Il-vantaġġi taċ-ċeramika ta 'l-alumina (Al₂O₃) huma rikonoxxuti sew: ebusija għolja, punt ta' tidwib għoli, korrużjoni eċċellenti u reżistenza għall-ilbies. Madankollu, is-sinterizzazzjoni konvenzjonali mingħajr pressjoni tissielet biex telimina kompletament il-pori interni, u tillimita s-saħħa, it-trasparenza u l-affidabbiltà tal-materjal minħabba difetti residwi. Biex tinkiseb densifikazzjoni sħiħa mingħajr qawwi eċċessiv tal-qamħ, approċċi ta 'inġinerija introduċew l-applikazzjoni ta' pressjoni esterna f'temperaturi elevati, bl-ippressar bis-sħana (HP) u l-ippressar iżostatiku sħun (HIP) huma l-aktar metodi rappreżentattivi. Barra minn hekk, it-teknoloġija tal-plażma termali wriet valur uniku fil-produzzjoni ta 'trab tal-alumina ta' kwalità għolja.
Ippressar bis-sħana (HP)
L-ippressar bis-sħana jinvolvi l-applikazzjoni ta 'pressjoni mekkanika uniaxial għal trab kompatt waqt it-tisħin, li tgħaqqad il-formazzjoni u s-sinterizzazzjoni fi pass wieħed. Il-pressjoni hija tipikament fil-medda ta '20-50 MPa, u t-temperatura hija aġġustata bejn 1400 grad u 1700 grad skond id-daqs tal-partiċelli u l-purità ta' l-alumina. Il-pressjoni esterna taġixxi bħala forza ta 'sewqan addizzjonali għad-densifikazzjoni, tippromwovi b'mod effettiv l-arranġament mill-ġdid tal-partikuli u l-fluss tal-plastik, u b'hekk "tagħfas" il-pori qabel ma jseħħ tkabbir sinifikanti tal-qamħ. Bħala riżultat, l-ippressar bis-sħana jista 'jikseb densità qrib teoretika f'temperaturi aktar baxxi minn sinterizzazzjoni mingħajr pressjoni.
Iċ-ċeramika trasparenti tal-alumina hija applikazzjoni klassika tal-ippressar bis-sħana. L-alumina polikristallina sinterizzata b'mod konvenzjonali hija opaka minħabba t-tifrix tad-dawl fil-konfini u l-pori tal-qamħ. L-ippressar bis-sħana jista 'jnaqqas il-porożità għal taħt 0.1%, u jagħti ċeramika bi trażmissjoni apprezzabbli fil-medda viżibbli, li jintużaw f'pakketti tal-lampa tas-sodju bi pressjoni għolja, twieqi infra-aħmar, u applikazzjonijiet simili. Substrati ta 'l-alumina ta' konduttività termali għolja wkoll ta 'spiss jimpjegaw ippressar bis-sħana jew ikkastjar ta' tejp flimkien ma 'proċess magħqud ta' ippressar bis-sħana. Meta trab tal-alumina fin jiġi ppressat bis-sħana f'madwar 1550 grad, id-densità relattiva tista 'taqbeż 98.8% u l-konduttività termali tilħaq madwar 37 W/(m·K), li tissodisfa r-rekwiżiti tad-dissipazzjoni tas-sħana taċ-ċirkwiti integrati tal-enerġija.
Għal komponenti taċ-ċeramika b'forom kumplessi,ikkastjar tal-ippressar bis-sħana(iffurmar ta 'injezzjoni ta' pressjoni baxxa) joffri rotta teknika oħra. Trab tal-alumina jitħallat ma 'binder ibbażat fuq il-paraffin, injettat f'moffa tal-metall, imkessaħ, demolded, u mbagħad soġġett għal debinding u sinterizzazzjoni. Dan il-metodu jipprovdi preċiżjoni dimensjonali għolja u finitura tajba tal-wiċċ, li jagħmilha adattata għall-produzzjoni tal-lott ta 'partijiet ikkomplikati, għalkemm huwa meħtieġ kontroll bir-reqqa tal-proċess ta' debinding biex jiġu evitati difetti.
