Kaj je aluminij CTe?

Alumina cte je napreden ognjevzdržni material z vrhunsko lepljivostjo, ki ga je mogoče z različnimi metodami konsolidacije in sintranja zlahka oblikovati v skoraj mrežaste oblike, kar omogoča natančno oblikovanje skoraj mrežaste oblike. Poleg tega je zaradi svoje električne odpornosti in odpornosti na toplotne udarce zelo iskan material.

Aluminij se ponaša z izjemno nizkim koeficientom toplotnega raztezanja (CTE), zato je primeren za prehode in izolatorje iz keramike v kovino, prehode za rentgenske komponente in komponente vakuumskih črpalk.

Koeficient toplotnega raztezanja

Koeficient toplotnega raztezanja (CTE) materiala se nanaša na hitrost pridobivanja dolžine na enoto dviga temperature ali na odziv na temperaturne spremembe, ki je odvisen od posebnih oblik atomov in medmolekularnih sil, ki jih držijo skupaj. Meritve CTE lahko opravimo pri eni sami temperaturi ali v več temperaturnih območjih, da dobimo srednji koeficient (a). Na CTE lahko vplivajo tudi zunanji vplivi, kot so tlak, magnetna in električna polja, ki spreminjajo razporeditev atomov v materialih.

Aluminij (Al2O3) je umetna keramika s kemijsko sestavo Al2O3. Njegove lastnosti so visoka mehanska trdnost, trdota, odpornost proti obrabi in je eden od dveh najtrših inženirskih materialov (takoj za silicijevim karbidom). Zaradi teh lastnosti je aluminijev oksid idealen za uporabo, vključno z visoko vakuumsko opremo, vojaškimi in vesoljskimi komponentami, zaradi odlične odpornosti proti koroziji in vročini pa je primeren tudi za metalizacijo.

Razumevanje razlik v vrednostih CTE različnih materialov pri izbiri za uporabo je ključnega pomena. Aluminij ima veliko višjo vrednost CTE kot baker, kar lahko povzroči zaplete pri povezovanju različnih kovin v aplikacijah, kot so električni kabli, kjer lahko dilatacijske sile povzročijo škodljive sile na spojih in vodijo do destruktivnih sil v spojih.

Za zmanjšanje teh učinkov je najbolje izbrati kovine z nizkimi vrednostmi CTE in upoštevati, da se nekateri materiali širijo sorazmerno s svojo temperaturo; to pomeni, da bi se ob podvojitvi temperature ta material razširil za štirikrat!

Linearni toplotni raztezek (LTE) je bistvena značilnost materialov, saj je povezan z njihovim elastičnim modulom, Youngovim modulom in površino prečnega prereza. Poleg tega LTE vpliva tudi na temperaturo Tref brez deformacij in jo je mogoče določiti z diferencialno termično analizo (DTA).

Za določitev linearnega toplotnega raztezanja materialov se preskusni primerki zamrznejo in izmerijo njihove dimenzijske spremembe; ti rezultati se nato primerjajo z njihovimi prvotnimi vrednostmi, da se ugotovi vrednost koeficienta toplotnega raztezanja (CTE). Rezultati CTE so odvisni od različnih dejavnikov, vključno s sestavo in geometrijo vzorca, tehnikami merjenja dolžine in temperature ter standardnimi ali sprejetimi vrednostmi CTE.

Youngov modul

Youngov modul meri odpornost materialov proti upogibanju ali stiskanju. Inženirji to lastnost uporabljajo pri načrtovanju konstrukcij, ki vzdržijo razumne ravni obremenitev, uporablja pa se tudi kot metoda za ocenjevanje njihovih elastičnih lastnosti, s čimer se prepričamo, da bodo zdržale večkratno uporabo v težkih razmerah.

Inženirji za izračun Youngovega modula uporabljajo več preskusnih instrumentov. Najprej izmerijo različne premere materiala in odčitajo vrednosti v več točkah, da bi določili natančno osnovno vrednost, ki se uporabi za nadaljnje izračune. Nato s testiranjem deformacij inženirji preverijo, kako različne sile vplivajo na odziv materiala v različnih okoliščinah.

Ko inženirji ocenijo svoje ugotovitve, izračunajo Youngov modul materiala tako, da njegove vrednosti primerjajo s standardnimi referenčnimi vrednostmi. Ta ugotovitev bo pokazala, ali lahko material absorbira normalne obremenitve ali pa njegova krhkost onemogoča uporabo v konstrukcijskih aplikacijah.

Youngov modul aluminijevega cte je odvisen od več spremenljivk, vključno s temperaturo, sestavo zlitine in kristalno strukturo. Na splošno se izraža kot funkcija deformacije, ki deluje nanj; natančneje frac LL0/frac EE(LL)2.

Aluminij in cirkonij sta materiala, ki se zaradi svoje trdnosti, vzdržljivosti, visoke temperaturne tolerance ter odpornosti proti koroziji in obrabi pogosto uporabljata v letalskih, avtomobilskih in industrijskih izdelkih.

Aluminij ima močno ionsko vez med svojimi atomi, kar mu daje želene lastnosti materiala. Čeprav pri povišanih temperaturah obstaja več kristalnih faz, večina dokaj hitro preide v heksagonalno alfa fazo, kar omogoča nastanek močnega in togega keramičnega materiala, ki se pogosto uporablja v strukturnih aplikacijah.

