Jono modulis Aliuminio oksidas

Aliuminio oksidas yra neįkainojama keraminė medžiaga, pasižyminti puikiu atsparumu oksidacijai ir Youngo modulio savybėmis. Tačiau dėl sukepinimo procesų metu reikalingos aukštos temperatūros tai gali būti brangi medžiaga.

Kambario temperatūroje aliuminio ir YAG dalelių kompozitai pasižymi trapumu, o jų lenkimo stipris yra maždaug 320 MPa. Net 1650 laipsnių C temperatūroje jų mikrostruktūra išlieka vienalytė su tolygiai išsidėsčiusiais aliuminio oksido grūdeliais ir smulkiais antrosios fazės grūdeliais, sudarančiais patrauklią mikrostruktūrą.

Charakteristikos

Youngo modulis aliuminio oksidas yra neįkainojama medžiagos savybė, padedanti nustatyti keraminių medžiagų mechaninį stiprumą. Šis matas įvertina medžiagos gebėjimą atsispirti statmenoms jėgoms, veikiančioms statmenai jos plėtimosi krypčiai; jo vertę, apibrėžiamą kaip tamprumo konstantos ir šlyties deformacijos sandaugą, galima lengvai apskaičiuoti pagal paprastą formulę. Youngo modulio aliuminio oksido matavimai taip pat gali būti atliekami, be kita ko, naudojant instrumentinį nanoindentavimą, rodyklės sukimo bandymus ir deformacijos matavimus.

Paprastai aliuminio oksido Youngo modulis yra palyginti mažas, tačiau jį galima gerokai padidinti taikant pažangius sintezės metodus, kuriais kontroliuojamas granulių dydis ir forma. Be to, tankio pokyčiai gamybos metu taip pat gali padėti padidinti Youngo modulio vertę.

G-aliuminio oksido granulės gali ne tik pagerinti Youngo modulį, bet ir būti naudojamos įvairioms reikmėms odontologijoje ir kitose pramonės šakose. Dėl didelio kietumo ir standumo jos idealiai tinka dantų cementams; be to, iš jų galima formuoti nestandartines restauracijas, pavyzdžiui, faneras.

Youngo modulis aliuminio oksido stipriai priklauso nuo temperatūros. Atliktas tyrimas naudojant impulsinį sužadinimą, siekiant stebėti iš dalies sukepinto aliuminio oksido bandinių, kaitinamų nuo kambario temperatūros iki 1600 laipsnių Celsijaus, Youngo modulio pokyčius, po to jie palyginti su teorinėmis prognozėmis ir nustatyta, kad Youngo modulio priklausomybė nuo temperatūros atitinka idealią šios medžiagos pagrindinę kreivę.

FESEM vaizdavimas taip pat buvo naudojamas aliuminio oksido matricos ir antrosios fazės mišinio mikrostruktūrai tirti iki 1700 laipsnių C temperatūroje, kai nebuvo pastebėta jokių mikrostruktūros pokyčių ir buvo pastebėtas tik nedidelis grūdelių augimas, o tai rodo, kad jų suspaudžiamas poveikis išlieka veiksmingas ir tokioje temperatūroje.

Lankstumo bandymų rezultatai atskleidė, kad "Vita In-Ceram" aliuminio oksido bandinių dinaminio Youngo modulio ir tikrojo kietumo vertės buvo gerokai didesnės, palyginti su "IPS Empress 2" ir kitomis komercinėmis šerdies medžiagomis, įskaitant kitas "Vita" šerdies medžiagas. Taip pat nustatyta, kad aliuminio oksido kompozitai pasižymi didžiausiu lenkimo stipriu, t. y. gali atlaikyti lenkimo apkrovą. Lenkimo stiprio SNK rangų eiliškumo bandymo analizė taip pat leido išskirti cheminius ir struktūrinius skirtumus tarp penkių komercinių šerdies medžiagų. Nustatyta įspūdinga koreliacija tarp aliuminio oksido kompozitų lenkiamojo stiprio ir tikrojo kietumo bei naudojimo odontologijoje (p0,05), o tai rodo, kad jie geriau nei komercinės šerdies medžiagos tinka naudoti odontologijoje. Šis tyrimas teikia vilčių ir prisidės prie geresnių mechaninių savybių turinčių aliuminio oksido granulių kūrimo, todėl gydytojai odontologai galės teikti savo pacientams optimalią dantų priežiūrą, o tai ypač padės pagerinti geriatrinių pacientų gyvenimo kokybę.

Paraiškos

Youngo modulis yra esminė medžiagos savybė, kuri nusako jos gebėjimą absorbuoti įtempius prieš trūkimą. Jis naudojamas įvairiose srityse - nuo aviacijos ir automobilių dizaino iki statybinių medžiagų, pavyzdžiui, aliuminio oksido. Didesnis Youngo modulis rodo, kad medžiaga yra standesnė. Aliuminio oksido Youngo modulis yra 12,6 GPa, todėl jis yra viena tvirčiausių šiuo metu prieinamų keraminių medžiagų.

Aliuminio oksido elastines savybes lemia jo struktūra, cheminė sudėtis ir mikrostruktūra. Aliuminio oksidas yra polikristalinė medžiaga, sudaryta iš y ir a fazių, kurias skiria aliuminio oksido grūdelių riba; vieną fazę sudaro aliuminio oksidas, kitą - šarminių metalų oksidai ir silicio dioksidas. Abu sluoksniai tarpusavyje sujungti nanopluošteliais ir mikrodalelėmis, kurios labai prisideda prie didelės Youngo modulio vertės.

