Sifat keramik alumina
Struktur alumina keramik milik jenis korundum, yang memiliki karakteristik ikatan ion, membuat sistem tergelincir jauh lebih sedikit dibandingkan dengan logam, yang mengarah ke kurangnya ketangguhan tertentu dan plasticity.Therefore, ketangguhan patah rendah, yang sangat membatasi aplikasi luas dari alumina ceramics.So apa metode ketangguhan utama alumina keramik?
1 tough Pengerasan struktur pipih
Bahan alami, seperti bambu dan cangkang, memiliki sifat komprehensif yang baik karena strukturnya yang berlapis. Orang-orang mendapatkan inspirasi dari struktur alami ini, menggunakan struktur bionik untuk meningkatkan kerapuhan dan ketangguhan bahan keramik.
Bahan keramik komposit berlapis terdiri dari multilayer materials.The modulus elastis dan koefisien ekspansi linear dari setiap lapisan yang berbeda, yang mengarah ke stres makro antara lapisan dan tegangan tekan pada surface.Under aksi gaya eksternal, energi regangan dapat diserap sampai batas maksimum, dan celah dapat membelokkan dan berputar berulang kali di sepanjang antarmuka. Jadi untuk meningkatkan sifat permukaan dan ketangguhan keseluruhan.
Sebagai contoh, untuk keramik berlapis alumina / Ni, koefisien ekspansi linier nikel adalah sekitar) kali dari alumina, yang menghasilkan tegangan pada lapisan alumina dan memiliki kemampuan lendutan retak yang besar, sehingga material memiliki ketangguhan yang lebih baik.
Keramik pipih adalah jenis baru dari bahan dengan prospek yang luas, tetapi merugikan utamanya adalah bahwa interlayer lemah akan mengurangi kekuatan material, dan sifat sejajar dan tegak lurus terhadap arah dari interlayer yang cukup berbeda, menunjukkan anisotropi. sehingga para ahli di industri mengedepankan ide menggunakan interlayer yang kuat untuk mempersiapkan ZTA / alumina interlayer kuat. Dampak ketangguhan lebih dari 10mpa.m1 / 2, yang merupakan 2,8 kali dari bahan ZTA dan 5,6 kali dari alumina ilmuwan ceramic.Some telah simulasi dilaminasi keramik komposit oleh komputer, dan menemukan bahwa jika kekuatan bahan lapisan lunak terlalu tinggi atau terlalu rendah, ketangguhan keseluruhan akan berkurang, dan jika rasio ketebalan lapisan keras dengan ketebalan lapisan lunak dan modulus elastis meningkat, keseragaman lapisan keras dapat meningkatkan ketangguhan keramik. Ini menyediakan beberapa ide-ide penelitian dan optimasi pendekatan untuk pipih tangguh keramik.
2 , Serat Pengerasan Komposit
Hasilnya menunjukkan bahwa efisiensi pengerasan serat kontinu lebih tinggi daripada metode pengerasan lainnya, dan ini merupakan ketangguhan tertinggi dari seri keramik sejauh ini, yang dapat mencapai sekitar 20mpa.m1 / 2, sehingga ini merupakan cara yang sangat efektif untuk meningkatkan kerapuhan bahan keramik.
Dalam metode ini, serat dengan kekuatan tinggi dan modulus elastis tersebar dalam matriks keramik. Di bawah aksi gaya eksternal, bagian dari beban komposit ditanggung oleh serat, sehingga dapat mengurangi beban matriks itu sendiri. ketika kekuatan serat dalam matriks lebih besar dari kekuatannya, serat akan menarik keluar. Selain itu, serat ini juga memiliki menjembatani retak dan defleksi dalam matriks untuk mencegah pertumbuhan retak. Tiga mekanisme pengerasan bersama-sama meningkatkan ketangguhan keramik bahan.
