toksiška centrinei nervų sistemai, todėl tiek žmonės, tiek kiti gyvi organizmai turi elgtis su ja atsargiai. Apie šią cheminę medžiagą HSDB pateikia išsamius toksikologinius duomenis, gautus iš laboratorinių gyvūnų tyrimų bei kitų šaltinių.

95% Al₂O₃

Aluminosilikatinė keramika – tai kietos ir patvarios medžiagos, pasižyminčios puikiu atsparumu dilimui, cheminiu inertiškumu, dėl kurio jos yra atsparios rūgštims ir šarmams esant aukštai temperatūrai, bei geromis elektrinėmis savybėmis (mažu savituoju elektros laidumu), todėl jos idealiai tinka laidininkų ir dielektrikų gamybai.

Šio tipo aliuminio oksidas puikiai tinka keramikos ir metalo jungčių bei rentgeno komponentų jungčių, įtampos mažinimo iškyšų ir izoliatorių, naudojamų suvirinimo, terminio apdorojimo ir specialių tiglų taikymuose, suvirinimo procesuose naudojamų įtampos mažinimo iškyšų, taip pat specialių tiglų gamybai. Be to, dvigubo išlinkio monolitinės plytelės, skirtos ergonomiškiems šarvams, taip pat gali būti prieinamos dvigubo išlinkio monolitinių plytelių pavidalu, siekiant pagerinti ergonomiškų šarvų naudojimą.

Keramika pasižymi išskirtiniu atsparumu dilimui ir erozijai, todėl ji tinka daugeliui pramoninių taikymų. Iš šios medžiagos pagaminti medicininiai implantai ir šarvai taip pat suteikia didelę naudą. Be to, jos atsparumas terminiam šokui siekia temperatūrą iki 2910F (1600C). Taip pat ji gali būti tiek tankios (mulitas), tiek akytos (korundas) formos, o tai palengvina gamybos procesus.

94% Al₂O₃

Aluminosilikato keramika yra labai kieta ir pasižymi puikiomis elektrinėmis savybėmis; ji atspari dilimui, cheminiam poveikiui, oksidacijai ir korozijai, be to, yra neporėta ir tanki, todėl tinka naudoti slėgio jutikliuose, dulkinimo taikiniuose, guolių dangose, elektroninių vamzdžių ir lazerių komponentuose. Dėl mažo šiluminio plėtimosi galima taikyti izostatinį presavimą, kuris riboja grūdelių augimą, todėl galima atlikti didelio tankio liejimo procesus.

Šios rūšies aliuminio oksido milteliai gaunami iš boksito – gamtoje paplitusios, aliuminio turtingos molio konsistencijos medžiagos. Išgautas boksitas apdorojamas taikant šlapią cheminį kaustinio išplovimo procesą, vadinamą „Bayer“ procesu, kurio rezultatas – aliuminio oksido milteliai, tinkami daugeliui taikymo sričių.

Aliuminis gali būti gaminamas taikant keletą gamybos technologijų, įskaitant vienaašį ir izostatinį presavimą, liejimą į formą ir ekstruziją. Po formavimo gatavus komponentus galima apdoroti taikant tikslų šlifavimą, poliravimą, lazerinį apdirbimą bei kitus procesus.