صفحات سرامیکی آلومینا دارای خواص متعدد برجسته زیر هستند:
1. خواص مکانیکی
- سختی بالا: سختی صفحه سرامیکی Al2O3 تنها پس از تعداد معدودی مواد فوقالعاده سخت مانند الماس است و سختی موهس آن حدود 9 میباشد. بنابراین، این ماده دارای مقاومت عالی در برابر سایش است و در شرایط کاربردی که نیاز به مقاومت در برابر اصطکاک و سایش دارند عملکرد خوبی از خود نشان میدهد. به عنوان مثال، هنگامی که به عنوان قطعه مقاوم در برابر سایش در حوزه پردازش مکانیکی استفاده میشود، میتواند برای مدت طولانی وضعیت سطحی مناسبی را حفظ کند و به راحتی خراشیده یا ساییده نمیشود.
- استحکام بالا: مقاومت فشاری ورقهای سرامیکی آلومینایی نسبتاً زیاد است و قادر به تحمل بارهای فشاری قابل توجهی میباشد. این ورقها را میتوان در کاربردهایی مانند قطعات ساختاری که تحت بارهای سنگین قرار دارند به کار برد و پایداری سازه را تحت تنش تضمین نمود. در همین حال، استحکام خمشی آن نیز میتواند نیازهای بسیاری از شرایط کاری را برآورده کند و به ندرت دچار تغییر شکل خمشی یا حتی شکست میشود.
2. خواص حرارتی
- مقاومت در برابر دمای بالا: این ماده میتواند در محیطهای با دمای بسیار بالا به طور پایدار کار کند و عموماً قادر به تحمل دماهایی تا 1600 درجه سانتیگراد یا حتی بیشتر است. بنابراین، اغلب در آستر کورههای دمای بالا، لولههای دمای بالا و سایر محیطهای صنعتی با دمای بالا استفاده میشود. در شرایط دمای بالا نیز همچنان میتواند یکپارچگی ساختاری و پایداری عملکرد خود را حفظ کند.
- هدایت حرارتی بالا: این ماده دارای توانایی نسبتاً خوبی در هدایت گرما است و میتواند به سرعت گرما را منتقل کند، که باعث برتری آن در کاربردهای مرتبط با پراکندگی گرما میشود، مانند صفحات پراکندهکننده گرما در دستگاههای الکترونیکی، که به پراکندگی به موقع گرما کمک میکند و از کاهش عملکرد یا آسیب دیدن تجهیزات به دلیل گرمای بیش از حد جلوگیری میکند.
- پایداری حرارتی خوب: هنگامی که با تغییرات ناگهانی دما مواجه میشوند، ورقههای سرامیکی آلومینایی مستعد آسیب ناشی از تنش حرارتی مانند ترک خوردن نیستند، بدین معنا که مقاومت خوبی در برابر ضربه حرارتی دارند. این امر به آنها اجازه میدهد تا در محیطهای کاری با تغییرات مکرر دما سازگار شوند.
3. خواص الکتریکی
- عایقبندی خوب: این ماده یک عایق الکتریکی عالی است که دارای مقاومت بسیار بالایی است و بهطور مؤثر جریان الکتریکی را قطع میکند. در حوزه الکترونیک و لوازم برقی، اغلب برای ساخت قطعات عایق استفاده میشود، مانند واشرهای عایقی تجهیزات برقی با ولتاژ بالا که ایمنی استفاده از تجهیزات برقی را تضمین کرده و از نقصهای الکتریکی مانند نشتی جلوگیری میکند.
4. خواص شیمیایی
- پایداری شیمیایی قوی: این ماده در برابر خوردگی اسیدها و بازها مقاوم است و تحمل عالی در برابر اکثر مواد شیمیایی را دارد. در صنایع شیمیایی و دارویی، حتی هنگام تماس با انواع مواد شیمیایی مختلف، میتواند عملکرد و ساختار خود را بهمدت طولانی حفظ کرده و بدون آسیب باقی بماند و بهعنوان ظروف مقاوم در برابر خوردگی، روکش لولهها و سایر قطعات استفاده شود.
-
کاربردهای اصلی ورقهای سرامیکی آلومینا: با توجه به خواص ذکر شده، ورقهای سرامیکی آلومینا بهطور گسترده در حوزههای مختلفی از جمله صنعت، الکترونیک و مراقبتهای پزشکی استفاده میشوند. کاربردهای نمونه به شرح زیر است:
۱. حوزه مقاوم در برابر سایش صنعتی
- معادن/مصالح ساختمانی: از آن در آسترهای دستگاههای خردایش، لایههای داخلی لولههای انتقال و رسانههای آسیاب در آسیاب گلولهای استفاده میشود که با کاهش سایش ذرات سنگآهن و سیمان روی تجهیزات، عمر مفید تجهیزات را ۳ تا ۵ برابر افزایش میدهد.
