Al2O3 керамик нь хамгийн хатуу техникийн керамикуудын нэг бөгөөд Виккерсийн хатуулаг нь 16 ГПа-аас давна. Энэ нь 400 МПа-аас дээш нугалмын бат бөх чанартай бөгөөд хэт их элэгдэлтэй орчинд ажиллах үед хэмжээний хувирал багатайгаар илүү 10,000 цаг ажиллах боломжийг өгдөг тул үйлдвэрийн доорго ба хайчлах хэрэгслүүдэд ашигладаг.
2050°C-с дээш хайлах цэгтэй Al2O3 нь 1100°C температурт өрөөний температурын бат бөх чанарын 98%-ийг хадгалж чаддаг. Энэхүү дулааны тэсвэрт чадвар нь турбины хөдөлгүүр шиг 1000°C хүртэлх ажиллагааны температур ба 750 МПа-с давах орон нутгийн хүчлэлийг даах урт хугацааны дулааны ачаалалд нарийвчлалтай деталь хэрэгслүүдийг тэвчих боломжийг олгодог.
Al2O3 нь хүчтэй хүчилд 500 цагийн турш 0.1%-аас бага масс алдаж, цэвэрхэн гангаас коррозид тэсвэрт чанарын хувьд 300% илүү амжилттай. Химийн тогтвортой чанар нь Al2O3-г хүчтэй уусгацуур бодисуудад өртөмтгий полупроводник үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж болон өндөр цэвэршилттэй шингэний системд чухал хэрэгсэл болгож өгдөг.
2025 оны материал судлалын судалгаа Al2O3 нь анхны хүч чадлын 95%-ийг хадгалж, 20 удаагийн дулааны гэнэт хүйтнэрлийн цикл (ΔT=1000°C) -д тэсвэртэй байх чадварыг баталгаажуулсан. Керамик материалын бага дулааны задралын коэффициент (8.1×10⁻⁶/К) болон дунд зэргийн дулаан дамжуулалт (30 Вт/м·К) нь хурдан хөргөх үед микротрещин үүсэхээс сэргийлдэг.
Al2O3-ийн ихэнх компонентуудыг матрицан даралт ба керамик орлуулах хаягнарын арга замаар, энэ нь ерөнхийдөө CIM гэж товчилдог. Матрицан даралтын талаар ярихад, энэ нь маш цэвэр алуминийн порофорыг бүтээгдэхүүний эцсийн хэлбэрт ойролцоо болгох зорилгоор шахах үйл явцыг хэлнэ. Гэсэн хэдий ч керамик орлуулах хаягналт өөрөөр ажилладаг. Энэ аргаар үйлдвэрлэгчид бусад аргаар боломжгүй байх, дотор муруй, орчин үеийн загварчлалд түгээмэл тохиолддог маш нарийн ханын зэрэг олон төрлийн нарийн бүтэцтэй хэлбэрүүдийг үүсгэх боломжтой болдог. CIM-ийг онцлог бол термопластик холбоосыг маш жижиг хэмжээтэй алуминийн жижиг хэсгүүдтэй холих явдал юм. Үр дүнд нь бүтээгдэхүүн бүрэн боловсруулагдахаас өмнө хэмжээний нарийвчлалыг 0.3% хадгалдаг. Ийм нарийвчлал нь нарийн цэвэрлэх системтэй деталь эсвэл ажиллаж эхлэх өдрөөсөө бүрэн үйл ажиллагаагаа хангах шаардлагатай жижиг урсгалын сувгуудыг үйлдвэрлэхэд маш чухал.
Синтерлэх нь 15–20%-ийн ачлаастай холбоотой бөгөөд жигд бус нягтрал эсвэл фазын тогтворгүй байдлын эрсдэлийг үүсгэдэг. Үйлдвэрлэгчид 1600°C хүртэлх зэргэлдээ халаах горим болон циркониумаар легчлох замаар α-алюминийн фазыг тогтворжуулах арга хэмжээ авдаг. Хэсгийн хэмжээний тархалтыг оновчтой болгох нь харьцуулахад ивээн буултах магадлалыг 42% бууруулдаг байна.
Синтерлэсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг Ra-аас доош 0.8 μm гадаргуугийн төрхтэй болгохын тулд алмазан дискээр шлифовдог. Шинээр шлифовлох нь шинээр синтерлээгүй “бисквит” төстэй алумин дээр хийгдэж, материалгүй болгох хурдыг нэмэгдүүлдэг. Дэвшилтэт CNC шлифовын төхөөрөмжүүд оптикойн хэмжилтийн урвуу холбоог интеграцчилан 100 мм хэмжээтэй хэсгүүдийн хувьд ±2 μm байршилт нарийвчлалыг хадгалдаг бөгөөд энэ нь хагас дамжуулагчийн пластин ба лазерын хоолойн өнгөрүүлэгчид чухал ач холбогдолтой.
Дижитал гэрэл боловсруулах (DLP) технологийг ват фотополимержих соёст нэмж оруулснаар алуминийн оксидын бүтээгдэхүүний үйлдвэрлэлийн арга бүрэн өөрчлөгдсөн бөгөөд одоо 20 микрометрээс бага хэмжээтэй элементүүдийг үйлдвэрлэж чадаж байна. Эдгээр нэмэгдэх үйлдвэрлэлийн аргууд нь 60-аас 80 хувь хатуу бодис агуулсан тусгай найрлагатай керамик шороог ашигладаг. Энэ нь тор, дотор хаалттай хоолой мэтээр хэзээ ч конвенционал үйлдвэрлэлийн аргаар үйлдвэрлэх боломжгүй байсан нарийн бүтцийг үүсгэх боломжийг олгодог. Сүүлийн үеийн хөгжилд анхаарахад үйлдвэрлэгчид одоо 99.7 хувийн цэвэр алюминийн исэл агуулсан, гадаргуугийн төгсгөл нь 0.8 микрометр эсвэл түүнээс ч илүү сайн чанартай деталуудыг үйлдвэрлэж байна. Эдгээр үр дүн нь уламжлалт инжекцэн хаягдлын аргаар үйлдвэрлэсэн деталуудтай харьцуулахад сайн үр дүнтэй байдаг бөгөөд зарим тохиолдолд чанараараа түүнийг давамгайлдаг.
Нийлмэл шингэн буюруулах технологийн нарийн удирдлага болон хүчинтэй давхаргын засварыг хийхийн тулд хиймэл оюун ухааныг ашигласнаар орчин үеийн 3D хэвлэсэн алумин (alumina) ±0.1% хэмжээний хэмжээсийн нарийвчлалд хүрдэг. Нэмэлт үйлдвэрлэлийн арга зам нь хэрэгсэлийн элэгдлийн хувьсах байдлыг бүрэн арилгаж, бүтээлүүдийн дагуу <5 мкм-ийн байршлын давтамжийг хадгалж чаддаг. Судалгааны үр дүнгээр Al2O3 материалыг хэвлэхэд онолын нягтралын 98.5%-д хүрч, жижиг хэсгийн ангилах арга замыг сайжруулахад нь хүртэлх хугарлын тэсвэрт чадал 4.5 MPa·m¹/² хүртэл нэмэгддэг.
Шинэлэг буюруулах болон хайлуулах аргачлал нь шугаман агшилтыг 18–22%-оос доод талд 15%-иос бага болгож, нарийн бүтцийн дотор микроскопын трещиныг хамгийн ихээр багасгадаг. Хяналттай халаалтын хурд (1–3°C/мин) бүхий олон шатлалын дулааны горим нь механик бүтцийг хадгалж үлдээдэг. Судалгаагаар графен нэмсэн Al2O3 найрлагатай материал нь нугалмын хүчийг 34%-иар нэмэгдүүлж (480 МПа хүртэл), хэвлэсэн керамикийн өмнө нь илэрч байсан хэт хатуу байдлын хязгаарлалтыг үр дүнтэй шийддэг.