Saat ini, serat yang digunakan dalam keramik alumina terutama serat karbon, serat silikon karbida, serat aluminium silikat dan sebagainya. Ditemukan bahwa efek pengerasan dapat ditingkatkan dengan meningkatkan rasio panjang terhadap diameter. Dalam bentuk serat, kain tenun tiga dimensi dengan serat memiliki ketangguhan yang lebih baik effect.Similar untuk serat, ada banyak keramik alumina tangguh dengan kumis, dan efeknya sangat good.Because kumis adalah serat pendek dengan struktur kristal tunggal dan diameter sangat kecil (biasanya kurang dari 3 UM) .Ini memiliki beberapa cacat kristal, pengaturan yang sangat memerintahkan atom, dan kekuatannya dekat dengan nilai teoritis kekuatan ikatan antara teori yang berdekatan atoms.The dan praktek membuktikan bahwa hal itu dapat meningkatkan ketangguhan ceramics.If silikon karbida kumis (volume fraksi hingga 20% - 30%) yang diperkenalkan ke alumina keramik berdasarkan, ketangguhan segmen bisa mencapai 8-8.5mpa.m1 / 2.
Mekanisme kumis ketangguhan tidak hanya tarik-keluar, retak defleksi, retak menjembatani dan menjepit, tetapi juga strength.Therefore tinggi, dalam teori, meningkatkan kekuatan, mengurangi modulus elastis dan peningkatan rasio aspek kumis dapat meningkatkan efek ketangguhan Kerugian dari serat alumina yang dikeraskan serat dan kumis adalah sulit untuk memastikan keseragaman pencampuran.
3 tough Ketangguhan diri
Yang disebut ketangguhan diri adalah untuk tumbuh dikeraskan dan diperkuat fase bawah conditions.To teknologi tertentu batas tertentu, menghilangkan ketidakcocokan fisik atau kimia antara fase matriks dan fase dikeraskan, dan memastikan stabilitas termodinamika fase matriks dan fase tangguh.
Adapun alumina keramik, fokus penelitian mengatasi kerapuhan alumina keramik adalah untuk menguatkan alumina dengan pertumbuhan yang berbeda grains.The mekanisme utama adalah untuk mengendalikan arah pertumbuhan alumina biji-bijian melalui langkah-langkah teknologi, sehingga dapat tumbuh menjadi berbentuk batang dan kolom panjang berbentuk bersama beberapa permukaan kristal, yang memainkan peran yang sama dalam ketangguhan whiskers.In kasus beban eksternal, ekor retak akan membentuk mode bridging, dan pertumbuhan anisotropik dari alumina juga akan menghasilkan penarikan, defleksi retak dan mekanisme ketangguhan lainnya, yang akan meningkatkan ketangguhan seluruh keramik alumina.
4 、 Pengerasan transformasi fase
Ini adalah semacam rumus ketangguhan yang telah dipelajari sebelumnya dan widely.It artifisial menciptakan sejumlah besar retak sangat halus dalam bahan untuk menyerap energi dan mencegah retak growth.Most dari mereka fokus pada transformasi martensit dari ZrO2, dan ZTA, ZTM dan bahan keramik lainnya successful.ZrO2 tersebar dalam matriks alumina, karena koefisien ekspansi linear yang berbeda, partikel ZrO2 tunduk pada tegangan tekan dan transformasi fase diblokir selama cooling.Then, padahal bahan yang dikenakan kekuatan eksternal, tekanan pada partikel ZrO2 santai, fase tetragonal berubah menjadi fase monoclinic, dan microcrack diproduksi dalam matriks setelah ekspansi volume, dan energi dari retakan utama diserap untuk mencapai efek pengerasan.Ini adalah mekanisme pengerasan akibat tekanan transformasi.
Dalam mekanisme pengerasan, di samping mekanisme transformasi yang diinduksi ZrO2, transformasi menghasilkan ekspansi volume, dan fenomena ekstrusi dari area retak ke area non transformasi membuat retak dekat, sulit untuk diperluas, dan juga meningkatkan ketangguhan. beberapa peneliti menemukan bahwa efek ketangguhan terbaik diperoleh ketika fraksi volume ZrO2 adalah 20%.
Teknologi ketangguhan keramik akan menjadi teknologi panas di bidang material untuk waktu yang lama di masa depan. Jika karakteristik yang melekat dari bahan keramik, seperti kekuatan tinggi, tahan suhu tinggi dan koefisien ekspansi rendah, dapat dikombinasikan dengan ketangguhan tinggi, itu akan menjadi bahan kinerja tinggi bahwa bidang material memimpikan, dan bidang aplikasi yang sangat extensive.Let & apos; s singkat memperkenalkan beberapa aplikasi dari alumina keramik.
