Предимства на алуминиевата керамика

Алуминиевата керамика е съвременен инженерен материал с изключителни механични и електрически свойства. Той намира приложение в широк спектър от индустрии, включително космическата, нефтената и газовата, електроенергийната, автомобилната, производството на фотоволтаична слънчева енергия и биосъвместими приложения.

Производственият процес на алуминиева керамика включва два основни етапа - формоване и консолидация. След консолидацията могат да се използват различни процеси след синтероване, за да се гарантира, че крайната част отговаря на спецификациите и изискванията на клиента.

Твърдост

Алуминият е един от най-твърдите материали на Земята, втори по твърдост след диаманта по скалата на Моос. Това свойство прави алуминиевата керамика особено желана при производството на керамични компоненти, тъй като тънките им, но здрави структури предлагат изключителна устойчивост на износване. Освен това те са изключително устойчиви на удари, абразия, корозия и екстремни температури - идеални свойства при производството на керамични компоненти.

Твърдостта на алуминия го прави отличен материал за изработване на режещи инструменти. Той може да издържа на високоскоростни приложения за шлифоване с висок въртящ момент, като същевременно остава лек, за да се намали умората и рискът от нараняване на операторите.

Алуминиевата керамика притежава и други желани характеристики освен твърдост, включително висока температура на топене, термична стабилност и некорозионност. Алуминиевата керамика може да бъде формована в части с различни форми и размери чрез различни процеси на формоване, като пресоване, изостатично формоване или инжекционно формоване. В алуминиевия оксид могат да се добавят и добавки, за да се повишат определени желани свойства.

Например чистият алуминиев оксид 99% се отличава с ниска разтворимост в киселини, като гореща сярна киселина и алкални разтвори, и е вакуумиран - идеални характеристики за полупроводникови камери и приспособления. Освен това отличните му характеристики на отразяване в диапазона на дължините на вълните от 1064 nm до 2000 nm го правят подходящ като материал за лазерни рефлектори.

Други важни свойства на алуминиевия оксид са високото налягане на парите и налягането на разпадане, устойчивостта на химическа корозия и механичната якост. Продуктът от алуминиев оксид 99% на International Syalons има изключителна устойчивост на износване за използване в трудни условия на обработка като пещи и камини; освен това той се прилага и като бронирано покритие на военни превозни средства и конструкции, както и като износоустойчиви компоненти в минните операции и системите за пренос на материали.

Фирмите за производство на алуминиева керамика използват алуминия като отличен материал за изработване на части със сложни форми. Пресоването, изостатичното или вакуумното формоване са приложими процеси за формоване на този издръжлив материал, но поради неговата твърдост той често трябва да се обработва след синтероване, за да се гарантира запазването на точните размери. Обикновено по време на този процес се използват висококачествени инструменти с диамантено покритие, за да се намалят потенциалните повреди на материала по време на обработката и да се гарантират форми без дефекти.

Устойчивост на корозия

Устойчивостта на керамичните материали на корозия е от съществено значение за определянето на тяхната ефективност в различни среди, тъй като те издържат на киселини, основи и други агресивни вещества по-лесно от металите или полимерите. Съвременната техническа керамика все по-често замества металите в приложенията, където химическата устойчивост е от съществено значение - тази тенденция може да се открие особено в петролната индустрия, където технологията за киселинно разбиване играе все по-съществена роля в операциите по добив на нефт.

Корозията на керамиката възниква, когато йоните от корозионната среда дифундират през структурата ѝ и взаимодействат с нея, което води до загуба на маса и следователно до измерване на степента на корозия. Дифузията може да бъде ускорена в алуминиевата керамика от кислородни йони, присъстващи в нейната среда, които се свързват с повърхностните кристали на алуминиевия кристал и изместват електроните от него; този процес е известен като електрохимична корозия.

Алуминият е амфотерен материал, което означава, че той действа едновременно като основа и киселина. Способността на керамиката да издържа на химически атаки зависи от нивото на рН - колкото по-високо е то, толкова по-кисела е средата и следователно тя е по-малко устойчива.

Киселинната устойчивост на алуминиевата керамика зависи както от примесите, така и от нивото им, като по принцип колкото по-ниски са нивата на примесите, толкова по-добра е нейната киселинна устойчивост. Освен това фазовият състав оказва влияние върху скоростта на корозия при излагане на високи температури.

Границите на зърната играят ключова роля за киселинната устойчивост на алуминия. Включването на корундовите a-Al2O3 и мулитните 3Al2O32SiO2 фази значително увеличава киселинната устойчивост; за да се оптимизира тяхното образуване, трябва да се използват оптимални условия на синтероване.

