Hoe wordt aluminiumoxidekeramiek gemaakt?

Metabeschrijving: Ontdek hoe aluminiumoxidekeramiek wordt gemaakt; het productieproces van aluminiumoxidekeramiek begint hier. Dit is een uitgebreide gids van eigenschappen tot toepassingen en toekomstige trends van dit materiaal.

Invoering

Aluminiumoxidekeramiek is een materiaal dat gedefinieerd wordt als een regulier consumentenproduct en een hightechproduct. De hoge hardheid, thermische stabiliteit en chemische bestendigheid maken het een belangrijk en waardevol materiaal in veel industrieën. Het is een onmisbaar element in de hedendaagse economie.

Wat is aluminiumoxidekeramiek?

Bron

Alumina-keramiek wordt vaak beschouwd als aluminiumoxide keramiek, bekend om zijn zeer hoge hardheid, thermische stabiliteit en chemische inactiviteit. Het is een belangrijke categorie geavanceerde keramiek. Deze eigenschappen maken het mogelijk dat aluminiumoxidekeramiek structureel sterk is onder de meeste testomstandigheden.

Voor de eerstgenoemde biedt het een ongekende duurzaamheid en een laag corrosiepotentieel en elektrische geleidbaarheid; voor de laatstgenoemde is elektrische isolatie van het grootste belang en dat kan alleen dit materiaal bieden. De lucht- en ruimtevaart, elektronica en de medische sector zijn onsterfelijke voorbeelden.

De aluminiumoxidekeramieken zijn bovendien niet schadelijk voor de mens en zijn daarom geschikt voor gebruik in de geneeskunde en het milieu.

Grondstoffen en hoe ze worden bereid

Het hoofdbestanddeel van aluminiumoxidekeramiek is bauxiet – een niet-hernieuwbaar materiaal dat voornamelijk uit aluminiumoxide bestaat. Het Bayer-proces verbetert de zuivering van bauxiet om aluminiumoxide te produceren.

Tijdens dit proces wordt bauxiet vermalen en gemengd met natriumhydroxide. Hierdoor ontstaat een oplossing met aluminiumoxide.

De onzuiverheden worden afgescheiden en er blijft een oplossing over die alleen aluminiumoxide bevat. Dit aluminiumoxide slaat vervolgens neer als een fijn, asymptotisch, wit poeder.

Nabehandelingsstappen zoals calcineren zijn extra stappen om ervoor te zorgen dat alle vocht en/of onzuiverheden worden verwijderd en er aluminiumoxidepoeder van hoge kwaliteit wordt geproduceerd.

De uniformiteit van het poeder is van groot belang, omdat de deeltjesgrootte invloed heeft op de duurzaamheid van het eindproduct.

Hoe wordt aluminiumoxidekeramiek gemaakt?

A. Het materiaal vormgeven

Nadat het aluminiumoxidepoeder is geraffineerd, is het klaar om de gewenste productvorm te krijgen. Deze vormgeving kan met verschillende technieken worden uitgevoerd, afhankelijk van de toepassing van het te produceren keramiek.

 De categorieën die kunnen worden onderscheiden, zijn onder meer persen, gieten en extruderen. Bij het persen wordt het aluminiumoxidepoeder onder hoge druk in een mal geperst om een compacte massa te vormen, bekend als "groen lichaam".

 Dit groene lichaam is nog nieuw en heeft een bepaalde mate van verharding nodig door aanvullende bewerking.

Als er echter een complexere vorm dan een buis nodig is, kan gebruik worden gemaakt van slipgieten of spuitgieten. Deze methoden omvatten het agglomereren van aluminiumoxidepoeder en het bereiden van een suspensie die vervolgens in de mallen wordt gegoten.

B. Sinteren (bakken) van keramiek

Bron

Sinteren is een belangrijke fase in aluminiumoxideproductieproces Waar het gevormde groene lichaam wordt blootgesteld aan hoge temperaturen - rond de 1600-1800 °C. Tijdens het sinteren worden de deeltjes waaruit het keramische materiaal bestaat sterker aan elkaar gebonden en leidt het proces tot een maximale verwijdering van poriën.

 Dit proces verbetert aanzienlijk verschillende eigenschappen van keramiek, zoals mechanische sterkte, scheurbestendigheid, slijtage en hoge temperaturen. Sinteren kan een tijdrovend proces zijn en aan het einde van het proces is het keramische materiaal zowel sterk als hard.

Temperatuurregeling tijdens het sinteren is een belangrijke parameter om in alle delen van het keramiek dezelfde kwaliteit van de materiaaleigenschappen te bereiken.

C. Bewerking en afwerking

Een andere verwerkingsmethode die na het sinteren plaatsvindt, is het bewerken van het aluminiumkeramiek, zodat het een specifieke maattolerantie heeft voor de aard van de toepassing die het zal uitvoeren.

Hoe aluminiumoxide wordt bewerkt is een complex proces om te begrijpen, omdat het een geleidend keramisch materiaal met een hoge hardheid is, en alleen diamant- of lasergereedschappen in hetzelfde proces kunnen worden gebruikt. Tijdens de bewerkingen wordt het keramiek gesneden, geslepen en gepolijst tot de juiste afmetingen.

In andere gevallen is het nodig om de keramiek aan meer oppervlaktebehandelingen te onderwerpen, zoals glazuren of zelfs coaten, om de werking onder bepaalde omstandigheden te verbeteren. Dergelijke verfijningen verhogen de waarde van de keramiek voor de beoogde toepassing in apparaten zoals medische apparatuur, elektronica of mechanische apparatuur.

