Čo je hliník CTe?

Hliník cte je moderný žiaruvzdorný materiál s vynikajúcou priľnavosťou, ktorý sa dá ľahko formovať do tvarov blízkych sieti pomocou rôznych metód konsolidácie a spekania, čo umožňuje presné formovanie blízko siete. Okrem toho je tento materiál vďaka svojej elektrickej odolnosti a odolnosti voči tepelným šokom veľmi vyhľadávaný.

Hliník sa môže pochváliť extrémne nízkym koeficientom tepelnej rozťažnosti (CTE), vďaka čomu je vhodný na keramicko-kovové priechodky a izolátory, priechodky pre röntgenové komponenty a komponenty vákuových vývev.

Koeficient tepelnej rozťažnosti

Koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) materiálu označuje rýchlosť nárastu dĺžky na jednotku zvýšenia teploty alebo reakciu na zmeny teploty, ktorá závisí od špecifických tvarov atómov a medzimolekulových síl, ktoré ich držia pohromade. Merania CTE možno vykonať buď konkrétne pri jednej teplote, alebo v niekoľkých teplotných rozsahoch, aby sa získal stredný koeficient (a). CTE môže byť ovplyvnená aj vonkajšími vplyvmi, ako sú tlak, magnetické a elektrické polia, ktoré menia usporiadanie atómov v materiáloch.

Oxid hlinitý (Al2O3) je umelá keramika s chemickým zložením Al2O3. Medzi jeho vlastnosti patrí vysoká mechanická pevnosť, tvrdosť, odolnosť proti opotrebovaniu a je jedným z dvoch najtvrdších technických materiálov (druhý po karbide kremíka). Vďaka týmto vlastnostiam je oxid hlinitý ideálny pre aplikácie vrátane vysokovakuových zariadení, vojenských aplikácií a leteckých súčiastok - a tiež je vhodný na metalizáciu vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči korózii a teplu.

Pochopenie rozdielov v hodnotách CTE rôznych materiálov pri ich výbere pre aplikáciu je veľmi dôležité. Hliník má oveľa vyššiu hodnotu CTE ako meď, čo by mohlo spôsobiť komplikácie pri spájaní rozdielnych kovov v aplikáciách, ako sú elektrické káble, kde by dilatačné sily mohli spôsobiť škodlivé sily v spojoch a viesť k deštruktívnym silám v spojoch.

Na minimalizáciu týchto účinkov je najlepšie vyberať kovy s nízkymi hodnotami CTE a vziať na vedomie, že niektoré materiály sa rozpínajú úmerne svojej teplote; to znamená, že ak by sa teplota zdvojnásobila, tento materiál by sa rozpínal štvornásobne!

Lineárna tepelná rozťažnosť (LTE) je základnou charakteristikou materiálov, pretože súvisí s ich modulom pružnosti, Youngovým modulom a plochou prierezu. Okrem toho LTE ovplyvňuje aj bezdeformačnú teplotu Tref a možno ju určiť pomocou diferenciálnej termickej analýzy (DTA).

Na určenie lineárnej tepelnej rozťažnosti materiálov sa skúšobné vzorky zmrazia a zmerajú sa ich rozmerové zmeny; tieto výsledky sa potom porovnajú s ich pôvodnými hodnotami, aby sa zistila hodnota koeficientu tepelnej rozťažnosti (CTE). Výsledky CTE závisia od rôznych faktorov vrátane zloženia a geometrie vzorky, techník merania dĺžky a teploty, ako aj od štandardných alebo akceptovaných hodnôt CTE.

Youngov modul

Youngov modul meria odolnosť materiálov voči ohybu alebo tlaku. Inžinieri túto vlastnosť využívajú pri navrhovaní konštrukcií tak, aby odolali primeraným úrovniam namáhania, a používa sa aj ako metóda hodnotenia ich pružných vlastností - uisťuje sa, že vydržia opakované používanie v náročných podmienkach.

Inžinieri používajú na výpočet Youngovho modulu niekoľko skúšobných prístrojov. Najprv zmerajú rôzne priemery materiálu a odčítajú hodnoty vo viacerých bodoch, aby stanovili presnú základnú hodnotu, ktorá sa použije na ďalšie výpočty. Ďalej testovanie deformácie umožňuje inžinierom zistiť, ako rôzne sily ovplyvňujú reakciu materiálu za rôznych okolností.

Po vyhodnotení svojich zistení inžinieri vypočítajú Youngov modul materiálu porovnaním jeho hodnôt so štandardnými referenčnými hodnotami. Toto určenie ukáže, či jeho schopnosť absorbovať napätie dokáže odolať normálnemu namáhaniu, alebo či jeho krehkosť vylučuje použitie v konštrukčných aplikáciách.

Youngov modul oxidu hlinitého závisí od viacerých premenných vrátane teploty, zloženia zliatiny a kryštálovej štruktúry. Vo všeobecnosti sa vyjadruje ako funkcia deformácie, ktorá naň pôsobí; konkrétne frac LL0/frac EE(LL)2.

Hliník a zirkón sú materiály široko používané v leteckom, automobilovom a priemyselnom priemysle vďaka svojej pevnosti, trvanlivosti, vysokej teplotnej tolerancii a odolnosti voči korózii a oderu.

Hliník sa vyznačuje silnou iónovou väzbou medzi svojimi atómami, vďaka čomu má žiaduce vlastnosti materiálu. Hoci pri zvýšených teplotách existuje viacero kryštálových fáz, väčšina z nich pomerne rýchlo prechádza do hexagonálnej alfa fázy, čo vedie k vzniku pevného a tuhého keramického materiálu, ktorý sa často používa v konštrukčných aplikáciách.

