fordelen med aluminiumoksidkeramikk

Keramiske aluminiumoksidprodukter har fysiske, mekaniske og elektriske egenskaper som gjør dem egnet for en rekke industrielle bruksområder, blant annet slitasjemunnstykker og blodventiler, elektriske kontakthus, hermetiske tetninger, høyspenningsgjennomføringer og keramikk-metall-loddeenheter. De har høy styrke og hardhet samt sterk motstand mot kjemikalier, erosjon og korrosjon, med lave termiske ekspansjonshastigheter som gjør at de tåler høye temperaturer.

Hardhet

Som keramisk materiale har aluminiumoksid en eksepsjonell hardhet; med en Mohs-hardhet på 9 som nærmer seg diamanters, tåler det betydelig kraft og trykk uten å sprekke under trykk. Aluminiumoksid har også stor strekkfasthet og elastisitet, noe som gjør det egnet for krevende bruksområder.

Aluminiumoksid har utmerkede korrosjons- og varmestabilitetsegenskaper, noe som gjør det egnet for kjemisk følsomme industrier som elektronikk- og bilindustrien. Den lave ekspansjonskoeffisienten gjør det dessuten mulig å oppnå høy presisjon og konsistens i produksjonsprosessene.

Aluminiumoksid er et ideelt materiale for høypresisjonsapplikasjoner som krever glatte overflater, takket være de selvsmørende egenskapene som bidrar til å redusere friksjon og slitasje på utstyret og forlenge levetiden samtidig som ytelsen forbedres. I tillegg er aluminiumoksid et ideelt materialvalg for presisjonsprodukter og komponenter med stabile dimensjoner, takket være den eksepsjonelt lave varmeutvidelseskoeffisienten.

Det finnes en rekke ulike typer aluminiumoksid som kan velges avhengig av bruksområdet. En 99,5 prosent ren form er et utmerket valg for bruk i metalliserte produkter, ettersom den har høy trykk- og bøyestyrke samt eksepsjonell hermetisitet, noe som gjør den egnet for keramikk-til-metall-lodding og medisinsk utstyr, røntgenrør og elektronmikroskoper.

Produksjon av aluminiumoksidkeramikk krever at man bruker en passende støpeprosess på grunn av den store egenvekten. Hvis pulveret ikke er godt formet før brenningen begynner, kan det oppstå krymping, noe som kan påvirke de fysiske egenskapene i negativ retning. Det finnes ulike teknikker for å lage disse keramikkene, for eksempel tørrpressing, kald isostatisk press (CIP), injeksjon og støping, som alle har sine egne fordeler og ulemper; de innebærer alle at det påføres trykk fra flere retninger for bedre komprimering og mer komplekse former.

Motstand mot slitasje

Alumina-keramikkens hardhet gjør den svært motstandsdyktig mot slitasje, støt og korrosjon, mens den kjemiske inertiteten og motstandsdyktigheten mot høye temperaturer gjør den til et godt materialvalg til bruk som foring i sjakter, sementkvernesystemer, kullkraftverk, malmknusingssystemer og annet industrielt utstyr. Alumina-keramikken kontrollerer dessuten friksjonen mellom komponenter, noe som gjør den velegnet til blodventiler, dyser og andre medisinske instrumenter.

Keramisk aluminiumoksid kan produseres tynt og stort uten at det går på bekostning av styrke/vekt-forholdet, samtidig som det gir høy dimensjonsstabilitet. Materialet kan dessuten formes til gjenstander med ulike overflatefinisher, for eksempel glatte, strukturerte eller riflede overflater - disse egenskapene gjør alumina ideelt for bruksområder som slitasjedeler, tetningsringer, pumpetetninger og elektriske kontakthus.

Kornforfining er en viktig faktor for å øke slitestyrken til aluminiumoksidkeramikk. Når kornstørrelsen reduseres, blir fordelingen mer ujevn, noe som fører til større spenningskonsentrasjon ved korngrenselinjene og økt spenningskonsentrasjon i spenningskonsentrasjonssonene. Forfining av korn bidrar til å senke slitasjekoeffisienten - den faktoren som er mest ansvarlig for slitasjemotstanden.

Keramisk aluminiumoksid er kjent for sin lave varmeutvidelseskoeffisient (CTE). For å redusere denne CTE-verdien ytterligere kan små mengder sjeldne jordartsmetaller tilsettes enten i matrisen eller som andre faser i glasset som finnes mellom de krystallinske kornene.

Leger bruker i økende grad alumina-keramikk til å lage kunstige bein og ledd på grunn av dets biokompatibilitet, biologiske inertitet, fysiske/kjemiske stabilitet og høye hardhet.

På grunn av sine utmerkede elektriske egenskaper og dielektriske styrke på 15 kV/mm blir aluminiumoksid ofte valgt til tennpluggsubstrater. På grunn av sine isolerende og sterke egenskaper kan aluminiumoksid også brukes i stikkontakter eller kretsskall.

