氧化鋁陶瓷特點(diǎn)與生產(chǎn)簡(jiǎn)介
摘要
高純度和普通型氧化鋁陶瓷的特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)，如高溫抗壓強(qiáng)度、硬度和耐磨性等。然后詳細(xì)描述了粉末制備、成型方法（包括注漿、擠壓、熱壓等）、燒結(jié)技術(shù)以及后續(xù)的精密加工步驟，如精密研磨、切割成型和表面處理。這些工藝使氧化鋁陶瓷適用于機(jī)械、電子和醫(yī)療領(lǐng)域的高精度應(yīng)用。
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第一部分：特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)
氧化鋁陶瓷主要分為高純型和普通型兩類。高純氧化鋁陶瓷材料的Al2O3含量在99%以上。由于其使用溫度高達(dá)1650℃甚至更高，抗壓強(qiáng)度Compressive Strength(20°C)達(dá)2000MPa，維氏硬度 (Hv50)15.7（Gpa），1600(Kg/mm2)等性能特點(diǎn)，被廣泛用于機(jī)械、化工、石油等行業(yè)制成各種機(jī)構(gòu)零部件；在電子工業(yè)中，它們可作為集成電路基板和高頻絕緣材料等。普通氧化鋁陶瓷根據(jù)Al2O3含量的不同分為98瓷、95瓷、90瓷和85瓷等，有時(shí)Al2O3含量在80%或75%的也歸入普通氧化鋁陶瓷系列。
- 硬度：莫氏硬度為9，僅次于金剛石（10），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過耐磨鋼和常見鋼材。
- 耐磨性優(yōu)異：耐磨性是錳鋼的266倍，是高鉻鑄鐵的171.5倍。根據(jù)我們十年來的客戶跟蹤調(diào)查，在相同工況條件下，設(shè)備使用壽命至少可延長(zhǎng)十倍以上。
- 重量輕：氧化鋁陶瓷密度為3.85g/cm3，僅為鋼鐵的一半，可大大減輕設(shè)備負(fù)荷。我司氧化鋁陶瓷的主要技術(shù)指標(biāo)：氧化鋁含量≥99%、密度≥3.85g/cm3、維氏硬度(Hv50)≥15.7(1600)Gpa(Kg/mm2)、抗壓強(qiáng)度≥2000MPa、斷裂韌性≥4MPa·m1/2、抗彎強(qiáng)度≥330MPa、熱導(dǎo)率27.5W/mK等。
其中99瓷氧化鋁陶瓷材料用于制作各種精密陶瓷結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，如陶瓷法蘭管、異形陶瓷結(jié)構(gòu)件和陶瓷保護(hù)套等。氧化鋁陶瓷主要用作耐腐蝕和耐磨零件。85瓷中常摻入部分滑石粉以提高其電性能和機(jī)械強(qiáng)度，可與鉬、鈮、鉭等金屬封接，有時(shí)用作電真空器件。
第二部分：粉末制備
氧化鋁粉末根據(jù)不同的產(chǎn)品要求和成型工藝制成粉末，粒徑在1μm以下。制造高純氧化鋁陶瓷不僅要求氧化鋁純度在99%以上，還需超細(xì)研磨和均勻粒度分布。采用擠出或注射成型時(shí)，需在粉末中加入10-30%的粘結(jié)劑和增塑劑，通常為熱塑性塑料或樹脂。有機(jī)粘結(jié)劑應(yīng)在150-200℃下與氧化鋁粉末混合，以便于成型操作。熱壓成型的粉末材料無需添加粘結(jié)劑。如果采用半自動(dòng)或全自動(dòng)干壓成型，對(duì)粉末有特殊要求。噴霧造粒需將粉末處理成球形以提高其流動(dòng)性，便于成型時(shí)自動(dòng)填充模壁。此外，為減少粉末與模壁的摩擦，還需加入1-2%的潤(rùn)滑劑，如硬脂酸或PVA等。
第三部分：成型方法
氧化鋁陶瓷的成型方法包括干壓、注漿、擠壓、冷等靜壓、注射、流延、熱壓和熱等靜壓等。近年來，又開發(fā)了一些成型技術(shù)，如壓濾成型、直接凝固成型、凝膠成型、離心注漿成型和自由固體成型等。不同形狀、尺寸、復(fù)雜形狀和精度的制品需要采用不同的成型方法。以下是常見成型方法的介紹：
冷等靜壓：在等靜壓工藝中，粉末從各個(gè)方向以相同的壓力進(jìn)行均勻壓制。這種均勻的壓力分布確保壓制出的陶瓷坯料具有一致的密度。均勻的密度有助于在燒結(jié)或熱等靜壓過程中保持一致的收縮率，從而最大程度地減少翹曲或變形。此外，通過等靜壓獲得的高坯料強(qiáng)度可以確保最終產(chǎn)品具備優(yōu)良的耐久性和性能。
第四部分：燒結(jié)技術(shù)
燒結(jié)是將粒狀陶瓷坯料致密化形成固態(tài)材料的技術(shù)。燒結(jié)過程將坯料中的孔洞、少量氣體和雜質(zhì)及有機(jī)物去除，使顆粒長(zhǎng)大并燒結(jié)而成。燒結(jié)常用電爐加熱。除了常壓燒結(jié)，還有熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)等。雖然連續(xù)熱壓燒結(jié)提高了產(chǎn)量，但設(shè)備和模具費(fèi)用高，且由于軸向加熱，制品長(zhǎng)度受限。目前，一些高附加值的氧化鋁陶瓷制品或國(guó)防所需特殊部件，如陶瓷軸承、反射鏡、核燃料及筒體制品等，多采用熱等靜壓燒結(jié)或高真空無壓燒結(jié)方法。
第五部分：后續(xù)加工
氧化鋁陶瓷經(jīng)過燒結(jié)后，需要進(jìn)行一系列精密加工步驟，以滿足各種高精度應(yīng)用需求。精密陶瓷的后續(xù)加工包括以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：
- 精密研磨與拋光：燒結(jié)后的氧化鋁陶瓷坯料需要經(jīng)過精密研磨和拋光，以達(dá)到所需的表面光潔度和尺寸精度。逐級(jí)進(jìn)行，從粗磨到細(xì)磨，再到最后的拋光。
- 精密切割與成型：根據(jù)客戶需求，燒結(jié)后的氧化鋁陶瓷可進(jìn)一步切割和成型為復(fù)雜的幾何形狀和精細(xì)結(jié)構(gòu)。激光切割的先進(jìn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，以確保切割精度和成品質(zhì)量。
- 檢測(cè)與質(zhì)量控制：加工后的精密陶瓷部件，為了確保產(chǎn)品質(zhì)量和性能，需要進(jìn)行多次檢測(cè)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制。常用的檢測(cè)方法包括尺寸測(cè)量、硬度測(cè)試和熱穩(wěn)定性測(cè)試等。在檢測(cè)過程中，使用專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備和工具，并遵循相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
通過這些精密加工步驟，氧化鋁陶瓷可以被制成滿足各種高技術(shù)要求的精密陶瓷部件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域。
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