Al2O3 keramikası ən sert texniki keramikaya aiddir və Vikers sərtliyi 16 GPa-dan çoxdur. O, ətraf mühitin temperaturunda 400 MPa-dan yuxarı eğilme möhkəmliyini saxlayır və yüksək aşınma şəraitində minimal ölçülü dəyişikliklə 10 000 saatdan artıq iş vaxtı təmin edən sənaye yataqları və kəsici alətlər üçün imkan yaradır.
2050°C-dən yuxarı ərimə temperaturuna malik Al2O3, 1100°C-də otaq temperaturundakı möhkəmliyinin 98%-ni saxlayır. Bu termiki davamlılıq, iş temperaturunun 1000°C-ə, lokal gərginliklərin isə 750 MPa-dan çox olduğu turbin mühərrikləri kimi tətbiq sahələrində dəqiq komponentlərin uzunmüddətli isti yükləri dözə bilməsini təmin edir.
Al2O3 qatı turşulara 500 saat müddətində təsirləndikdən sonra 0,1%-dən az kütlə itkisi göstərir və paslanmayan poladdan korroziyaya qarşı davamlılıqda 300% yaxşı performans göstərir. Kimyəvi sabitliyi onu yarımkeçirici istehsal avadanlıqları və kəskin udmağa məruz qalan yüksək təmizlikli kimyəvi təchizat sistemləri üçün zəruri edir.
2025-ci ilin materiallar üzrə tədqiqatı Al2O3-nin orijinal möhkəmliyinin 95%-ni saxlayarkən 20 istilik şoku siklini (ΔT=1000°C) dözə bilmə qabiliyyətini sənədləşdirir. Keramikanın aşağı istilik genişlənmə əmsalı (8,1×10⁻⁶/K) və orta istilik keçiriciliyi (30 Vt/m·K) sürətli soyutma zamanı mikroçatışmaların yaranmasını qarşısını almaq üçün birgə işləyir.
Əksər Al2O3 komponentləri ya matris presləmə üsulları ilə, ya da adətən CIM qısaltması ilə işarələnən keramik inyeksiya kalıplaması ilə hazırlanır. Matris presləmədən danışarkən, bu, son istifadə üçün demək olar ki, hazır olan formalara çox təmiz alümina tozunun sıxılması nəzərdə tutulur. Keramik inyeksiya kalıplama isə fərqli şəkildə işləyir. Bu metod istehsalçıların digər üsullarla mümkün olmayan, daxili rezbarlar və müasir dizaynlarda tez-tez rast gəlinən çox nazik divarlar kimi mürəkkəb formalar yaratmasına imkan verir. CIM-in xüsusi cəhəti termoplastik bağlayıcıların ultra ince alümina hissəcikləri ilə qarışdırılmasında saxlanılır. Nəticə? Tam emal olunmadan əvvəl belə ölçülərin təxminən 0,3% dəqiqliklə saxlanmasıdır. Detallı soyutma sistemləri və ya birinci gündən mükəmməl işləməli olan kiçik maye kanalları hazırlayan komponentlər üçün bu səviyyədə dəqiqlik böyük əhəmiyyət daşıyır.
Sinterləşdirmə, əhəmiyyətli dərəcədə kiçilməyə (15–20%) səbəb olur və bərabərsiz sıxlığa və ya fazanın qeyri-sabitliyinə səbəb ola bilər. İstehsalçılar bu problemləri 1600°C-ə qədər tədrici qızdırma rejimləri ilə və α-alüminanın sabitləşdirilməsi üçün zirkoniya legirləməsi ilə həll edirlər. Zərrəcik ölçülərinin paylanmasının optimallaşdırılması konvensional yanaşmalara nisbətən burulmanın 42% azaldılması göstərmişdir.
Sinterləşdirmədən sonra olan komponentlər 0,8 μm Ra-dan aşağı səth emal keyfiyyəti əldə etmək üçün almaz tekerlə şpilə emalına məruz qalır. Yaş maşin emalı — sintersiz "biq" alümina üzərində aparılır — materialın daha sürətli çıxarılmasına imkan verir. İnkişaf etmiş CNC şpilə stansiyaları 100 mm ölçülərdə ±2 μm mövqe dəqiqliyini saxlamaq üçün optik ölçü feedback-ini inteqrasiya edir, bu da yarımkeçirici lövhə çəngəlləri və lazer borusu yastıqları üçün vacibdir.
