Keramisk aluminiumoksid er et avansert teknisk materiale med fremragende mekaniske og elektriske egenskaper. Det brukes i en lang rekke bransjer, blant annet innen romfart, olje og gass, elektrisitet, biler, solcelleproduksjon og biokompatible anvendelser.
Produksjonsprosessen for aluminiumoksidkeramikk omfatter to viktige trinn - forming og konsolidering. Etter konsolidering kan ulike ettersintringsprosesser benyttes for å sikre at den endelige delen oppfyller kundens spesifikasjoner og krav.
Hardhet
Aluminiumoksid er et av de hardeste materialene på jorden, nest etter diamant på Mohs' hardhetsskala. Denne egenskapen gjør alumina-keramikk spesielt ettertraktet i produksjonen av keramiske komponenter, ettersom de tynne, men likevel sterke strukturene gir overlegen slitestyrke. De er også svært motstandsdyktige mot støt, slitasje, korrosjon og ekstreme temperaturer - ideelle egenskaper ved produksjon av keramiske komponenter.
Aluminiumoksyds hardhet gjør det til et utmerket materiale for produksjon av skjæreverktøy. Det tåler sliping med høy hastighet og høyt dreiemoment, samtidig som det er lett, noe som reduserer tretthet og skaderisiko for operatørene.
I tillegg til hardhet har alumina-keramikk også andre ønskelige egenskaper, blant annet høyt smeltepunkt, termisk stabilitet og korrosjonshindrende egenskaper. Aluminiumoksidkeramikk kan støpes til deler med ulike former og størrelser ved hjelp av ulike støpeprosesser som pressing, isostatisk støping eller sprøytestøping. Tilsetningsstoffer kan også tilsettes alumina for å øke spesifikke ønskede egenskaper.
For eksempel har 99% ren aluminiumoksid lav løselighet i syrer som varm svovelsyre og alkaliløsninger, og er vakuumtett - ideelle egenskaper for halvlederkamre og -armaturer. I tillegg har den utmerkede refleksjonsegenskaper i bølgelengdeområdet mellom 1064 nm og 2000 nm, noe som gjør den velegnet som laserreflektormateriale.
Andre viktige egenskaper ved aluminiumoksid er det høye damp- og nedbrytningstrykket, den kjemiske korrosjonsbestandigheten og den mekaniske styrken. Aluminiumoksidproduktet 99% fra International Syalons har eksepsjonell slitestyrke for bruk i krevende prosesseringsmiljøer som ovner og smelteovner, og det har også blitt brukt som pansring på militære kjøretøyer og konstruksjoner, samt som slitesterke komponenter i gruvedrift og materialoverføringssystemer.
Bedrifter som produserer keramiske aluminiumoksidprodukter, bruker aluminiumoksid som et utmerket materiale for å lage deler med intrikate former. Pressing, isostatisk støping eller vakuumstøping er alle brukbare prosesser for å støpe dette slitesterke materialet, men på grunn av dets hardførhet må det ofte bearbeides etter sintring for å sikre at de nøyaktige dimensjonene beholdes. Under denne prosessen bruker de vanligvis diamantbelagte verktøy av høy kvalitet for å redusere potensielle materialskader under bearbeidingen og sikre feilfrie former.
Motstandsdyktighet mot korrosjon
Keramiske materialers korrosjonsbestandighet er avgjørende for deres ytelse i en rekke ulike miljøer, ettersom de tåler syrer, baser og andre aggressive stoffer bedre enn metaller eller polymerer. Moderne teknisk keramikk har i økende grad erstattet metaller i bruksområder der kjemisk bestandighet er avgjørende - denne trenden finner vi spesielt innen petroleumsindustrien, der syrefraktureringsteknologi spiller en stadig viktigere rolle i oljeutvinningen.
Korrosjon av keramikk oppstår når ioner fra korrosive medier diffunderer gjennom keramikkens struktur og interagerer med den, noe som fører til massetap og dermed måler korrosjonens alvorlighetsgrad. Diffusjonen i aluminiumoksidkeramikk kan akselereres av oksygenioner i omgivelsene, som binder seg til overflatekrystallene i en aluminiumoksidkrystall og fortrenger elektroner fra den; denne prosessen kalles elektrokjemisk korrosjon.
Aluminiumoksid er et amfotert materiale, noe som betyr at det fungerer både som base og syre. Keramikkens evne til å motstå kjemiske angrep avhenger av pH-verdien - jo høyere den er, desto surere er mediet, og desto mindre motstandsdyktig vil det være.
Syreresistensen til aluminiumoksidkeramikk avhenger av både urenheter og nivå, og generelt er det slik at jo lavere nivåene av urenheter er, desto bedre er syreresistensen. Fasesammensetningen påvirker dessuten korrosjonshastigheten når den utsettes for høye temperaturer.
Korngrensene spiller en avgjørende rolle for syreresistensen til aluminiumoksid. Inkorporering av korund a-Al2O3- og mullitt 3Al2O32SiO2-faser øker syremotstanden betydelig; for å optimalisere dannelsen av disse må man benytte optimale sintringsforhold.
