As cerâmicas de alumina são os materiais mais flexíveis e baratos entre os óxidos com um ponto de fusão superior a 2000 ℃. A cerâmica de alumina é um tipo de material cerâmico com alumina como corpo principal. As cerâmicas de alumina são amplamente utilizadas nos campos de eletrônicos, eletrodomésticos, máquinas, têxteis, aeroespaciais e assim por diante devido à sua alta resistência mecânica, alta dureza e baixa perda dielétrica. Isso também estabeleceu sua alta posição no campo de materiais cerâmicos. É relatado que a cerâmica de alumina é o maior material cerâmico de óxido do mundo.
A estrutura da cerâmica de alumina pertence ao tipo corindo, que possui as características da ligação iônica, tornando o sistema de deslizamento muito menor do que o dos metais, o que leva à falta de certa tenacidade e plasticidade. Portanto, a tenacidade à fratura é baixa, o que aumenta bastante limita a ampla aplicação da cerâmica de alumina. Quais são os principais métodos de endurecimento da cerâmica de alumina?
Endurecimento da estrutura lamelar
Os materiais naturais, como bambu e concha, têm boas propriedades abrangentes devido à sua estrutura em camadas. As pessoas se inspiram nessas estruturas naturais, usando a estrutura biônica para melhorar a fragilidade e resistência dos materiais cerâmicos.
Os materiais cerâmicos compósitos em camadas são compostos por materiais multicamadas.O módulo de elasticidade e o coeficiente de expansão linear de cada camada são diferentes, o que leva a tensões macro entre as camadas e tensões de compressão na superfície. Sob a ação da força externa, a energia da tensão pode ser absorvida na extensão máxima, e a rachadura pode desviar e girar repetidamente ao longo da interface. De modo a melhorar as propriedades da superfície e a resistência geral.
Por exemplo, para cerâmica em camadas de alumina / Ni, o coeficiente de expansão linear de níquel é aproximadamente) vezes o tempo da alumina, que produz tensão na camada de alumina e possui grande capacidade de deflexão de trincas, para que o material tenha melhor tenacidade.
A cerâmica lamelar é um novo tipo de material com uma ampla perspectiva, mas sua principal desvantagem é que o intercalar fraco reduzirá a resistência do material, e as propriedades paralelas e perpendiculares à direção do intercalar são bastante diferentes, mostrando anisotropia. Assim, os especialistas do setor propuseram a idéia de usar intercalares fortes para preparar intercalares fortes ZTA / alumina. A resistência ao impacto é superior a 10mpa.m1 / 2, que é 2,8 vezes o material ZTA e 5,6 vezes a cerâmica de alumina.Alguns cientistas simularam a cerâmica composta laminada por computador e descobriram que, se a resistência do material da camada macia for muito alta alta ou muito baixa, a dureza geral será reduzida e, se a proporção entre a espessura da camada dura e a espessura da camada macia e o módulo de elasticidade for aumentada, a uniformidade da camada dura poderá melhorar a dureza da cerâmica. idéias de pesquisa e abordagens de otimização para a cerâmica temperada lamelar.
Endurecimento composto de fibra
Os resultados mostram que a eficiência de endurecimento da fibra contínua é maior do que a de outros métodos de endurecimento, e é a maior tenacidade das séries de cerâmica até agora, que pode atingir cerca de 20mpa. m1 / 2, portanto, é uma maneira muito eficaz de melhorar a fragilidade dos materiais cerâmicos.
Neste método, fibras com alta resistência e módulo de elasticidade são dispersas na matriz cerâmica. Sob a ação da força externa, parte da carga do compósito é suportada pela fibra, de modo a reduzir a carga da própria matriz. Além disso, quando a força da fibra na matriz é maior que sua força, a fibra se retira. Além disso, essas fibras também têm ponte e deflexão de fissuras na matriz para impedir o crescimento de fissuras. Os três mecanismos de endurecimento juntos melhoram a resistência dos materiais cerâmicos.
