Výhody hliníkové keramiky

Hliníková keramika je pokročilý technický materiál s vynikajícími mechanickými a elektrickými vlastnostmi. Nachází uplatnění v široké škále průmyslových odvětví včetně leteckého průmyslu, těžby ropy a plynu, výroby elektřiny, automobilů, fotovoltaické výroby solární energie a biokompatibilních aplikací.

Výrobní proces korundové keramiky zahrnuje dva klíčové kroky - tváření a konsolidaci. Po konsolidaci mohou být použity různé postspékací procesy, aby bylo zajištěno, že konečný díl splňuje specifikace a požadavky zákazníka.

Tvrdost

Oxid hlinitý je jedním z nejtvrdších materiálů na Zemi, na Mohsově stupnici tvrdosti je druhý nejtvrdší po diamantu. Díky této vlastnosti je keramika s oxidem hlinitým obzvláště žádoucí při výrobě keramických součástí, protože její tenká, ale pevná struktura nabízí vynikající odolnost proti opotřebení. Jsou také vysoce odolné proti nárazům, otěru, korozi a extrémním teplotám - ideální vlastnosti při výrobě keramických součástí.

Tvrdost oxidu hlinitého z něj činí vynikající materiál pro výrobu řezných nástrojů. Vydrží broušení při vysokých rychlostech a vysokém točivém momentu a zároveň zůstává lehký, což snižuje únavu a riziko zranění obsluhy.

Hliníková keramika má kromě tvrdosti i další žádoucí vlastnosti, jako je vysoký bod tání, tepelná stabilita a nekorozivnost. Hliníkovou keramiku lze lisovat do dílů různých tvarů a velikostí různými lisovacími postupy, jako je lisování, izostatické lisování nebo vstřikování. Do oxidu hlinitého lze také přidávat přísady pro zvýšení specifických požadovaných vlastností.

Například čistý oxid hlinitý 99% se vyznačuje nízkou rozpustností v kyselinách, jako je horká kyselina sírová a alkalické roztoky, a je vakuově těsný - ideální vlastnosti pro polovodičové komory a přípravky. Kromě toho je díky svým vynikajícím odrazovým vlastnostem v rozsahu vlnových délek 1064 nm až 2000 nm vhodný jako materiál pro laserové reflektory.

Mezi další důležité vlastnosti oxidu hlinitého patří jeho vysoký tlak par a rozkladný tlak, odolnost proti chemické korozi a mechanická pevnost. Produkt International Syalons 99% z oxidu hlinitého má výjimečnou odolnost proti otěru pro použití v náročných zpracovatelských prostředích, jako jsou pece a pece; dále se také používá jako pancéřování vojenských vozidel a konstrukcí a jako součástky odolné proti opotřebení v důlních provozech a systémech pro přepravu materiálu.

Společnosti vyrábějící keramiku z oxidu hlinitého využívají oxid hlinitý jako vynikající materiál pro výrobu dílů složitých tvarů. Lisování, izostatické nebo vakuové lisování jsou všechny postupy, které lze použít pro tvarování tohoto odolného materiálu, ale vzhledem k jeho tvrdosti musí být často po spékání opracován, aby zůstaly zachovány přesné rozměry. Při tomto procesu se obvykle používají vysoce kvalitní nástroje s diamantovým povlakem, aby se snížilo možné poškození materiálu při obrábění a zajistily se tvary bez vad.

Odolnost proti korozi

Odolnost keramických materiálů proti korozi je zásadní pro jejich výkonnost v různých prostředích, protože odolávají kyselinám, louhům a dalším agresivním látkám snadněji než kovy nebo polymery. Moderní technická keramika stále častěji nahrazuje kovy v aplikacích, kde je nezbytná chemická odolnost - tento trend lze nalézt zejména v ropném průmyslu, kde technologie štěpení kyselinou hraje stále důležitější roli při těžbě ropy.

Ke korozi keramiky dochází, když ionty z korozního prostředí difundují její strukturou a interagují s ní, což vede k úbytku hmotnosti, a tedy k měření intenzity koroze. Difuzi mohou v korundové keramice urychlit ionty kyslíku přítomné v jejím prostředí, které se vážou na povrchové krystaly krystalu oxidu hlinitého a vytlačují z něj elektrony; tento proces je znám jako elektrochemická koroze.

Hliník je amfoterní materiál, což znamená, že působí jako zásada i jako kyselina. Schopnost keramiky odolávat chemickému napadení závisí na hodnotě pH - čím vyšší je, tím je prostředí kyselejší, a proto bude méně odolné.

Odolnost keramiky z oxidu hlinitého vůči kyselinám závisí na obsahu nečistot a jejich úrovni, obecně platí, že čím nižší je úroveň nečistot, tím lepší je její odolnost vůči kyselinám. Fázové složení navíc ovlivňuje rychlost koroze při vystavení vysokým teplotám.

Hranice zrn hrají klíčovou roli v odolnosti oxidu hlinitého vůči kyselinám. Inkorporace korundových fází a-Al2O3 a mullitových fází 3Al2O32SiO2 významně zvyšuje odolnost vůči kyselinám; pro optimalizaci jejich tvorby je třeba využít optimálních podmínek spékání.