Digital işıq emalı (DLP) texnologiyasının vat fotopolimerləşdirməyə əlavə edilməsi alümina məhsullarının istehsal üsulunu əsaslı dərəcədə dəyişib və bu, 20 mikrometrdən kiçik detalların alınmasına imkan verir. Bu əlavə istehsal metodları 60-dan 80-ə qədər % bərk maddə ehtiva edən xüsusi keramik süspansiyalarla işləyir. Bu isə konvensional istehsal üsulları ilə əldə edilə bilməyən lattis strukturları və daxili kanallar kimi mürəkkəb həndəsi formaların yaradılmasına imkan verir. Son zamanlarda bu sahədə olan inkişaflara baxdıqda, istehsalçılar indi səth örtüyünün hamarlığı 0,8 mikrometr və ya daha yaxşı olan 99,7% təmiz alüminium oksiddən hazırlanan komponentlər istehsal edirlər. Bu nəticələr ənənəvi enjeksiya kalıplama prosesləri ilə hazırlanmış hissələrlə müqayisədə hətta bəzən keyfiyyət baxımından onları da üstələyir.
Dəqiq karxanın reologiyasının idarə edilməsi və İA-assistli təbəqə kompensasiyası sayəsində müasir 3D çaplı alyumina ±0.1% ölçülü dəqiqliyinə əldə edir. Additiv proseslər alət aşınması dəyişkənliyini aradan qaldırır və tikililər üzrə <5 μm mövqe təkrarlanabilirləyini saxlayır. Tədqiqatlar çap edilmiş Al2O3-nin nəzəri sıxlığın 98,5%-inə çatdığını və hissəciklərin dərəcələndirilməsinin optimallaşdırılması sayəsində partlamaya davamlılığın 4,5 MPa·m¹/²-ə qədər artırıldığını göstərir.
İnovativ dezaktivasiya və sintez protokolları xətti büzülməni 18–22% -dən 15% -dən aşağı səviyyəyə endirir və nazik strukturlarda mikroçatışmaların yaranmasını minimuma endirir. Nəzarətli qızdırma sürətləri (1–3°C/dəq) ilə çoxmərhələli istilik profilləri mexaniki bütövlüyü qoruyur. Tədqiqatlar qrafinlə modifikasiya edilmiş Al2O3 tərkiblərinin əyilmə möhkəmliyini 34% artıraraq (480 MPa-ə çataraq) çap edilmiş keramikanın tarixi naziklik məhdudiyyətlərini səmərəli şəkildə həll etdiyini göstərir.
Alüminium oksidin işləmə xarakteristikaları həqiqətən də onun nə qədər təmiz olduğundan asılıdır. Aşınma lövhələri və ya izolyasiya elementləri kimi sadə tətbiqlər üçün 96% təmizlik dərəcəsi, Vikerс şkalasında təxminən 12 GPa sərtliyi və təxminən 18 Vt/m·K olan yaxşı istilik keçiriciliyi kimi xassələrlə balans saxladığı üçün kifayət qədər yaxşı işləyir. 99,7%-ə qədər yüksək təmizlik səviyyəsinə keçəndə, çatlamaya qarşı müqavimətdə təxminən 30% qədər hiss olunan bir yaxşılaşma baş verir. Bu, səth təmizliyinin böyük əhəmiyyət kəsb etdiyi yarımkeçirici emal avadanlıqları kimi sahələrdə bu materialları xüsusilə uyğun edir. Bundan sonra 99,95% təmizlik səviyyəsində ultra yüksək təmizlik növləri var ki, bunlar optik şəkildə yarımköhnələnə bilər və hətta şiddətli pH şəraitində belə korroziyaya davamlıdır. Bununla belə, bu ən yuxarı dəstə materialların strukturunda qalan bütün gözenekləri aradan qaldırmaq üçün adətən 1700 dərəcə Selsi ilə yaxın sintezləmə temperaturları tələb olunur.
| Təmizlik Dərəcəsi | Əsas xüsusiyyətlər | Sənaye tətbiqetmələri |
|---|---|---|
| 96% | Sərfəli, emal edilə bilən | İzolyatorlar, püskürmə nozzlları |
| 99.7% | Yüksək dielektrik möhkəmliyi, aşağı aşınma dərəcəsi | Vakuum kameranlar, lazer komponentləri |
| 99.95% | Bioloji inert, <0,5% gözeneklilik | Tibbi implantlar, optik substratlar |
Uyğun alüminium oksid dərəcəsinin seçilməsi, yaxşı işləməsi ilə büdcəyə uyğun olma arasında optimal nöqtəni tapmaqla bağlıdır. Ultra təmiz 99,95% variantı adi sortlara nisbətən təxminən dörd ilə altı dəfə bahalıdır, lakin MEMS sensorlarına mikron səviyyəsində qeyri-adi dəqiqlik verir. Keçən il aparılan son araşdırma maraqlı bir faktı da ortaya qoydu: nasos tıxanclarında 96% alümina istifadə edərkən şirkətlər son emal xərclərində təxminən 40% yanaşır və eyni zamanda ölçüləri beş mikrondan az saxlayır. CNC üzləmə alətləri baxımından 99,7% alüminium oksidi zirkoniya ilə qarışdırmaq bu alətləri çatlamalara qarşı daha möhkəm edir və hərarətdən (bəzən 1500 dərəcə Selsiyə qədər) təsirlənməsini maneə törətmir. Belə kombinasiya istehsalçıların materiallarını operativ ehtiyaclarına və maliyyə baxımından konkret vəziyyətlərinə uyğun şəkildə fərdiləşdirmələrinə imkan verir.