Aluminiumoksid er et ekstremt sterkt materiale som kan poleres til en ekstremt fin overflatefinish, noe som gjør det velegnet til verktøy, slipeskiver og slipemidler samt ekstruderingsformer med høye krav til nøyaktighet. På grunn av sine støtsikre egenskaper er det også en viktig bestanddel i pansersystemer.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Keramisk aluminiumoksid har utmerket kjemisk stabilitet og korrosjonsbestandighet, noe som gjør det til et utmerket materialvalg for industrielle bruksområder. Det tåler høye temperaturer, samtidig som det opprettholder mekanisk styrke, kjemisk inertitet, lav erosjonshastighet og utmerkede elektriske isolasjonsegenskaper. Biokompatibiliteten sikrer dessuten at det ikke oppstår negative bivirkninger ved kontakt med vev fra mennesker eller dyr.

Korrosjon er samspillet mellom faste materialer og et aggressivt medium, vanligvis syrer eller alkaliske løsninger. Aluminiumoksid motstår kjemiske angrep på grunn av sin lave løselighet i syrer og baser; denne motstandsdyktigheten er bekreftet gjennom massetapsmålinger.

Korrosjonsbestandigheten til aluminiumoksidkeramikk kan også forbedres ved hjelp av ulike produksjonsteknikker og tilsetningsstoffer som zirkoniumdioksid (ZrO2), titanoksid (TiO2), kromoksid (Cr2O3) og silika (SiO2). Når disse tilsetningsstoffene tilsettes under produksjonsprosessen, bidrar de til å fortette og redusere porøsiteten, samtidig som de styrker keramikkens motstandskraft mot kjemiske angrep.

Alumina har mange fordeler som produksjonsmateriale, fra at det er enkelt å sintre og forme til ulike former til at det er slitesterkt med god mekanisk og kjemisk holdbarhet. Som et resultat av dette kan aluminiumoksidprodukter skilte med svært nøyaktige dimensjoner som nesten nettformede produkter med gode mekaniske egenskaper og kjemisk holdbarhet.

Alumina-keramikk lages vanligvis av råmaterialer som er finmalt før de sintres i enten en presse eller en ovn med varm isostatisk pressing for å oppnå høy tetthet. Når alumina-keramikken er ferdig, kan den formes ved hjelp av sprøytestøping, kald isostatisk pressstøping eller tørrpressing til produkter med komplekse former og størrelser.

Aluminas overlegne slitasje- og korrosjonsbestandighet gjør det til et utmerket erstatningsmateriale for metalldeler i mange industrielle bruksområder, inkludert tennplugger til både bil- og kommersielle motorer. Alumina har også høy motstand mot termiske sjokk, noe som gjør det nyttig i ventiler og tetninger som er konstruert for å tåle tøffe miljøer som flussyre eller alkalidamp - noe som øker påliteligheten ytterligere takket være dets overlegne mekaniske og elektriske egenskaper.

Elektrisk isolasjon

Substrater av aluminiumoksid er uunnværlige i produksjonen av elektroniske enheter og komponenter, der de danner et isolerende, men varmeledende underlag som beskytter kretsene mot skader, overoppheting og andre problemer som reduserer levetiden. Den elektriske isolasjonen gjør aluminiumoksid til et verdifullt materiale som kan brukes i en rekke ulike bruksområder og miljøer.

Det finnes ulike serier av aluminiumoksidkeramikk avhengig av Al2O3-innholdet og tilsetningsstoffene som brukes under produksjonen, for eksempel har 75%- og 85%-aluminiumoksidkeramikk ulike egenskaper avhengig av renhetsgrad; de som er laget med høyere renhetsgrad, har større korrosjonsbestandighet, bedre bøyestyrke og elektrisk isolasjonsevne enn de som er laget med lavere renhetsgrad. Substrater belagt med glass gir dessuten ekstra beskyttelse og forlenger levetiden.

Den høye slitestyrken til aluminiumoksidkeramikk gjør det egnet til bruk i verktøy, slipeskiver og slipemidler. Mohs-hardheten på 9 og den ikke-reaktive naturen gjør aluminiumoksid til et populært valg når det gjelder maskinering. Aluminiumoksyd tåler temperaturer på opptil 1800 °C og har god syre- og alkalimotstand, og tåler også tøffe miljøer og høye arbeidsspenninger uten å bli svekket over tid.

På grunn av sin høye tetthet og elektriske isolasjonsevne er aluminiumoksidkeramikk et ideelt materialvalg for elektriske ledninger og kabler. Aluminiumoksid har en bemerkelsesverdig motstandskraft mot slitasje, syre, alkali, kjemikalier og vibrasjoner, noe som forhindrer korrosjon eller skader forårsaket av disse faktorene. I tillegg har det en eksepsjonell mekanisk styrke mot vibrasjonssjokk som ellers kan føre til svikt i komponentene.