알루미나 세라믹 처리 방법

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알루미나 세라믹은 높은 경도, 높은 내마모성, 고온 저항성, 내식성, 우수한 전기 절연성을 갖춘 첨단 세라믹 소재로 전자, 항공우주, 기계, 의료 등의 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 가공 기술은 복잡하며 원료 준비, 성형, 소결, 정밀 가공 등 여러 단계의 과정을 거칩니다.

1, 원재료 준비
알루미나 세라믹의 성능은 원료의 순도와 입자 크기 분포에 따라 크게 달라집니다. 일반적인 순도 등급의 알루미나 분말은 다음과 같습니다:
-일반 산업용 등급: Al ₂ O Ⅲ 함량은 90% -95%로 내마모성 부품 및 내화성 재료에 적합합니다.
-고순도 등급: 전자기기 및 바이오세라믹에 사용되는 99.5% 이상의 Al ₂ O3 함량.

분말 처리에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다:

1. 볼 밀링: 습식 볼 밀링(알코올 또는 물을 매체로 사용)을 통해 분말 입자를 미크론 이하 수준(0.5-1 μm)으로 정제하여 소결 활성을 개선합니다.
2. 분무 건조: 볼 밀링 후 슬러리를 분무 및 건조하여 후속 성형에 적합한 유동성이 좋은 입상 분말을 생성합니다.

2, 성형 과정
성형은 설계 요구 사항에 따라 알루미나 분말을 미리 정해진 모양으로 성형하는 과정입니다. 일반적인 성형 방법에는 다음이 포함됩니다:

1. 건식 프레스 성형: 단순한 형태의 부품(예: 시트 및 기둥)에 적합합니다. 단축 프레스를 통해 100-300MPa의 압력을 가하면 성형된 빌릿의 밀도는 이론 밀도의 약 50% - 60%입니다.
2. 등압 성형: 액체 또는 기체 매체를 통해 압력(200-400MPa)을 균일하게 가하면 복잡한 구조에 적합한 밀도가 높고 균일한 빌릿을 얻을 수 있습니다.
3. 그라우팅 몰딩: 다공성 석고 몰드에 알루미나 슬러리를 주입하고 모세관 작용을 통해 탈수하여 벽이 얇거나 불규칙한 부품에 적합합니다.
4. 주조 성형: 전자 패키징과 같은 다층 세라믹 기판에 일반적으로 사용되는 박막(두께 0.1-1mm)을 준비하는 데 사용됩니다.
5. 3D 프린팅: 복잡한 구조를 맞춤화하는 데 적합한 광중합(DLP/SLA) 및 접착제 분사 기술을 포함합니다.

3, 소결 공정
소결은 알루미나 세라믹 가공의 핵심 단계로, 고온 결합을 통해 입자를 치밀화하여 세라믹의 강도와 특성을 향상시킵니다. 소결 공정에는 주로 다음 단계가 포함됩니다:

1. 접착제 제거(탈지): 400-600°C의 온도에서 1-5°C/min의 가열 속도로 접착제(예: PVA, 파라핀)를 제거합니다.
2. 소결 방법:
   -대기압 소결: 1600-1800°C에서 소결하고 1-4시간 동안 유지하면 밀도는 이론 밀도의 95% -99%에 도달할 수 있습니다.
   -열간 프레스 소결: 1400~1600°C의 온도에서 10~40MPa의 압력으로 99.5%를 초과하는 밀도로 소결합니다.
   -스파크 플라즈마 소결(SPS): 빠른 가열(수백 °C/min), 5-20분 이내에 치밀화가 완료되며 입자 크기가 미세합니다.
3. 후처리: 소결된 배아는 열간 등압 프레싱(HIP)으로 처리하여 100-200 MPa의 고압과 온도를 가하여 내부 기공을 제거하고 기계적 특성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

4, 정밀 가공
알루미나 세라믹은 경도가 높기 때문에(모스 경도 레벨 9) 고정밀 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해 후속 가공에 초경도 공구와 정밀 가공 기술을 사용해야 합니다.

1. 다이아몬드 공구 절삭: 입방정 질화 붕소(CBN) 또는 다이아몬드 공구가 장착된 세라믹 조각 및 밀링 머신을 사용하고, 절단 매개변수(속도>3000rpm, 이송 속도 0.01mm/회)를 최적화하여 마이크로미터 수준의 정확도를 달성합니다.
2. 연마 및 연마하기:
   -거친 연마: 실리콘 카바이드(SiC) 또는 탄화붕소(B₄ C) 연마재를 사용하여 표면 결함을 제거합니다.
   -정밀 연마: 초음파 연마 기술과 결합된 1μm 미만의 Al ₂ O3 마이크로 파우더 또는 다이아몬드 연마 페이스트를 사용하여 거울 수준의 매끄러움(Ra<0.1μm)을 구현합니다.
3. 레이저/EDM: 최대 ± 0.005mm의 정확도로 미세 구멍 및 불규칙한 홈과 같은 초미세 구조에 적합합니다.

5, 품질 검사 및 관리
가공된 알루미나 세라믹 부품은 성능과 치수 정확도를 보장하기 위해 엄격한 테스트와 품질 관리가 필요합니다. 일반적인 감지 방법은 다음과 같습니다:
-차원 측정: 좌표 측정기와 같은 고정밀 측정 도구를 사용합니다.
-경도 테스트: 경도 시험기를 통해 재료의 경도를 측정합니다.
-열 안정성 테스트: 고온 환경에서 재료의 성능을 테스트합니다.
-내부 결함 감지: X-레이 또는 초음파 테스트를 통해 내부 균열이나 기공을 감지합니다.

6, 응용 분야
알루미나 세라믹은 뛰어난 성능으로 인해 여러 분야에서 중요한 역할을 합니다:
-전자 분야: 집적 회로 패키징, 고전력 전자 기기 방열판 등에 사용됩니다.
-항공우주: 항공 베어링 및 핵연료 부품과 같은 고부가가치 제품에 사용됩니다.
-인공 뼈, 치과 임플란트 등과 같은 의료 분야에서는 높은 표면 평활도가 요구됩니다.
-기계 분야: 내마모성 부품, 씰 등에 사용됩니다.

알루미나 세라믹의 가공 기술은 복잡하고 원료 준비부터 정밀 가공에 이르기까지 여러 단계로 이루어져 있으며, 각 단계는 최종 제품의 성능과 품질에 큰 영향을 미칩니다. 각 단계의 공정 파라미터를 최적화함으로써 다양한 분야의 적용 요구를 충족하는 고성능, 고정밀 알루미나 세라믹 부품을 준비할 수 있습니다.