Алюминийн исэл нь хэр цэвэр байгаас шалтгаалан өөр өөр гажилтийн шинж чанартай байдаг. Хэт их хүнд төхөөрөмж эсвэл цахилгаан тусгаарлагч элементийн зэрэг ердийн хэрэглээнд 96%-ийн цэвэршилт хангалттай сайн ажилладаг бөгөөд энэ нь Виккерсын масштабаар ойролцоогоор 12 ГПа хатуулаг, метр Кельвин болон ойролцоогоор 18 Вт-ийн дулаан дамжуулах чадвар зэрэг шинж чанарыг үнэ болон тэнцвэртэйгээр хангана. Харин цэвэршилтийн түвшинг 99.7%-руу нэмэх үед хугарлын тэсвэрт чадал нь ойролцоогоор 30%-иар сайжрах бөгөөд ийм материалыг гадаргуугийн цэвэр байдлыг ихэд анхаардаг хагас дамжуулагчийн тоног төхөөрөмжинд ашиглахад тохиромжтой болгодог. Мөн 99.95%-ийн маш өндөр цэвэршилттэй хувилбарууд байдаг бөгөөд эдгээр нь хүчтэй pH-ийн нөхцөлд чиглэсэн коррозийн эсрэг тэсвэртэй байдаг бөгөөд оптик тунгалаг болох чадвартай болдог. Гэхдээ эдгээр топ түвшний материалыг хэт өндөр температурт шахалтанд оруулах шаардлага гардаг бөгөөд материал дахь үлдсэн нүхийг арилгахын тулд ихэвчлэн 1,700 хэм Целсиусын орчим температур шаардлагатай байдаг.
| Цэвэршилтийн зэрэг | Үндсэн үзүүлэлтүүд | Аж ахуйн өргөтгөлүүд |
|---|---|---|
| 96% | Зардлын хувьд үр дүнтэй, машинд боловсруулж боломжтой | Дамжуулагчийн буслах, шидэгч савны нүхнүүд |
| 99.7% | Өндөр цахилгаан тусгаарлах чадал, элэгдэл бага | Чөлөөт зайны камерууд, лазерын деталиуд |
| 99.95% | Биологийн идэвхгүй, <0.5% нүхтэй | Анагаах ухааны имплант, оптикийн суурь |
Тохиромжтой хөнгөн цагааны исэл-2-ийн зэрэглэлийг сонгох нь сайн ажиллах болон төсөвт тохирох зүйлийн хоорондох төгс тэнцвэрийг олоход оршино. Маш цэвэр 99.95% вариантын үнэ нь ердийн зэрэглэлүүдийнхээс дөрвөөс зургаан дахин илүү байдаг ч MEMS сенсоруудад микрон түвшинд маш нарийн нарийвчлал өгдөг. Өнгөрсөн жилийн судалгаа гайхамшигтай зүйл харуулсан: насосны герметикжүүлэгчид 96% алюминий оксид ашиглахад компаниуд дуусгах үйлдвэрлэлтийн зардлыг 40% хэмнэж, хэмжээсийг 5 микронаас доош хадгалж чадаж байсан. CNC шлифовкарын хэрэгслүүдийн хувьд 99.7% алюминий оксидыг циркониатай холих нь хагаралдах тэсвэрт чадлыг ихэсгэх бөгөөд халахыг хүртэл 1500 хэм Цельсий хүртэлх температурт тэсвэртэй байх чадварыг алдагдуулахгүй. Ийм төрлийн хослол нь үйлдвэрлэгчдэд үйл ажиллагааны шаардлагууд болон санхүүгийн хувьд ямар нь илүү тохиромжтой вэ гэдгийг үндэслэн материалуудаа зах зээлийнх болгон тохируулах боломжийг олгодог.