Atualmente, as fibras usadas na cerâmica de alumina são principalmente fibra de carbono, fibra de carboneto de silício, fibra de silicato de alumínio e assim por diante. Verificou-se que o efeito de endurecimento pode ser melhorado aumentando a proporção de comprimento para diâmetro. Na forma de fibra, o tecido tridimensional com fibra tem melhor efeito de endurecimento. Semelhante à fibra, existem muitas cerâmicas de alumina endurecidas por bigodes, e o efeito é muito bom. Como os bigodes são fibras curtas com estrutura de cristal único e diâmetro muito pequeno (geralmente menor que 3 UM). Possui poucos defeitos de cristal, arranjo de átomos altamente ordenado e sua força é próxima do valor teórico da força de ligação entre átomos adjacentes. A teoria e a prática provam que ele pode melhorar a resistência da cerâmica. Se os bigodes de carboneto de silício (fração de volume de até 20% a 30%) são introduzidos na cerâmica à base de alumina, a resistência do segmento pode chegar a 8-8,5mpa.m1 / 2.
O mecanismo de endurecimento dos bigodes não é apenas o arrancamento, a deflexão de trincas, a ponte e o pinçamento de trincas, mas também a alta resistência. Portanto, em teoria, aumentar a resistência, reduzir o módulo de elasticidade e aumentar a proporção das bigodes pode melhorar o efeito de endurecimento. . A desvantagem da cerâmica de alumina endurecida por fibras e bigodes é que é difícil garantir a uniformidade da mistura.
Auto-endurecimento
O chamado auto-endurecimento é desenvolver fases reforçadas e reforçadas sob certas condições tecnológicas. Em certa medida, elimina a incompatibilidade física ou química entre a fase da matriz e a fase endurecida e garante a estabilidade termodinâmica da fase da matriz e da fase endurecida.
Quanto à cerâmica de alumina, o foco da pesquisa em superar a fragilidade da cerâmica de alumina é endurecer a alumina com diferentes grãos de crescimento. O principal mecanismo é controlar a direção de crescimento dos grãos de alumina por meio de medidas tecnológicas, para que ele possa crescer em forma de bastão e coluna longa moldada ao longo de algumas superfícies de cristal, que desempenha um papel semelhante no endurecimento de bigodes. No caso de carga externa, a cauda de trinca formará o modo de ponte, e o crescimento anisotrópico de alumina também produzirá tração, deflexão de trincas e outros mecanismos de endurecimento, o que melhorará a resistência de toda a cerâmica de alumina.
Endurecimento da transformação de fases
Este é um tipo de fórmula de endurecimento que foi estudada anteriormente e amplamente. Artificialmente cria um grande número de trincas extremamente finas no material para absorver energia e impedir o crescimento de trincas.A maioria delas se concentra na transformação martensítica do ZrO2 e ZTA, O ZrO2 disperso na matriz de alumina, devido ao seu coeficiente de expansão linear diferente, as partículas de ZrO2 estão sujeitas a tensão compressiva e a transformação de fase é bloqueada durante o resfriamento. Então, quando o material é submetido a força externa, a pressão nas partículas de ZrO2 é relaxada, a fase tetragonal muda para a fase monoclínica e as microfissuras são produzidas na matriz após a expansão do volume, e a energia das principais fissuras é absorvida para obter o efeito de endurecimento.Este é o mecanismo de endurecimento induzido por estresse transformação.
No mecanismo de endurecimento, além do mecanismo de transformação induzido de ZrO2, a transformação produz expansão de volume, e o fenômeno de extrusão da área de trinca para a área de não transformação torna a trinca próxima, difícil de expandir e também melhora a tenacidade. Alguns pesquisadores descobriram que o melhor efeito de endurecimento foi obtido quando a fração de volume de ZrO2 era de 20%.
A tecnologia de endurecimento cerâmico será uma tecnologia quente no campo de materiais por muito tempo no futuro. Se as características inerentes aos materiais cerâmicos, como alta resistência, alta temperatura e baixo coeficiente de expansão, puderem ser combinadas com alta tenacidade, será os materiais de alto desempenho que o campo de materiais sonha, e o campo de aplicação é muito extenso. Vamos apresentar brevemente algumas aplicações da cerâmica de alumina.
