Как обрабатывать глиноземистую керамику

---

Глиноземистая керамика - это современный керамический материал с высокой твердостью, износостойкостью, термостойкостью, коррозионной стойкостью и отличными электроизоляционными свойствами, широко используемый в таких областях, как электроника, аэрокосмическая промышленность, машиностроение и медицина. Технология его обработки сложна и включает в себя множество звеньев, в том числе подготовку сырья, формовку, спекание, точную механическую обработку и т.д.

1、 Подготовка сырья
Характеристики глиноземистой керамики во многом зависят от чистоты и гранулометрического состава сырья. К распространенным классам чистоты глиноземного порошка относятся:
-Ординарный промышленный сорт: Содержание Al ₂ O Ⅲ составляет 90% -95%, подходит для износостойких деталей и огнеупорных материалов.
-Высокая степень чистоты: Содержание Al ₂ O3 более 99,5%, используется для производства электронных устройств и биокерамики.

Обработка порошка обычно включает следующие этапы:

1. Шаровой помол: При мокром шаровом помоле (с использованием спирта или воды в качестве среды) частицы порошка измельчаются до субмикронного уровня (0,5-1 мкм) для повышения активности спекания.
2. Распылительная сушка: распыление и сушка суспензии после шарового помола для получения гранулированного порошка с хорошей текучестью для последующего формования.

2、 Процесс формовки
Формование - это процесс придания глиноземному порошку заданной формы в соответствии с проектными требованиями. К распространенным методам формовки относятся:

1. Формование сухим прессованием: подходит для компонентов простой формы (таких как лист и колонна). При приложении давления 100-300 МПа через одноосный пресс плотность сформированной заготовки составляет около 50% -60% от теоретической плотности.
2. Изостатическое формование под давлением: При равномерном воздействии давления (200-400 МПа) через жидкую или газовую среду получается более плотная и однородная заготовка, которая подходит для сложных конструкций.
3. Формование с затиркой: Впрыскивание глиноземной суспензии в пористые гипсовые формы и их обезвоживание за счет капиллярного действия, подходит для тонкостенных или нестандартных деталей.
4. Литьевое формование: используется для получения тонких пленок (толщиной 0,1-1 мм), обычно применяемых для многослойных керамических подложек, например, для электронной упаковки.
5. 3D-печать: включая технологии фотополимеризации (DLP/SLA) и адгезивного напыления, подходящие для создания сложных конструкций на заказ.

3、 Процесс спекания
Спекание является основным этапом обработки глиноземистой керамики, который повышает прочность и свойства керамики за счет уплотнения частиц путем высокотемпературного скрепления. Процесс спекания включает в себя следующие этапы:

1. Удаление клея (обезжиривание): Удалите клей (например, ПВА, парафин) при скорости нагрева 1-5 °С/мин при температуре 400-600 °С.
2. Метод спекания:
   -Спекание под атмосферным давлением: Спекание при 1600-1800 °С и выдержка в течение 1-4 часов, плотность может достигать 95% -99% от теоретической плотности.
   -Горячее прессование: спекание под давлением 10-40 МПа, при температуре 1400-1600 °С, с плотностью более 99,5%.
   -Искровое плазменное спекание (SPS): быстрый нагрев (несколько сотен °С/мин), уплотнение завершается в течение 5-20 минут, размер зерна мелкий.
3. Последующая обработка: Спеченный эмбрион можно обработать методом горячего изостатического прессования (HIP), применяя высокое давление и температуру 100-200 МПа для устранения внутренних пор и дальнейшего улучшения механических свойств.

4、 Прецизионная обработка
Алюмооксидная керамика обладает высокой твердостью (уровень твердости по Моосу 9) и требует использования сверхтвердых инструментов и прецизионных технологий обработки для последующей обработки, чтобы соответствовать высокоточным требованиям.

1. Резка алмазным инструментом: Используйте керамический гравировально-фрезерный станок, оснащенный инструментами из кубического нитрида бора (CBN) или алмазными инструментами, и добейтесь микрометровой точности, оптимизировав параметры резки (скорость>3000 об/мин, скорость подачи 0,01 мм/час).
2. Шлифовка и полировка:
   -Грубая шлифовка: Используйте абразивные материалы из карбида кремния (SiC) или карбида бора (B ₄ C) для удаления дефектов поверхности.
   -Точная полировка: использование микропорошка Al ₂ O3 или алмазной абразивной пасты, в сочетании с технологией ультразвуковой полировки, для достижения зеркальной гладкости (Ra<0,1 мкм).
3. Лазер/ЭДМ: подходит для создания сверхтонких структур, таких как микроотверстия и неровные канавки, с точностью до ± 0,005 мм.

5、 Инспекция и контроль качества
Обработанные глиноземистые керамические компоненты требуют строгого тестирования и контроля качества для обеспечения их производительности и точности размеров. К распространенным методам контроля относятся:
-Измерение размеров: Используйте высокоточные измерительные инструменты, такие как координатно-измерительные приборы.
-Испытания на твердость: Измерение твердости материалов с помощью твердомера.
-Испытания на термостойкость: проверка характеристик материалов в условиях высоких температур.
-Обнаружение внутренних дефектов: Для обнаружения внутренних трещин или пор используется рентгеновское или ультразвуковое исследование.

6、 Поля приложений
Алюмооксидная керамика играет важную роль во многих областях благодаря своим превосходным характеристикам:
-В области электроники: используется для упаковки интегральных схем, теплоотводов мощных электронных устройств и т.д.
-Аэрокосмическая промышленность: Используется для производства изделий с высокой добавленной стоимостью, таких как авиационные подшипники и компоненты ядерного топлива.
-В медицинской сфере, например, при изготовлении искусственных костей, зубных имплантатов и т.д., требуется высокая гладкость поверхности.
-Механическая область: используется для изготовления износостойких деталей, уплотнений и т.д.

Технология обработки глиноземистой керамики сложна и включает в себя множество звеньев, от подготовки сырья до прецизионной механической обработки, каждый этап которой оказывает значительное влияние на характеристики и качество конечного продукта. Оптимизируя технологические параметры каждого этапа, можно получить высокопроизводительные и высокоточные компоненты из глиноземистой керамики, отвечающие требованиям различных областей применения.