иллюстрировать

Описываются характеристики и технические параметры высокочистой и стандартной глинозёмной керамики, такие как прочность на сжатие при высоких температурах, твёрдость и износостойкость. Затем подробно рассматриваются методы получения порошка, способы формования (включая литьё в форму, экструзию и горячее прессование), технологии спекания, а также последующие операции точной механической обработки — точное шлифование, резка и поверхностная обработка. Эти процессы делают глинозёмную керамику пригодной для высокоточных применений в машиностроении, электронике и медицине.

Часть 1: Характеристики и технические параметры

Глинозёмная керамика в основном делится на две категории: высокочистая и обычная. Высокочистые глинозёмные керамические материалы содержат более 99% Al2O3. Благодаря высокой рабочей температуре (до 1650℃ и выше), прочности на сжатие (при 20°C) — 2000 МПа, твёрдости по Виккерсу (Hv50) — 15,7 ГПа и значению энергии разрушения — kJ/мм², они широко применяются в машиностроении, химической и нефтегазовой отраслях для производства различных механических деталей. В электронной промышленности их используют в качестве подложек интегральных микросхем и высокочастотных изоляционных материалов. Обычная глинозёмная керамика классифицируется по содержанию Al2O3 на марки 98%, 95%, 90% и 85%; иногда в серию обычной глинозёмной керамики включают также материалы с содержанием Al2O3 80% или 75%.

Твёрдость: Твёрдость по Моосу составляет 9, уступая лишь алмазу (10), значительно превосходя износостойкую сталь и обычную сталь.

Отличная износостойкость: Износостойкость в 266 раз выше, чем у марганцевой стали, и в 171,5 раза выше, чем у высокохромистого чугуна. Согласно проведённому за последние десять лет опросу среди наших клиентов, при одинаковых условиях эксплуатации срок службы оборудования может быть увеличен как минимум в десять раз.

Лёгкий вес: Плотность глинозёмной керамики составляет 3,85 г/см³, что всего вдвое меньше плотности стали, что позволяет существенно снизить нагрузку на оборудование. Основные технические показатели нашей глинозёмной керамики: содержание Al2O3 ≥99%, плотность ≥3,85 г/см³, твёрдость по Виккерсу (Hv50) ≥15,7 ГПа (1600 кг/мм²), прочность на сжатие ≥2000 МПа, вязкость разрушения ≥4 МПа·м¹/², предел изгиба ≥330 МПа, теплопроводность 27,5 Вт/м·К и др.

В частности, глинозёмная керамика марки 99% используется для изготовления различных прецизионных керамических конструктивных элементов, таких как керамические фланцы, керамические детали сложной формы и керамические защитные втулки. Глинозёмная керамика преимущественно применяется в качестве коррозионно- и износостойких деталей. Глинозёмная керамика марки 85% часто содержит тальковый порошок, что улучшает её электрические свойства и механическую прочность; она может герметизироваться металлами, такими как молибден, ниобий и тантал, и иногда используется в электро-вакуумных устройствах.

Часть 2: Подготовка порошка

Глинозёмный порошок производится в соответствии с различными требованиями к конечному продукту и технологиями формования; его частицы имеют размер менее 1 мкм. Для производства высокочистой глинозёмной керамики требуется не только чистота оксида алюминия свыше 99%, но и сверхтонкое измельчение с однородным распределением частиц по размеру. При использовании экструзии или литья под давлением необходимо добавить в порошок 10–30% связующего вещества и пластификатора, обычно термопластичного материала или смолы. Органический связующий компонент следует смешивать с глинозёмным порошком при температуре 150–200℃, чтобы облегчить процесс формования. Горячепрессованные порошковые материалы не требуют добавления связующих веществ. Если применяется полуавтоматическое или полностью автоматическое сухое прессование, к порошку предъявляются особые требования. При спрей-грануляции порошок должен иметь сферическую форму, чтобы улучшить его текучесть и обеспечить равномерное заполнение стенок формы во время формования. Кроме того, для снижения трения между порошком и стенками формы необходимо добавить 1–2% смазочного вещества, например стеариновую кислоту или ПВА.

Часть 3: Метод формования

Методы формования алюмооксидной керамики включают сухое прессование, литьё в форму с использованием шликера, экструзию, холодное изостатическое прессование, литьё под давлением, ленточное литьё, горячее прессование и горячее изостатическое прессование. В последние годы были разработаны и другие технологии формования, такие как фильтрационное литьё под давлением, литьё прямым затвердеванием, гелевое литьё, центробежное литьё в форму с шликером и свободное литьё твёрдого вещества. Различные формы, размеры, сложные конфигурации и требования к точности требуют применения разных методов формования. Ниже представлено описание наиболее распространённых методов формования:

Холодное изостатическое прессование: при изостатическом прессовании порошок равномерно уплотняется со всех сторон под одинаковым давлением. Такое равномерное распределение давления обеспечивает однородную плотность получаемой керамической заготовки. Однородная плотность способствует сохранению стабильной степени усадки во время спекания или горячего изостатического прессования, что минимизирует коробление и деформацию изделия. Кроме того, высокая прочность заготовки, достигнутая благодаря изостатическому прессованию, гарантирует отличную долговечность и эксплуатационные характеристики конечного продукта.

Часть 4: Технология спекания

Спекание — это технология уплотнения зернистых керамических заготовок до состояния твёрдого материала. В процессе спекания из заготовки удаляются поры, небольшие количества газа, примеси и органические вещества, позволяя частицам расти и срастаться. Для спекания обычно используются электрические печи. Помимо спекания при атмосферном давлении, существуют также спекание при горячем прессовании и горячее изостатическое прессование (HIP). Хотя непрерывное спекание при горячем прессовании повышает производительность, оно требует значительных затрат на оборудование и оснастку, а длина готового изделия ограничена из‑за осевого нагрева. В настоящее время многие высокодобавочные алюмооксидные керамические изделия, а также специальные компоненты, необходимые для оборонной отрасли — например, керамические подшипники, зеркала, ядерное топливо и цилиндрические детали — преимущественно изготавливаются методами HIP либо безвакуумного спекания под высоким давлением.

Часть 5: Последующая обработка

После спекания алюмооксидная керамика требует ряда операций точной механической обработки, чтобы соответствовать требованиям различных высокоточных применений. Последующая обработка прецизионной керамики включает следующие ключевые этапы:

Точное шлифование и полировка: Спечённые алюмооксидные керамические заготовки подлежат точной шлифовке и полировке для достижения требуемой чистоты поверхности и точности размеров. Этот процесс осуществляется поэтапно: от грубой шлифовки до финишной полировки.

Точная резка и формовка: В зависимости от требований заказчика спечённая алюмооксидная керамика может дополнительно обрабатываться путём резки и придания ей сложных геометрических форм и замысловатых структур. Для обеспечения точности резки и качества готового изделия широко применяется передовая лазерная технология резки.

Контроль и проверка качества: Обработанные прецизионные керамические компоненты проходят многоступенчатую проверку и строгий контроль качества, чтобы гарантировать надёжность и эксплуатационные характеристики изделий. К основным методам контроля относятся измерение размеров, испытания на твёрдость и тестирование термостойкости. Во время проверки используются специализированное оборудование и инструменты, а также соблюдаются соответствующие стандарты и технические условия.

Благодаря этим операциям точной механической обработки алюмооксидная керамика преобразуется в прецизионные керамические детали, отвечающие различным высокотехнологическим требованиям и широко используемые в электронике, машиностроении, медицине и других областях.