Алюминийн исэл (Al2O3) нь өнөөгийн үед механик системд ашиглагдаж буй боловсруулсан керамикийн ойролцоогоор 41%-ийг эзлэх бөгөөд зүйлс удаан үргэлжлэх шаардлагатай үйлдвэрийн хэрэглээнд хаан юм. Жишээ нь, 99,7% цэвэр алюминыг ашиглан үйлдвэрлэсэн цахилгааны изолятор нь температур 500 хэм Целсиуст хүрэх үед ч гэсэн миллиметрт 15 киловольтыг давах диэлектрик бат бэхийг тэвчих чадвартай. Мөн өндөр эргэлтийн тохитой машинд ажиллах үед цементжүүлсэн керамик дэвсгийг авч үзэхэд тэдгээрийн сталь хариугаасаа ойролцоогоор 80% бага элэгдэл үзүүлдэг. Хоёрдмол зүйлсийг боловсруулах үйлдвэрт хурд нь секундэд 12 метрээс давж, хоёрдмол шингэний урсгалд элэгдэлд тэсвэртэй байх шаардлагатай үед Al2O3 элэгдэлд тэсвэртэй хоолойнууд бараг үнэхээр өртөмжгүй юм.
Дэвсгэр байгууламжид үйлдвэрлэгчид тэдгээр жижиг гэхдээ маш чухал хэсгүүдийг үйлдвэрлэхэд ихээхэн цэвэр алюминийн оксид (al2o3) дээр илүү ихээр тулгуурладаг. Дискийг хөтлөх багаж хэрэгсэл нь ихэвчлэн al2o3-оос хийдэг бөгөөд гадаргууг маш гөлгөр, ойролцоогоор 0.1 микрометр Ra эсвэл түүнээс дээш хадгалдаг тул үйлдвэрлэлийн явцад бохирдуулагчдын чипийг гэмтээхээс сэргийлдэг. Вакуумын системийн хувьд al2o3 суурьтай нэвтрүүлгүүд 450 хэм хүртэл халаах үед ч 1e-9 мбар литр/секунд шиг маш бага хэмжээний зөөлөрлийг тэсвэрлэж чаддаг. Ийм чадвар нь цэвэрхэн өрөөнд цацрагийн экстрем хэт ягаан туяаг ашиглах боломжийг олгодог. Мөн саяхны үед энэ сайжирч байна. Атомын давхаргын нунтагжуулах машинд 99.95% цэвэр алюминийн оксидоор үйлдвэрлэсэн хэсгүүд халах, хөргөх мянган циклыг давтан тэсвэрлэж чадаж байгаа нь ийм хүнд нөхцөлд хэрэглэгдэж буй тоног төхөөрөмжийн найдвартай байдлыг хангахад том алхам болсон.
Салбарын тэргүүлэгч үйлдвэрлэгчид одоогоор нарийн төвөгтэй геометр дүрсийн хувьд шатаах үед деформацийг 30%-иар бууруулах зорилгоор машин сургалтыг нэмэх технологитой интеграци хийж байна. Холбох эрлийзийн процессийг AI-аар бодит цагт хянах нь 150 мм-ийн барьц дээр ±5 мкм нарийвчлалд хүрэх боломжийг олгох бөгөөд агаарын хөдөлгүүрт зориулсан керамик искэрийн массын тохируулгыг хийх боломжийг бүрдүүлдэг.
Алюминийн исэл нь тэр зузааны микрон түвшний нарийвчлалыг мэдээж харилах боломжтой ч, синтерлэх үедээ эзэлхүүнээ 15-20 хувийн хооронд багасгадаг асуудал үргэлж байсан. Ийм тогтворгүй байдал нь нарийвчлалын стандартыг хадгалахыг маш хэцүү болгож ирсэн. Амлахад сайн, дилатометрийн удирдлагаар хангасан шинэ печений технологи энэ асуудлыг шууд шийдвэрлэх болсон. Эдгээр системүүд материал халах үедээ жигд бус ашигладаг явдлыг тооцоолохын тулд маш ухаалгаар урьдчилан таамаглаж математик ашигладаг. Үүний үр дүнд HIP синтерлэх аргаар лазерын төхөөрөмжинд ашигладаг керамик савхыг үйлдвэрлэхэд 99.3%-ийн нарийвчлалд хүрсэн. Ямар ч боловч энэ нь төгс бус ч материалын чадавх ба бодит индустрийн орчинд бид юу хийхийг шаарддаг вэ гэдгийг нийлүүлэх чиглэлээр том ахиц болсон.
EN