Modul elastičnosti aluminijevega oksida je približno 69 gigapaskalov (GPa). Ta vrednost je bila preverjena z eksperimentalnimi meritvami, teoretičnimi izračuni in simulacijami, vendar se lahko natančna vrednost razlikuje glede na način obdelave in proizvodnje.

Poroznost

Aluminijeva keramika je vsestranska tehnična keramika z odlično odpornostjo proti koroziji in obrabi, izjemno mehansko trdnostjo in odpornostjo na zahtevna okolja, od zemeljskih del in prenosa materiala do visokotemperaturnih peči in kurišč. Keramika iz aluminijevega oksida, ki se uporablja v teh okoljih, ima običajno prilagojene mikrostrukture in sestave, ki so posebej prilagojene njihovi nalogi - zaradi teh lastnosti je keramika iz aluminijevega oksida prednostna rešitev za številne zahtevne aplikacije.

Sredstva za oblikovanje por, ki se uporabljajo pri proizvodnji keramike iz aluminijevega oksida, imajo lahko velik vpliv na njihovo toplotno obnašanje, na primer vrste škroba, ki se uporabljajo za oblikovanje. Rezultati te študije kažejo, da imajo ti materiali pri proizvodnji iz krompirjevega, pšeničnega in koruznega škroba različne stopnje poroznosti in velikosti por - pri čemer ima vsak prah tudi različno gostoto, ki vpliva na toplotno prevodnost.

Da bi raziskali vpliv sredstva za tvorbo por na toplotne lastnosti aluminijevega cte, smo z različnimi praški in parametri brizganja pripravili tri premaze, da bi raziskali njihov vpliv na toplotnoizolacijske lastnosti. Na razpršenih vzorcih so bili nato opravljeni testi toplotne izolacije, ki so pokazali, da imajo premazi z grobimi in srednjimi delci slabšo toplotno izolacijo kot premazi z drobnimi delci; poleg tega je imela ta keramika, izdelana iz grobih in srednjih praškov, več netopljenih delcev in nepravilno porazdelitev velikosti por kot njeni primerki z drobnimi delci.

Ti rezultati kažejo, da imajo sredstva za tvorbo por in velikost delcev začetnega prahu pomembno vlogo pri opredelitvi porozne keramike iz aluminijevega oksida, saj imajo njihova velikost, oblika in porazdelitev pomembno vlogo pri lastnostih toplotnih premazov, kot so izolacijske lastnosti.

Ocenili smo ne le sredstva za tvorbo por in velikosti delcev, temveč smo z rentgensko difrakcijo prahu analizirali tudi morfologijo 3D strukture AAO. Rezultati rentgenske difrakcije so potrdili obstoj vzdolžnih por v 3D membranah iz aluminijevega oksida in prečnih nanokanalov; njihova dolžina vpliva na toplotno prevodnost in uporabljeni material polnila.

Gostota

Aluminij je napreden tehnični keramični material, ki ga pogosto najdemo v različnih industrijskih okoljih. Ponaša se z odličnimi mehanskimi in električnimi lastnostmi, zato je primeren za aplikacije natančnega tesnjenja v visokotemperaturnih okoljih, zaradi izjemno majhne poroznosti in velike velikosti zrn pa ima tudi izjemne izolacijske lastnosti. Aluminij je kemično inerten in odporen proti koroziji.

Mehanske lastnosti aluminijevega oksida vključujejo tudi odpornost proti obrabi, trdoto in upogibno trdnost, ki pogosto presega 160 MPa pri raztezanju in 280 MPa pri upogibu, kar se določi s preskušanjem pod določenimi pogoji. Upogibna trdnost meri sposobnost materiala, da se deformira pod obremenitvijo; za natančno oceno teh lastnosti se natezna in upogibna trdnost merita tako, da se nanj neposredno aplicira napetost in meri deformacija na točki porušitve.

Fizikalne lastnosti aluminijevega oksida se lahko razlikujejo glede na njegovo čistost in proizvodni postopek. Reaktivni aluminijev oksid ima nižjo temperaturo taljenja in večjo gostoto kot navadni aluminijev oksid, ta razlika pa lahko bistveno vpliva na proizvodnjo, postopke uporabe in zmogljivost izdelka.

Drobnozrnati tehnični aluminijev oksid je eden od delovnih konjev industrije in zagotavlja privlačno ravnovesje med stroški in zmogljivostjo. Razpoložljive stopnje čistosti segajo od 94% za aplikacije z enostavno metalizacijo do 99,8%, ki izpolnjujejo zahteve tudi zahtevnih aplikacij.

Zeleni ali biskvitni keramični material je mogoče zlahka obdelati v kompleksne geometrijske oblike. Žal se zaradi procesa sintranja, ki je potreben za njegovo popolno zgoščevanje, skrči za približno 20%; zato je za doseganje majhnih toleranc potrebna natančna obdelava s tehnikami diamantnega brušenja, ki je lahko dolgotrajna in draga.

Macorjeva obdelovalna steklokeramika je lahko stroškovno učinkovita alternativa, kadar zmogljivost aluminijevega oksida ni najpomembnejša. Macor ima primerljivo upogibno trdnost in toplotno prevodnost, vendar večjo velikost zrn; zato je lahko manj odporen proti obrabi in slabše deluje v okoljih, kjer prihaja do hitrih ciklov segrevanja/ohlajanja.