Verschillende soorten aluminiumoxidekeramiek

Alumina-keramiek wordt in verschillende kwaliteiten gebruikt, afhankelijk van de zuiverheidsgraad. Deze kwaliteiten zijn 85% AS, 95% AS, 99% AS en 99,9% AS, een vervanging voor aluminiumoxide. De standaardvorm, dunheid en de mogelijkheid tot combinatie zorgen voor verschillende eigenschappen die elke kwaliteit geschikt maken voor diverse toepassingen.

• 85% Aluminiumoxide: De belangrijkste toepassing, zoals de naam al doet vermoeden, is in situaties waarin de goedkoopste oplossing vereist is en het object niet langdurig mee hoeft te gaan of aan chemicaliën hoeft te worden blootgesteld. Dit polymeer wordt veel gebruikt in elektrische isolatoren en in een breed scala aan industriële producten.

• 95% Aluminiumoxide: Deze kwaliteit is geschikt voor toepassingen die een hoge mate van slijtage vereisen, zoals snijgereedschappen, lagers en afdichtingen in pompen. Het biedt redelijke kosten en tegelijkertijd relatief efficiënte prestaties.

• 99% en 99.9% aluminiumoxide: Deze keramieksoorten met een hoge zuiverheidsgraad zijn bruikbaar in alle sectoren waar een hoge mate van hittebestendigheid en slijtvastheid noodzakelijk zijn, zoals bij chirurgische implantaten, vliegtuigen en geavanceerde elektronische apparatuur.

Toepassingen van aluminiumoxidekeramiek

Bron

Alumina-keramiek vindt toepassing in een breed scala aan industrieën vanwege zijn unieke eigenschappen van aluminiumoxidekeramiek:

• Elektronica: Het heeft uitstekende isolatie-eigenschappen en kan daarom uitstekend worden gebruikt bij het voorbereiden van elektronische substraten, onderdelen en isolatoren die geschikt zijn voor omstandigheden waarbij hoge spanningen vereist zijn.

Bron

• Medische implantatenOmdat aluminiumoxidekeramiek biocompatibel is, wordt het toegepast in orthopedische implantaten zoals heup- en knieprothesen. Door de slijtvaste eigenschappen is het materiaal ideaal voor gebruik in gewrichtsdelen.

• Lucht- en ruimtevaart: Alumina-keramiek wordt toegepast in de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar componenten hoge temperaturen en druk vereisen. Dankzij hun lichte gewicht en hoge sterkte kunnen ze worden gebruikt in toepassingen met hoge prestaties. Dankzij hun dunne wanden en hoge sterkte worden ze gebruikt in toepassingen met hoge vermogens.

• Snijgereedschappen: De generaal aluminiumoxide keramisch materiaal is vrij hard en daarom ideaal voor snijgereedschappen waarbij het belangrijk is dat het bestand is tegen slijtage, maar niet snel bot wordt.

• 3D-printen met keramiek: De technologische vooruitgang, met name de 3D-printtechnologie, heeft het mogelijk gemaakt om complexe keramische onderdelen van aluminiumoxide te maken die voorheen zeer moeilijk te vervaardigen waren. De toepassing van deze innovatie is vooral belangrijk als het gaat om het maken van individuele onderdelen voor de medische industrie, de industrie en de luchtvaart.

Voordelen en nadelen

Alumina-keramiek biedt verschillende voordelen, zoals:

• Hoge sterkte en hardheid: De relatief hoge dichtheid en het vermogen om de hardheid te behouden, zelfs bij hoge temperaturen, maken het ideaal voor veeleisende toepassingen.

• Chemische stabiliteit: Deze is bestand tegen erosie en daarom geschikt voor gebruik in chemische verwerkingsapparatuur.

• Thermische stabiliteit: Alumina verliest zijn structuur niet, zelfs niet bij blootstelling aan hoge temperaturen.

Er zijn echter ook enkele nadelen:

• Broosheid: Hoewel aluminiumkeramiek erg hard is, is het ook erg kwetsbaar. Het kan barsten als het wordt blootgesteld aan schokken.

• Hoge productiekosten: Als het materiaal in gebieden met hoge spanning gebruikt moet worden, is een hoge zuiverheid vereist productie van aluminiumoxidekeramiek kan duur zijn om te produceren vanwege de materiaalkosten en de gespecialiseerde bewerking die nodig is.

• Moeilijkheidsgraad bij het bewerken: Dit materiaal is erg hard en daardoor lastig te bewerken. Hierdoor zijn de productieprocessen van aluminiumoxide erg duur.

Wat is de toekomst van aluminiumoxidekeramiek?

Door toenemende technologische verbeteringen zal de toepassing van aluminiumoxidekeramiek waarschijnlijk toenemen, bijvoorbeeld in de hernieuwbare energiesector, vanwege de mogelijkheid om bij hoge temperaturen te werken.

Er wordt steeds meer geïnnoveerd om aluminiumoxidekeramiek goedkoop en efficiënt te produceren. Hierbij wordt gebruikgemaakt van technieken als additieve productie en 3D-printmethoden.

Bovendien zorgen de toenemende toepassing van groene technologie, waaronder batterijen die aluminiumoxide nodig hebben, en de duurzaamheid van de productie ervoor dat de vraag naar en het gebruik van aluminiumoxide toenemen.

Conclusie

Aluminiumoxidekeramiek is een van de meest fascinerende materialen die een oplossing biedt voor veel problemen in verschillende takken van de industrie. Dankzij de buitengewone eigenschappen en verdere ontwikkelingen in productieoplossingen zal aluminiumoxidekeramiek in de toekomst een kernmateriaal blijven voor technologische innovatie, industriële productie en hoogefficiënte technische toepassingen.