Dažas alumīnija oksīda keramikas īpašības, piemēram, mikrostruktūra un kristāli

Alumīnija oksīda keramikas materiālu īpašības galvenokārt nosaka to ķīmiskās saites, kristālstruktūra un kristāla defekti. No kristālstruktūras viedokļa keramikas materiālu starpatomu saites spēks galvenokārt ir jonu saite, kovalentā saite vai jonu-kovalentā jaukta saite. Šīm ķīmiskajām saitēm ir ne tikai augsta saites izturība, bet arī virziena raksturs. Kristāla defekti (īpaši līniju defekti un dislokācijas) var pārvietoties kristālā, un kritiskais šķērsspēks, kas nepieciešams, lai dislokācija pārvietotos pa visciešāk saskaņoto plakni un virzienu, ir ļoti neliels. Lielais dislokāciju pārvietošanās apjoms izraisa acīmredzamu slīdēšanas parādību uz kristāla plaknes un makroplastisko deformāciju. Metālu saites stiprums pirms un pēc makroplastiskās deformācijas būtiski nemainās, taču keramikas jonu un kovalento saite ir atšķirīgas. Sakarā ar keramikas sarežģīto kristāla struktūru un zemo simetriju, kad dislokācija pārvietojas pa slīdēšanas virsmu, kristāla struktūru ir grūti atjaunot (jo tiek izjaukts pozitīvo un negatīvo jonu izkārtojuma minimālās enerģijas stāvoklis), kas var izraisīt atomu saišu izjaukšanu un trauslu lūzumu bez plastiskas deformācijas. Sakarā ar atšķirīgajām saites īpašībām metāla un keramikas materiālu īpašības ievērojami atšķiras. Keramikas kušanas temperatūra un cietība var būt no vairākiem līdz desmit reizēm augstāka nekā metāliem, kuros ir tas pats elements. Piemēram, Al₂O₃ kušanas temperatūra ir aptuveni trīs reizes augstāka nekā metāliskajam alumīnijam, savukārt cietība ir vairāk nekā 10 reizes lielāka nekā metāliskajam alumīnijam.

Vēl viena alumīnija oksīda keramikas materiāla struktūras pazīme ir mikrostruktūras nevienveidība un sarežģītība. Metāla materiāli parasti tiek sacietināti no samērā viendabīgas metāla kausējuma, un pēc tam materiāla mikrostruktūru var uzlabot un homogenizēt, izmantojot aukstās un karstās apstrādes metodes. Metāla materiālos nav poru vai to ir ļoti maz. Tomēr keramikas materiāli parasti tiek veidoti, izmantojot pulvera formēšanu un kausēšanu, kā rezultātā tajos neizbēgami veidojas zināms poru skaits. Lai gan pulveri ar atšķirīgu sastāvu un daļiņu izmēru sajauc, izmantojot lodveida malšanu, joprojām ir grūti panākt pilnīgi vienveidīgu rezultātu. Turklāt uz keramikas graudu robežām bieži veidojas stikla fāzes, kas atšķiras no matricas sastāva un struktūras.

Keramikas materiālu strukturālās īpašības nosaka materiālu īpašības, tostarp mehāniskās, elektriskās, magnētiskās, akustiskās, optiskās, termiskās un citas īpašības. Ņemot vērā alumīnija oksīda keramikas strukturālās īpašības, nav grūti saprast, kāpēc strukturālajai keramikai ir augsta kušanas temperatūra, augsta izturība, nodilumizturība, korozijas izturība un citas pamatīpašības, taču tai piemīt arī būtiski trūkumi, piemēram, trauslums, apstrādes grūtības, zema uzticamība un reproducējamība. Šie trūkumi rada daudzas grūtības strukturālās keramikas inženiertehniskajā pielietojumā.