Mecânico
A resistência à flexão dos produtos cerâmicos de alumina sinterizada pode atingir 250Mpa, e a dos produtos prensados a quente pode atingir 500MPa.A dureza Mohs da cerâmica de alumina é de até 9. Além disso, possui excelente resistência ao desgaste, sendo amplamente utilizada na fabricação de ferramentas de corte, válvulas de esfera, rebolos, pregos de cerâmica, rolamentos, etc., entre as quais as ferramentas de corte de cerâmica de alumina e válvulas industriais são as mais utilizadas.
Cortador de cerâmica de alumina
A velocidade ideal de corte da ferramenta de cerâmica de alumina é maior que a da ferramenta comum de metal duro, o que pode melhorar bastante a eficiência de corte de diferentes materiais. Com muita pesquisa realizada por cientistas, cerâmica composta de matriz de alumina e cerâmica reforçada com whisker, composta por duas fases adicionando outros componentes ou existindo na matriz na forma de solução sólida. Essas tecnologias compensam as deficiências da cerâmica pura de alumina, melhorando assim o desempenho e a durabilidade do corte.
Eletrônico / poder
Em termos de eletrônica e energia elétrica, existem várias bases de cerâmica de alumina, substratos, filmes de cerâmica, cerâmica transparente e diversas cerâmicas isolantes elétricas de cerâmica de alumina, materiais eletrônicos, materiais magnéticos etc., das quais a cerâmica e substratos transparentes de alumina são os mais amplamente usava.
Cerâmica transparente de alumina
Atualmente, a cerâmica transparente é uma fronteira importante no campo da pesquisa e aplicação de materiais. Como um novo material, a cerâmica transparente não apenas possui uma ampla gama de transmitância de luz, mas também possui uma série de vantagens, como alta condutividade térmica, baixa condutividade , alta dureza, alta resistência, baixa constante dielétrica e perda dielétrica, boa resistência ao desgaste e resistência à corrosão.
Substrato de cerâmica de alumina
O substrato cerâmico de alumina tem as vantagens de alta resistência mecânica, bom isolamento e alta resistência à luz, amplamente utilizada em substratos cerâmicos de fiação multicamada, embalagens eletrônicas e substratos de embalagens de alta densidade.
Indústria química
Na aplicação química, a cerâmica de alumina tem uma ampla gama de usos, como esfera de enchimento químico em cerâmica de alumina, membrana de microfiltração inorgânica, revestimento resistente à corrosão, etc., entre os quais a membrana e o revestimento cerâmico de alumina são os mais estudados e aplicados.
Médico
Na medicina, a alumina é mais usada para fabricar ossos artificiais, articulações artificiais, dentes artificiais e assim por diante. As cerâmicas de alumina têm excelente biocompatibilidade, inércia biológica, estabilidade física e química, alta dureza e resistência ao desgaste e são materiais ideais para a preparação de osso e articulação artificial. No entanto, possui as mesmas desvantagens que outros materiais cerâmicos, como alta fragilidade, baixa tenacidade à fratura, alta dificuldade em tecnologia de usinagem, tecnologia complexa etc., por isso precisa de mais pesquisas e aplicações.
Arquitetura / saneamento / cerâmica
No campo da construção de cerâmica sanitária, os produtos podem ser vistos em toda parte, como tijolo de revestimento cerâmico de alumina, meio de moagem, rolo, tubo de proteção de cerâmica e refratário de alumina. Entre eles, o meio de moagem de bolas de alumina é o mais amplamente utilizado.
O charme da ciência dos materiais reside em aprender com os pontos fortes um do outro para compensar os pontos fracos um do outro e criar materiais ideais. Além das aplicações acima, a cerâmica de alumina também é amplamente utilizada em outros campos de alta tecnologia, como aeroespacial, fornos industriais de alta temperatura, reforço composto e outros campos. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de endurecimento, os materiais cerâmicos de alumina terão melhores propriedades e campos de aplicação mais extensos.