Kjemikalieresistensen til aluminiumoksidkeramikk kan også forbedres ved hjelp av zirkonia-aluminiumoksid (ZTA)-kompositter, som kombinerer hardhet, styrke, slitestyrke og zirkonias høye bruddseighet i unike keramiske forbindelser med unike bruksområder, inkludert filtreringssystemer for metallsmelter, gjennomføringer av keramikk til metall og røntgenkomponenter.
Elektrisk isolasjon
Keramisk aluminiumoksid har eksepsjonelle elektriske isolasjonsegenskaper, noe som gjør det til det perfekte materialet for å beskytte følsomme komponenter mot skader forårsaket av vagabonderende elektrisitet. Den lave varmeutvidelseskoeffisienten gjør det også til et pålitelig materiale i møte med raske temperaturendringer.
Aluminas gode elektriske isolasjonsegenskaper gjør det til et utmerket materiale å bruke i industrielle miljøer som krever høye temperaturer eller hermetiske tetninger, for eksempel hermetiske tetninger. I tillegg brukes det ofte i medisinsk utstyr, blant annet i røntgenkomponenter og elektronmikroskoper, der dets evne til å motstå høyt trykk bidrar til å forhindre lekkasje eller eksplosjon i tøffe omgivelser.
Som avansert teknisk keramikk kan aluminiumoksid formes til ulike former og størrelser ved hjelp av ulike limingsteknikker. Egenskapene kan dessuten forbedres ytterligere ved hjelp av ulike tilsetningsstoffer for å optimalisere ytelsen i spesifikke bruksområder - for eksempel kan aluminiumoksid med høyere renhetsgrad inneholde manganoksid (MnO2) og zirkoniumoksid (ZrO2) for å øke hardheten, mens aluminiumoksid med lavere renhetsgrad kan inneholde silisiumdioksyd (SiO2) eller kalsiumoksid for å øke henholdsvis korrosjonsbestandigheten og den termiske stabiliteten.
Aluminiumoksid skiller seg ut blant andre materialer på grunn av sin dimensjonsstabilitet. Takket være sterke atombindinger forblir størrelsen konsistent ved ekstreme temperaturer uten betydelige variasjoner, noe som gjør aluminiumoksid ideelt for isolasjon og metall-til-keramikk-liming fordi det ikke utvider seg når det varmes opp, slik at det ikke oppstår hull eller løse forbindelser når to materialer sammenføyes.
International Syalons tilbyr et imponerende utvalg av elektriske isolatorer av Kyocera-aluminiumoksid under varemerket Aluminon. Disse finnes i ulike diametre, tykkelser og konfigurasjoner - til og med med hylseformede kontakter for høyspenningsapplikasjoner - noe som gjør oss til en av Storbritannias fremste leverandører av avansert keramikk som kan hjelpe bedriften din med å finne akkurat de riktige løsningene. Ta kontakt med teamet vårt nå hvis du trenger mer informasjon - de hjelper deg gjerne.
Biokompatibilitet
Keramisk aluminiumoksid har mange fordelaktige fysiske og kjemiske egenskaper som gjør det egnet for biomedisinske bruksområder, blant annet korrosjonsbestandighet, høyt smeltepunkt og elektrisk isolerende egenskaper - egenskaper som gjør det til et populært valg blant implanterbare enheter. Alumina-keramikk er svært kompatibelt med levende vev, noe som gjør det til et utmerket materiale for tannlege- og ortopediske implantater. Aluminas biokompatibilitet kan forbedres ytterligere ved å tilsette kalsiumfaser som wollastonitt eller hydroksyapatitt i strukturen - ved å tilsette disse bioaktive elementene kan man øke cytokompatibiliteten til alumina betraktelig, noe som fremgår av SEM-mikrofotografier av alumina-wollastonitt-komposittprøver med cellevekst observert på dem.
Bioaktiverende teknikker som endrer overflaten på alumina, for eksempel syrebehandling eller inkludering av kalsiumfaser, har også vist seg å øke den biologiske kompatibiliteten. Slike behandlinger har økt osteoblasttilheftingen og -proliferasjonen samt vaskulariseringen av vevet, noe som tyder på at aluminiumoksid er et utmerket biomateriale for langsiktig benvevsteknologi.
Den moderate seigheten gjør imidlertid alumina-keramikken mindre egnet enn zirkonia til implanterbart utstyr. Ved å tilsette små mengder Fe til alumina-keramikk kan seigheten økes betydelig, noe som ble demonstrert i dyrkingseksperimenter med humane osteoblaster og makrofager. 1,5 vekt% Fe:alumina-keramikk viste overlegen biokompatibilitet når den ble testet mot disse cellene uten å vise signifikante forskjeller i morfologi eller tydelige cytotoksiske effekter.
Det er også påvist at alumina-keramikk er biokompatibelt når det testes på nevrale forløperceller (NPC-er) som vokser på kalsinerte matrigelbelagte plater med alumina-keramikk. Etter differensiering til blandede nevronpopulasjoner ble det ikke observert tegn på cytotoksisitet via 3′,5′-dimetyltiazol-2-yl)-2,5-difenyltetrazoliumbromid-testresultater. Videre viste forskningen at substratet hadde utmerket fuktbarhet og støttet adhesjon, proliferasjon og differensiering.