Ippressar Isostatiku sħun (HIP)
L-ippressar iżostatiku sħun juża argon jew nitroġenu bħala l-mezz ta 'pressjoni biex japplika pressjoni isotropika għolja (tipikament 100-200 MPa) għall-biċċa tax-xogħol waqt li fl-istess ħin issaħħan. Meta mqabbel ma 'pressar sħun uniaxial, HIP jipprovdi distribuzzjoni tal-pressjoni aktar uniformi u jista' jimmaniġġja partijiet f'forma kumplessa jew tagħbijiet tal-lott. HIP huwa applikat għall-alumina f'żewġ modi ewlenin: bħala pass ta 'trattament ta' wara biex jiġi densifikat ċeramika preċedentement sinterizzata li xorta jkun fiha ammont żgħir ta 'porożità magħluqa, jew bħala proċess dirett ta' sinterizzazzjoni HIP li fih trab inkapsulat huwa densifikat bis-sħiħ fi stadju wieħed.
Id-dejta tar-riċerka turi li ċ-ċeramika tal-alumina ttrattata HIP essenzjalment tilħaq id-densità teoretika (3.98 g/cm³), b'daqsijiet tal-qamħ ikkontrollati fil-medda ta '2-8 μm u pori kważi eliminati. Pereżempju, meta tiġi ttrattata f'1700 grad u 150 MPa, l-ebusija u s-saħħa tal-liwi tal-alumina jistgħu jitjiebu bi 8%-10% meta mqabbla ma 'kampjuni sinterizzati mingħajr pressjoni. Għal komposti tal-matriċi tal-alumina, bħal ċeramika rinfurzata bil-whisker Al₂O₃/SiC, taħlita ta 'sinterizzazzjoni bil-microwave segwita minn HIP iżżid id-densità minn 97.5% għal 99.6% u ttejjeb it-toughness tal-ksur b'10%.
HIP huwa partikolarment importanti fil-qasam bijomediku. L-irjus tal-ġogi tal-ġenbejn artifiċjali tal-alumina jeħtieġu affidabilità estremament għolja u reżistenza għall-għeja; It-trattament tal-ġenbejn jelimina mikro-difetti interni, li jirriżulta f'qawwiet ta 'liwi li jaqbżu 600 MPa. Bl-istess mod, iċ-ċeramika kompost ta ' l-alumina mwebbsa taż-żirkonja (ZTA) ħafna drabi tgħaddi minn HIP biex tikseb densifikazzjoni sħiħa, li tiżgura stabbiltà fit-tul meta tintuża fil-ġisem tal-bniedem.
Naturalment, it-tagħmir HIP huwa għali u ċ-ċiklu tal-proċess huwa relattivament twil; huwa tipikament riservat għal applikazzjonijiet ta 'prestazzjoni għolja bħal komponenti aerospazjali, impjanti mediċi, berings high-end, u siġilli reżistenti għall-ilbies.
Preparazzjoni tal-Plasma Termali ta 'Trab tal-Alumina
Il-proċessi ta 'hawn fuq jimponu rekwiżiti ċari fuq il-karatteristiċi tat-trab tal-bidu (purità, daqs tal-partiċelli, morfoloġija u dispersibbiltà). It-teknoloġija tal-plażma termali tipprovdi rotta effettiva biex tipproduċi trab tal-alumina ta 'kwalità għolja. Il-prinċipju jinvolvi l-għalf ta 'trab tal-aluminju jew wajer tal-aluminju f'ġett ta' plażma termali (b'temperaturi li jilħqu diversi eluf ta 'gradi Celsius), fejn istantanjament jiddewweb u ossidizzat biex jiffurmaw alumina, li mbagħad titkessaħ malajr f'partiċelli sferiċi ultra fini.
The alumina powder obtained by this method exhibits a high spheroidization rate, narrow particle size distribution (typically sub micron to a few microns), high purity (>99.9%), u fluss tajjeb, li jagħmilha adattata tajjeb għall-bexx termali, ikkastjar ta 'tejp, u molding ta' injezzjoni. Meta mqabbel ma 'rotot kimiċi, il-metodu tal-plażma termali għandu fluss ta' proċess qasir, l-ebda rimi ta 'skart likwidu, u skalabbiltà faċli. Trab tal-alumina sferika issa jintuża b'mod matur f'oqsma bħal fillers konduttivi termali għall-ippakkjar elettroniku, abrażivi tal-illustrar ta 'preċiżjoni, u kisjiet ta' barriera termali.