Youngo modulį galima nustatyti įvairiais eksperimentiniais metodais, tačiau labai svarbu atsižvelgti į sąlygas, kuriomis atliekami matavimai. Vienas iš veiksmingų metodų - naudoti mechaninių bandymų įranga gautą apkrovos ir poslinkio kreivę - taip nustatoma, kokia jėga turi įsiskverbti į bandinį, kad jis pasislinktų, ir kaip temperatūra veikia skirtingų bandymų rezultatus; tamprumo modulio reikšmės labai priklauso nuo temperatūros skirtumų, todėl jų rezultatai, atliekant skirtingus bandymus, labai skiriasi.

Didėjant temperatūrai, didėja Youngo modulis, o sukepinant aliuminio oksidą mažėja jo tempiamasis stipris. Elektrinis laidumas taip pat priklauso nuo temperatūros; šarminių metalų jonų kiekis taip pat turi įtakos elektrinio laidumo lygiui; varža didėja esant aukštesnei temperatūrai ir mažesnėms poroms.

Norimų fizikinių savybių akytojo aliuminio oksido sintezė yra sudėtingas uždavinys dėl daugelio kintamųjų, turinčių įtakos jo fizikinėms savybėms ir elgsenai. Šio tyrimo tikslas - sukurti efektyvią akytojo aliuminio oksido su subalansuotomis akytumo ir Youngo modulio vertėmis gamybos procedūrą, taikant Taguchi metodą, optimizuojant gamybos procesą, pavyzdžiui, sukepinimo laiką, kalcinavimo proceso kaitinimo greitį ir galutinio terminio apdorojimo procesą, siekiant pagerinti akytojo aliuminio oksido medžiagos gamybos procesą.

Rezultatai parodė, kad taikant naują sintezės metodą galima pagaminti sintetinį g-aliuminą su mažo dydžio poromis ir dideliu Youngo moduliu. Šis metodas padvigubina Youngo modulį ir kartu sustiprina keramiką, todėl ji tinkama naudoti ten, kur reikia didelio našumo medžiagų. Šiuo metodu pagamintos granulės pasižymi dideliu plastiškumu, kad galėtų deformuotis nesutrūkinėdamos; tai svarbi savybė medicinoje ir odontologijoje. Be to, dėl šio sintezės būdo labai sumažėjo jos lūžinėjimo dažnis, todėl ši keramika yra labiau pritaikoma klinikoje nei anksčiau.

Privalumai

Youngo modulis yra esminė mechaninė savybė daugeliui taikymų. Juo matuojamas medžiagų atsparumas įtempiams ir kartu parodoma, kaip gerai jos sugeria vibracijas ar smūgio bangas. Didesnis Youngo modulis rodo didesnį atsparumą pažeidimams; šiuo požiūriu aliuminis išsiskiria itin didele Youngo modulio verte, todėl jis yra puiki medžiaga, kurią galima naudoti mechanikos inžinerijoje.

Aliuminis yra tvirta ir ekonomiška medžiaga. Nors jis nėra toks tvirtas kaip plienas, tačiau dėl mažesnio svorio dažniau naudojamas orlaiviuose, kuriuose svoris yra labai svarbus veiksnys. Aliuminis taip pat sumažina degalų sąnaudas ir išmetamųjų teršalų kiekį, todėl padeda aplinkai.

Vienas iš aliuminio oksido privalumų yra jo atsparumas hidroterminiam senėjimui. Be to, jo Youngo modulis yra vienas didžiausių iš visų keraminių medžiagų, o tai reiškia, kad jis gali atlaikyti ekstremalias temperatūrines sąlygas ir nesutrūkinėti veikiamas slėgio. Aliuminio oksidas turi daugybę panaudojimo galimybių medicinos srityje, kur kaulų implantai turi išlikti nepažeisti, o odontologijoje naudojamos jo savybės, apsaugančios nuo trinties pažeidimų.

Youngo modulis priklauso nuo aliuminio oksido grynumo, kuris taip pat susijęs su kietumu. Gaminant grynesnį aliuminio oksidą, jo Youngo modulis didėja. Deja, dėl mažo savidifuzijos koeficiento ir lydymosi temperatūros gali būti sudėtinga pagaminti gryną aliuminio oksidą, tačiau į jo matricą pridėjus anglies, šis koeficientas gali gerokai padidėti ir gerokai padidėti Youngo modulis.

Youngo modulis mažėja su temperatūra, nes dalelės priartėja viena prie kitos ir sudaro stipresnius tarpusavio ryšius. Nepaisant to, daugiakomponentės aliuminio oksido medžiagos gali būti sukurtos taip, kad Jono modulis būtų vietomis didesnis, į jų sudėtį įtraukiant priedus, turinčius lazdelių ar ūsų formos morfologiją, taip pat anizotropines ruošinių formas.

Dinaminis įdubimas tebėra vienas populiariausių metodų, taikomų matuojant aliuminio oksido savitąjį Youngo modulį, tačiau šio metodo tikslumas nepakankamas, nes matuojamos tik pažeistos zonos po įdubimo antgaliu. Vietoj to šiame tyrime siūlomas naujoviškas naujas metodas, apimantis bandinių apkrovos ir poslinkio kreivių ekstrapoliavimą; rezultatai yra panašūs į mikrokietumo tyrimo metodų rezultatus.

Šiame straipsnyje nagrinėjama, kaip galima derinti skaitmeninio modeliavimo ir eksperimentinius metodus, siekiant numatyti aliuminio oksido dangos, užneštos ant aliuminio pagrindo, tamprumo modulį, naudojant trijų ir keturių taškų lenkimo bandymus kaip priemones mechaninėms savybėms įvertinti.