Химическата устойчивост на алуминиевата керамика може да бъде подобрена и чрез използването на циркониево-алуминиеви (ZTA) композити, които съчетават твърдост, здравина, износоустойчивост и висока якост на счупване на циркония в уникални керамични съединения с уникални приложения, включително системи за филтриране на метални стопилки, керамични и метални канали и рентгенови компоненти.

Електрическа изолация

Алуминиевата керамика има изключителни електроизолационни свойства, което я прави идеален материал за защита на чувствителни компоненти от повреди, причинени от блуждаещо електричество. Ниският коефициент на термично разширение на алуминия също го прави надежден материал при бързи температурни промени.

Високите електроизолационни свойства на алуминия го правят отличен материал за използване в промишлени условия, които изискват високи температури или херметични уплътнения, като например херметични уплътнения. Освен това той често се среща в медицинско оборудване, включително рентгенови компоненти и електронни микроскопи; тук способността му да издържа на високо налягане помага за предотвратяване на течове или експлозии в тежки условия.

Като усъвършенствана техническа керамика, алуминиевият оксид може да бъде оформен в различни форми и размери с помощта на различни техники на свързване. Освен това свойствата му могат да бъдат допълнително подобрени с помощта на различни добавки, за да се оптимизира работата му в конкретни приложения - например в класовете алуминиев оксид с по-висока чистота могат да се влагат добавки от манганов оксид (MnO2) и циркониев оксид (ZrO2) за повишаване на твърдостта; в класовете с по-ниска чистота могат да се влагат силициев диоксид (SiO2) или калциев оксид за повишаване на устойчивостта на корозия и термичната стабилност.

Алуминиевият оксид се отличава сред другите материали със своята стабилност на размерите. Благодарение на силните атомни връзки размерът му остава постоянен при екстремни температури, без да се наблюдават значителни колебания, което прави алуминиевия оксид идеален за изолационни приложения и за свързване на метали с керамика, тъй като не се разширява при нагряване, не създава пролуки и неплътни връзки при свързване между два материала.

International Syalons предлага впечатляваща гама електрически изолатори от алуминиев оксид на Kyocera под марката Aluminon. Те се предлагат в различни диаметри, дебелини и конфигурации - дори с втулкови съединители за приложения с високо напрежение - което ни прави един от водещите доставчици на съвременна керамика в Обединеното кралство, който може да помогне на вашия бизнес да намери точното решение. Ако се нуждаете от повече информация, свържете се с нашия екип сега - той с удоволствие ще ви помогне.

Биосъвместимост

Алуминиевата керамика има много полезни физични и химични свойства, които я правят подходяща за биомедицински приложения, включително устойчивост на корозия, висока температура на топене и електроизолационни свойства - качества, които я правят популярен избор сред имплантируемите устройства. Алуминиевата керамика е силно съвместима с живите тъкани, което я прави отличен материал за стоматологични и ортопедични импланти. Биосъвместимостта на алуминия може да бъде допълнително подобрена чрез добавяне на калциеви фази като воластонит или хидроксиапатит в структурата му - добавянето на тези биоактивни елементи може значително да увеличи цитосъвместимостта на алуминия, както се вижда от SEM микрографиите на композитни образци от алуминий и воластонит, върху които се наблюдава растеж на клетки.

Биоактивиращите техники, които променят повърхността на алуминия, като например киселинно третиране или включване на калциеви фази, също са се оказали успешни за повишаване на биологичната му съвместимост. Такива обработки увеличават адхезията и пролиферацията на остеобластите, както и васкуларизацията на тъканите; всички тези показатели показват, че алуминият е отличен биоматериал за дългосрочни приложения в областта на инженерството на костната тъкан.

Въпреки това умерената им твърдост прави алуминиевата керамика по-малко подходяща от циркония за имплантируеми устройства. Чрез добавяне на малки количества Fe към алуминиевата керамика може значително да се повиши нейната твърдост, както е демонстрирано в експерименти с култури от човешки остеобласти и макрофаги. 1,5 тегловни% Fe:алуминиева керамика показва превъзходна биосъвместимост, когато е тествана срещу тези клетки, без да показва значителни разлики в морфологията или различни цитотоксични ефекти.

Алуминиевата керамика също така е доказала своята биосъвместимост, когато е тествана върху невронни прекурсорни клетки (НПК), растящи върху калцинирани дискове с покритие от матригел, покрити с алуминиева керамика. След диференциране в смесени невронни популации не са наблюдавани доказателства за цитотоксичност чрез резултатите от теста с 3′,5′-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолиев бромид. Освен това изследванията показаха отлична омокряемост на субстрата, която подпомага адхезията, пролиферацията и диференциацията.