- پردازش مکانیکی: به عنوان نوارهای مقاوم در برابر سایش برای راهنمای دستگاههای ابزار و سر ابزارها (در ترکیب با بستر فلزی)، دقت برش و دوام ابزار را بهبود میبخشد.
- انرژی نو: در طول فرآیند عملیات حرارتی مواد کاتدی باتری لیتیومی، به عنوان لایه داخلی کوره و صفحه پخت استفاده میشود، که در برابر دمای بالا و خوردگی پودر مقاوم است و از آلودگی توسط ناخالصیها جلوگیری میکند.
۲. حوزه الکترونیک و مهندسی برق
- الکترونیک قدرت: به عنوان زیرلایه عایق برای ماژولهای IGBT و تریستورها، دارای همزمان عایق بودن بالا و هدایت حرارتی مناسب (که به پراکندگی گرما کمک میکند) است و جایگزین سرامیک نیترید آلومینیوم سنتی (با هزینه پایینتر) شده است.
- اجزای الکترونیکی: در پوسته خازنهای سرامیکی و بسترهای بستهبندی مدارهای مجتمع استفاده میشود و از پایداری شیمیایی آن برای جداسازی رطوبت و ناخالصیها استفاده میکند تا قابلیت اطمینان بلندمدت قطعات تضمین شود.
- تجهیزات فشار قوی: به عنوان عایقهای فشار قوی و اجزای محفظه خاموشکننده قوس سوئیچ خلاء، قادر به تحمل ولتاژهای بالای ۱۰ کیلوولت است و در محیطهای مرطوب عملکرد عایقی خود را از دست نمیدهد.
3. محیطهای با دمای بالا و خورنده
- متالورژی: به عنوان لایه داخلی صفحات مسی در قالب ماشینهای ریختهگری مداوم فولاد و آجرهای مقاوم در کورههای ذوب فلزات غیرآهنی، در برابر خوردگی و سایش دمای بالای فولاد مذاب/آلومینیوم مذاب مقاومت میکند.
- صنعت شیمیایی: از آن به عنوان لایه داخلی مخازن واکنش و حامل کاتالیزورها استفاده میشود. این ماده در محیطهای اسید قوی (مانند اسید سولفوریک، اسید نیتریک) و باز قوی (مانند سدیم هیدروکسید) پایدار باقی میماند و با مواد واکنشدهنده واکنش شیمیایی نمیدهد.
- حفاظت از محیط زیست: به عنوان لایه داخلی دودکش بخشهای سوزاندن پسماند و لایه ضد خوردگی برجهای دیسولفوره، قادر است دمای 800 تا 1000 درجه سانتیگراد و همچنین خوردگی ناشی از گاز دود حاوی گوگرد را تحمل کند.
4.حوزههای پزشکی و دقیق
- تجهیزات پزشکی: از این مواد برای ساخت مفاصل مصنوعی (مانند روکش مفصل ران) و پایههای ایمپلنت دندانی استفاده میشود. با استفاده از سازگاری زیستی (غیرسمی و بدون ایجاد واکنش طرد) و مقاومت در برابر سایش، عمر مفید آنها میتواند به 15 تا 20 سال برسد.
- اندازهگیری دقیق: به عنوان پایه بلوکهای کالیبراسیون و گیجها، ضریب انبساط کم آن تضمین میکند که خطای دقت ابعادی در تغییرات دما بیش از 0.001 میلیمتر نباشد و نیازهای اندازهگیری در سطح میکرومتر را برآورده کند.
جدول پارامترهای محصول
| ماده شیمیایی اصلی |
|
|
Al₂O₃ |
Al₂O₃ |
Al₂O₃ |
| چگالی حجمی |
|
گرم بر سانتیمتر مکعب |
3.6 |
3.89 |
3.4 |
| حداکثر دمای مجاز استفاده |
|
|
1450°C |
1600°C |
۱۴۰۰°C |
| جذب آب |
|
% |
0 |
0 |
< 0.2 |
| مقاومت خمشی |
20 درجه سانتی گراد |
MPa (psi x 10³) |
358 (52) |
550 |
300 |
| ضریب انبساط حرارتی |
25 - 1000°C |
1×10⁻⁶/°C |
7.6 |
7.9 |
7 |
| ضریب هدایت حرارتی |
20 درجه سانتی گراد |
وات/متر.کلوین |
16 |
30.0 |
18 |