Ən çox dayanıqlılıq tələb olunan sənaye tətbiqlərində alüminium oksid (Al2O3) bu gün maşın sistemlərində istifadə olunan bütün inkişaf etmiş keramikaların təxminən 41%-ni təşkil edərək liderdir. Məsələn, 99,7% təmizliyə malik alümina ilə hazırlanmış elektrik izolyatorları temperatur 500 dərəcə Selsi dərəcəsinə çatdıqda belə millimetrə 15 kilovoltdan çox dielektrik möhkəmliyi saxlaya bilir. Həmçinin, yüksək dövrlərdə işləyən maşınlarda polad analoqlarına nisbətən təxminən 80% daha az aşınma göstərən sintezləşdirilmiş keramik yastıqları da unudulmamalıdır. Borular daxilində saniyədə 12 metrdən çox sürətlə hərəkət edən aşındırıcı qarışıqlarla məşğul olan kimyəvi emal müəssisələri üçün isə Al2O3 aşınmayaqarşı halqalar praktiki olaraq əvəzolunmazdır və heç bir aşınma əlaməti göstərmirlər.
Yarımkondensatorlarda istehsalçılar bu qədər kiçik, lakin vacib hissələrin hazırlanmasında çox təmiz alumina materialına güvənirlər. Lövhələri idarə etmək üçün istifadə olunan alətlər tez-tez Al2O3-dən hazırlanır, çünki səthi 0,1 mikrometr Ra və ya daha yaxşı dərəcədə hamar saxlayır və bu da çiplərin istehsalı zamanı çirkləndiyini aradan qaldırır. Vakuum sistemləri üçün Al2O3 əsaslı keçidlər 450 dərəcə Selsi dərəcəsində qızdırıldığında belə 1e-9 mbar litr saniyə kimi çox aşağı sızma sürətinə dözümlü olur. Bu performans hətta təmiz otaqlarda ekstremal ultrabənövşəyi litografiyanın mümkün olmasını təmin edir. Son zamanlarda isə vəziyyət daha da yaxşılaşıb. 99,95% təmizlikli alumina ilə hazırlanan komponentlər atom qatı çöküm maşınlarında minlərlə qızdırma və soyutma siklinə tab gətirir və bu, bu cür yüksək tələblər qoyan tətbiqlərdə etibarlılığın əhəmiyyətli dərəcədə artırılması deməkdir.
Aparıcı istehsalçılar indi mürəkkəb həndəsədə sinterləşmə deformasiyalarını 30% azaltmaq üçün maşın öyrənməsini additiv istehsalatla birləşdirirlər. Bağlayıcı püskürtmə prosesinin real vaxt rejimində süni intellekt tərəfindən izlənilməsi 150 mm ölçülü konstruksiyalarda ±5 μm ölçü dəqiqliyinə nail olur və kosmik təyyarələrin keramik alovlandırıcı nüvələrinin kütləvi şəkildə personalizasiyasına imkan verir.
Alüminium oksid həqiqətən də mikron səviyyəsindəki dar toleranslara dözə bilir, lakin sintezləmə zamanı təxminən 15-dən 20 faizə qədər olan büzülmə ilə əlaqədar həmişə bir problem olub. Belə nisbətsizlik materialların dəqiqlik standartlarını saxlamasını çətinləşdirir. Təbii ki, dilatometriya idarəetməsi ilə təchiz edilmiş yeni peç texnologiyası bu problemi birbaşa həll etməyə başlayıb. Bu sistemlər materialların qızdıqca bərabərsiz şəkildə necə büzüldüyünü proqnozlaşdırmaq üçün olduqca ağıllı riyaziyyatdan istifadə edir. Nəticədə, istehsalçılar HIP sintezləmə prosesləri vasitəsilə lazer kəsmə avadanlıqlarında istifadə olunan keramik nozulların hazırlanmasında təxminən 99,3% dəqiqliyə nail olublar. Heç vaxt mükəmməl olmasa da, bu inkişaf materialların edə biləcəyi ilə real sənaye şəraitində bizim onlardan gözlədiyimiz arasında uyğunluq yaratmağa yönəlmiş böyük irəliləyiş hesab olunur.
EN