Modul pružnosti oxidu hlinitého je približne 69 gigapascalov (GPa). Táto hodnota bola overená experimentálnymi meraniami, teoretickými výpočtami a simuláciami; jeho presná hodnota sa však môže líšiť v závislosti od spôsobu spracovania a výroby.

Pórovitosť

Hliníková keramika je všestranná technická keramika s vynikajúcou odolnosťou proti korózii a opotrebovaniu, vynikajúcou mechanickou pevnosťou a odoláva náročným podmienkam od zemných prác a aplikácií na prenos materiálu až po vysokoteplotné pece a pece. Hliníková keramika používaná v týchto prostrediach zvyčajne vykazuje prispôsobené mikroštruktúry a zloženie prispôsobené špeciálne pre danú úlohu - vďaka týmto vlastnostiam je hliníková keramika preferovaným riešením pre mnohé náročné aplikácie.

Pórotvorné činidlá používané pri výrobe keramiky z oxidu hlinitého môžu mať obrovský vplyv na jej tepelné správanie, napríklad typy škrobu používané na tvorbu. Výsledky tejto štúdie naznačujú, že tieto materiály vykazujú pri výrobe zo zemiakového, pšeničného a kukuričného škrobu rôzne úrovne pórovitosti a veľkosti pórov - pričom každý prášok má aj rôznu hustotu, ktorá ovplyvňuje tepelnú vodivosť.

S cieľom preskúmať vplyv pórotvorného činidla na tepelné vlastnosti oxidu hlinitého cte sa pripravili tri povlaky s použitím rôznych práškov a parametrov nástreku, aby sa preskúmal jeho vplyv na tepelnoizolačné vlastnosti. Nastriekané vzorky sa potom podrobili tepelnoizolačným testom, ktoré odhalili, že povlaky s hrubými a strednými časticami vykazovali nižšiu tepelnú izoláciu ako povlaky s jemnými časticami; navyše tieto keramické materiály vyrobené z hrubých a stredných práškov mali viac neroztavených častíc a nepravidelné rozloženie veľkosti pórov ako ich náprotivky s jemnými časticami.

Tieto výsledky dokazujú, že pórotvorné činidlá a veľkosť častíc východiskového prášku zohrávajú významnú úlohu pri charakterizácii poréznej keramiky z oxidu hlinitého, pretože ich veľkosť, tvar a distribúcia zohrávajú neoddeliteľnú úlohu pri tepelných vlastnostiach povlaku, ako sú izolačné vlastnosti.

Hodnotili sme nielen látky vytvárajúce póry a veľkosti častíc, ale použili sme aj röntgenovú práškovú difrakciu na analýzu morfológie 3D štruktúry AAO. Výsledky röntgenovej analýzy potvrdili existenciu pozdĺžnych pórov v 3D membránach z oxidu hlinitého, ako aj priečnych nanokanálikov; ich dĺžka ovplyvňuje tepelnú vodivosť, ako aj použitý materiál plniva.

Hustota

Oxid hlinitý je moderný technický keramický materiál, ktorý sa bežne používa v rôznych priemyselných zariadeniach. Môže sa pochváliť vynikajúcimi mechanickými a elektrickými vlastnosťami, vďaka čomu je vhodný na presné tesniace aplikácie v prostredí s vysokými teplotami, ako aj na vynikajúce izolačné vlastnosti vďaka extrémne nízkej pórovitosti a veľkej veľkosti zŕn. Hliník je chemicky inertný a odolný voči korózii.

Medzi mechanické vlastnosti oxidu hlinitého patrí aj jeho odolnosť proti oderu, tvrdosť a pevnosť v ohybe - často presahujúca 160 MPa v ťahu a 280 MPa v ohybe - stanovená testovaním za stanovených podmienok. Pevnosť v ohybe meria schopnosť materiálu deformovať sa pri zaťažení; na presné posúdenie týchto vlastností sa pevnosť v ťahu a pevnosť v ohybe meria priamym pôsobením napätia a meraním deformácie v mieste porušenia.

Fyzikálne vlastnosti oxidu hlinitého sa môžu líšiť v závislosti od jeho čistoty a výrobného procesu. Reaktívny oxid hlinitý má nižšiu teplotu topenia a vyššiu hustotu ako bežný oxid hlinitý a tento rozdiel môže významne ovplyvniť výrobu, procesy používania, ako aj výkonnosť výrobku.

Jemnozrnný technický oxid hlinitý je jedným z ťažných koní priemyslu a poskytuje atraktívnu rovnováhu medzi nákladmi a výkonom. Dostupné úrovne čistoty sa pohybujú od 94% pre aplikácie s jednoduchou metalizáciou až po 99,8%, ktoré spĺňajú požiadavky aj náročných aplikácií.

Keramický materiál v zelenom alebo piškótovom stave sa dá ľahko opracovať do zložitých geometrických tvarov. Bohužiaľ, proces spekania potrebný na jeho úplné zhutnenie spôsobuje jeho zmrštenie približne o 20%; v dôsledku toho si dosiahnutie tesných tolerancií vyžaduje presné obrábanie pomocou diamantových brúsnych techník, ktoré môže byť časovo aj finančne náročné.

Obrábateľná sklokeramika Macor môže predstavovať cenovo výhodnú alternatívu, keď výkonnosť oxidu hlinitého nie je prvoradá. Macor má porovnateľnú pevnosť v ohybe a tepelnú vodivosť, ale s väčšou veľkosťou zŕn; preto môže ponúkať menšiu odolnosť proti oderu a slabšie fungovať v prostrediach, v ktorých dochádza k rýchlym cyklom zahrievania/ochladzovania.