（1） Mekanis
Kekuatan lentur dari disinter alumina produk keramik bisa mencapai 250Mpa, dan bahwa produk ditekan panas bisa mencapai 500MPa.The Mohs kekerasan alumina keramik sampai dengan 9. Selain itu, memiliki ketahanan aus yang sangat baik, sehingga banyak digunakan dalam pembuatan alat pemotong, katup bola, roda gerinda, kuku keramik, bantalan, dll, di antaranya alumina alat pemotong keramik dan katup industri yang paling banyak digunakan.
Pemotong keramik alumina
Kecepatan potong optimal alumina alat keramik lebih tinggi dari alat karbida disemen umum, yang dapat sangat meningkatkan efisiensi pemotongan yang berbeda materials.With banyak penelitian oleh para ilmuwan, alumina matriks keramik komposit dan kumis diperkuat keramik yang terdiri dari dua fase dengan menambahkan komponen lain atau yang ada dalam matriks dalam bentuk teknologi solution.These padat menebus kekurangan keramik alumina murni, sehingga meningkatkan kinerja pemotongan dan daya tahan.
（2） Elektronik / daya
Dalam hal elektronik dan tenaga listrik, ada berbagai soleplate keramik alumina, substrat, film keramik, keramik transparan, dan berbagai keramik isolasi listrik keramik alumina, bahan elektronik, bahan magnetik, dll. bekas.
Keramik transparan alumina
Saat ini, keramik transparan adalah perbatasan penting dalam bidang penelitian dan aplikasi bahan. Sebagai bahan baru, keramik transparan tidak hanya memiliki jangkauan transmisi cahaya yang luas, tetapi juga memiliki serangkaian keunggulan, seperti konduktivitas termal tinggi, konduktivitas rendah , kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, konstanta dielektrik rendah dan kerugian dielektrik, ketahanan aus yang baik dan ketahanan korosi.
Substrat keramik alumina
Alumina substrat keramik memiliki kelebihan kekuatan mekanik yang tinggi, isolasi yang baik dan tahan cahaya yang tinggi, yang secara luas digunakan dalam multilayer kabel substrat keramik, kemasan elektronik dan high-density kemasan substrat.
（3） Industri kimia
Dalam aplikasi kimia, alumina keramik memiliki berbagai kegunaan, seperti alumina keramik pengisi bola kimia, membran mikrofiltrasi anorganik, lapisan tahan korosi, dll, di antaranya alumina membran keramik dan lapisan yang paling dipelajari dan diterapkan.
（4） Medis
Dalam pengobatan, alumina lebih digunakan untuk membuat tulang buatan, sendi buatan, gigi buatan dan sebagainya on.Alumina keramik memiliki biokompatibilitas baik, inersia biologi, stabilitas fisik dan kimia, kekerasan tinggi dan ketahanan aus, dan bahan yang ideal untuk persiapan buatan tulang dan sendi buatan.Namun, ia memiliki kelemahan yang sama dengan bahan keramik lainnya, seperti kerapuhan tinggi, ketangguhan patah tulang rendah, kesulitan teknologi pemesinan tinggi, teknologi kompleks, dll., sehingga perlu penelitian dan aplikasi lebih lanjut.
（5） Arsitektur / sanitasi / keramik
Di bidang membangun keramik saniter, produk dapat dilihat di mana-mana, seperti bata lapisan keramik alumina, media penggiling, rol, tabung pelindung keramik, dan alumina refraktori. Di antara mereka, media penggilingan bola alumina adalah yang paling banyak digunakan.
Pesona ilmu material terletak pada saling belajar satu sama lain poin kuat untuk menebus satu sama lain titik lemah dan menciptakan bahan yang ideal. Selain aplikasi di atas, keramik alumina juga banyak digunakan di bidang teknologi tinggi lainnya, seperti aerospace, industri tungku suhu tinggi, penguatan komposit dan fields.With lainnya terus mengembangkan teknologi ketangguhan, alumina bahan keramik akan memiliki sifat yang lebih baik dan bidang aplikasi yang lebih luas.