Chemickou odolnost keramiky oxidu hlinitého lze zvýšit také použitím kompozitů zirkonia a oxidu hlinitého (ZTA), které kombinují tvrdost, pevnost, odolnost proti opotřebení a vysokou lomovou houževnatost zirkonia do jedinečných keramických sloučenin s jedinečnými aplikacemi, včetně filtračních systémů pro taveniny kovů, keramických průchodek pro kovy a rentgenových komponent.

Elektrická izolace

Hliníková keramika má výjimečné elektroizolační vlastnosti, takže je ideálním materiálem pro ochranu citlivých součástí před poškozením způsobeným bludným proudem. Nízký koeficient tepelné roztažnosti oxidu hlinitého z něj činí spolehlivý materiál i při rychlých změnách teploty.

Díky svým vysokým elektroizolačním vlastnostem je oxid hlinitý vynikajícím materiálem pro použití v průmyslovém prostředí, které vyžaduje vysoké teploty nebo hermetické těsnění, např. hermetické těsnění. Kromě toho se často vyskytuje v lékařských zařízeních, včetně rentgenových součástí a elektronových mikroskopů; zde jeho schopnost odolávat vysokému tlaku pomáhá zabránit úniku nebo výbuchu v náročných podmínkách.

Jako vyspělou technickou keramiku lze oxid hlinitý tvarovat do různých tvarů a velikostí pomocí různých technik lepení. Kromě toho lze jeho vlastnosti dále vylepšovat pomocí různých přísad, aby se optimalizoval jeho výkon v konkrétních aplikacích - například třídy oxidu hlinitého s vyšší čistotou mohou obsahovat přísady oxidu manganičitého (MnO2) a oxidu zirkoničitého (ZrO2) pro zvýšení tvrdosti; třídy s nižší čistotou mohou obsahovat oxid křemičitý (SiO2) nebo oxid vápenatý pro zvýšení odolnosti proti korozi a tepelné stability.

Hliník vyniká mezi ostatními materiály svou rozměrovou stálostí. Díky silným atomárním vazbám zůstává jeho velikost při extrémních teplotách stálá, aniž by docházelo k výrazným změnám, a proto je oxid hlinitý ideální pro izolační aplikace a spojování kovů s keramikou, protože se při zahřívání neroztahuje a při spojování dvou materiálů nevznikají mezery nebo volné spoje.

Společnost International Syalons nabízí pod svou značkou Aluminon působivou řadu elektrických izolátorů z oxidu hlinitého Kyocera. Ty se dodávají v různých průměrech, tloušťkách a konfiguracích - dokonce i s nátrubkovými konektory pro vysokonapěťové aplikace - což z nás činí jednoho z předních britských dodavatelů pokročilé keramiky, který může vaší firmě pomoci najít přesně ta správná řešení. Pokud potřebujete více informací, kontaktujte náš tým - rádi vám pomohou.

Biokompatibilita

Hliníková keramika má mnoho výhodných fyzikálních a chemických vlastností, které ji činí vhodnou pro biomedicínské aplikace, včetně odolnosti proti korozi, vysokého bodu tání a elektroizolačních vlastností - vlastnosti, které ji činí oblíbenou volbou mezi implantabilními zařízeními. Hliníková keramika je vysoce kompatibilní s živými tkáněmi, což z ní činí vynikající materiál pro zubní a ortopedické implantáty. Biokompatibilitu oxidu hlinitého lze dále zlepšit přidáním vápenatých fází, jako je wollastonit nebo hydroxyapatit, do jeho struktury - přidáním těchto bioaktivních prvků lze podstatně zvýšit cytokompatibilitu oxidu hlinitého, jak dokládají mikrofotografie SEM vzorků kompozitů oxidu hlinitého a wollastonitu, na nichž byl pozorován růst buněk.

Bioaktivační techniky, které mění povrch oxidu hlinitého, jako je kyselé ošetření nebo přidání vápenatých fází, se rovněž osvědčily při zvyšování jeho biologické snášenlivosti. Takové úpravy zvýšily adherenci a proliferaci osteoblastů i vaskularizaci tkáně, což jsou všechno ukazatele toho, že oxid hlinitý je vynikající biomateriál pro dlouhodobé aplikace kostního tkáňového inženýrství.

Keramika oxidu hlinitého je však kvůli své střední houževnatosti pro implantabilní zařízení méně vhodná než zirkon. Přidáním malého množství Fe do keramiky oxidu hlinitého lze výrazně zvýšit její houževnatost, jak bylo prokázáno při kultivačních pokusech s lidskými osteoblasty a makrofágy. Fe:alumina keramika o hmotnosti 1,5 % vykazovala při testování na těchto buňkách lepší biokompatibilitu, aniž by vykazovala významné rozdíly v morfologii nebo výrazné cytotoxické účinky.

Při testování na nervových prekurzorových buňkách (NPC) rostoucích na kalcinovaných matrigelových discích potažených aluminovou keramikou byla rovněž prokázána jejich biokompatibilita. Po diferenciaci do smíšených neuronálních populací nebyly prostřednictvím výsledků testu s 3′,5′-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-difenyltetrazolium bromidem pozorovány žádné známky cytotoxicity. Kromě toho výzkum odhalil vynikající smáčivost substrátu podporující adhezi, proliferaci a diferenciaci.