Основные технологические процессы производства керамических изделий из оксида алюминия
Изделия из оксида алюминия широко используются в электронной, тепловой, механической и высокотемпературной областях благодаря своим превосходным электроизоляционным свойствам.
Механическая прочность, износостойкость и термическая стабильность. Однако эксплуатационные характеристики и надежность компонентов из оксида алюминия определяются не только чистотой материала. Процесс производства играет решающую роль в определении конечных свойств, стабильности размеров и долговременной работоспособности.
В данной статье рассматриваются основные процессы производства изделий из оксида алюминия, объясняется, как выбираются различные технологии формования, спекания и механической обработки в зависимости от геометрии изделия, его размеров, требований к допускам и условий применения.
Для получения общего представления о керамических материалах на основе оксида алюминия, их свойствах и областях применения, пожалуйста, обратитесь к нашему основному руководству:Всё, что вам нужно знать об глиноземной керамике.
Обзор технологического процесса производства керамики из оксида алюминия.
Производство изделий из оксида алюминия обычно состоит из трех ключевых этапов:
▪ Формирование– придание порошку оксида алюминия формы заготовки.
▪ Спекание– уплотнение сырого тела при высокой температуре
▪ Механическая обработка и чистовая обработка– достижение окончательных размеров и качества поверхности
Среди этих этапов формование является основой всего процесса. Выбранный метод формования определяет возможные геометрические формы, внутреннюю однородность, достижимые допуски и себестоимость производства. Затем спекание и механическая обработка уточняют свойства материала и точность размеров.
Процессы формования керамики из оксида алюминия
Алюмокерамика может быть сформирована с использованием различных технологий формования в зависимости от геометрии детали, размера, толщины стенок, допусков на размеры и требований к применению. В практическом производстве выбор процесса формования представляет собой баланс между осуществимостью проекта, требованиями к производительности, объемом производства и экономической эффективностью.
В следующих разделах представлены основные процессы формования, используемые для изготовления изделий из оксида алюминия, и типы компонентов, для которых они лучше всего подходят.
1. Сухое прессование
Сухое прессование — один из наиболее распространенных процессов формования керамических компонентов из оксида алюминия с относительно простой геометрией. Гранулированный порошок оксида алюминия уплотняется в жесткой металлической матрице под высоким давлением для получения деталей, близких к окончательной форме.
Типичные продукты сухого прессования
▪ Керамические шайбы и прокладки
▪Плоские пластины и диски
▪Простые электронные изоляционные компоненты
▪Конструкционные элементы с равномерной толщиной
При выборе режима сухого прессования
▪Высокообъемное производство
▪Простые формы с ограниченным диапазоном изменения высоты
▪Хорошая однородность толщины
▪Приложения, чувствительные к стоимости
2.Холодное изостатическое прессование (ХИП)
Холодное изостатическое прессование (ХИП) предполагает равномерное давление во всех направлениях с использованием гибкой формы, что приводит к более высокой плотности заготовки и лучшей внутренней однородности по сравнению с одноосным прессованием.
ТипичныйЦИППродукты
▪Стержни из оксида алюминия
▪Толстостенные трубы
▪Крупные или массивные конструктивные элементы
При выборе ЦИП
▪Более толстые поперечные сечения
▪Повышенные требования к механической прочности
▪Сниженный риск внутренних дефектов
3. Экструзия
Экструзия используется для производства керамических компонентов из оксида алюминия с постоянным поперечным сечением путем продавливания пластифицированного керамического материала через фасонную матрицу. Этот процесс особенно подходит для изготовления длинных или непрерывных деталей.
Типичные изделия, изготовленные методом экструзии.
▪Трубки из оксида алюминия
▪Длинные керамические стержни
▪Многодырочные трубки
▪Трубы с непрерывной изоляцией
При выборе экструзии
▪Длинномерные детали
▪Полые или многоканальные геометрии
▪Стабильные поперечные профили
4. Литье керамики под давлением (ЦИМ)
Литье керамики под давлением (ЦИМ) сочетает мелкодисперсный порошок оксида алюминия с органическими связующими и впрыскивает смесь в прецизионные формы, что позволяет производить керамические компоненты сложной формы с высокой повторяемостью.
Типичные продукты ЦИМ
▪Небольшие детали из глиноземной керамики сложной формы.
▪Прецизионные электронные керамические компоненты
▪Тонкостенные конструкционные элементы
При выборе ЦИМ
▪Сложные геометрические формы, которые трудно обрабатывать на станке.
▪Жесткие допуски по размерам после спекания
▪Средние и высокие объемы производства
5. Литье в шликер.
Шликерное литье — это процессы формования, основанные на использовании жидких керамических суспензий. Эти методы особенно подходят для крупных, длинных или толстостенных компонентов из оксида алюминия, где использование жесткой оснастки нецелесообразно.
Типичныйлитье в формуПродукты
▪Трубки для защиты от высоких температур
▪Печные трубы
▪Защитные трубки для термопар
▪Длинные керамические трубки из оксида алюминия с толстыми стенками
Когда Выбран метод литья в шликерные формы.
▪Большие габариты или большая длина
▪Толстостенные конструкции
▪Условия эксплуатации при высоких температурах
▪Низкие и средние объемы производства
6. Ленточное литье
Ленточное литье — это процесс формования, используемый для изготовления тонких плоских листов из оксида алюминия путем нанесения керамической суспензии на движущуюся несущую поверхность с последующей контролируемой сушкой.
Типичные продукты для ленточного литья
▪Алюмокерамические подложки
▪Тонкие керамические пластины
▪Плоские электронные изоляционные листы
При выборе функции трансляции на ленту
▪Тонкие и плоские компоненты
▪Жесткие требования к допускам по толщине
▪Применение в электронных и силовых устройствах
Обзор выбора процесса формования
| Процесс формирования | Стоимость оснастки | Типичные продукты | Производственные затраты |
| Сухое прессование | Середина | Шайбы, пластины, простые изоляторы | Низкий |
| ЦИП | Низкий | Стержни, толстостенные трубки, цельные детали | Середина |
| Экструзия | Середина | Трубки, стержни, многоотверстные трубки | Середина |
| ЦИМ | Высокий | Мелкие детали сложной формы | Средний до высокого |
литье в форму | Низкий | Защитные трубки для высоких температур, длинные трубки | Середина |
| Запись на пленку | Середина | Подложки, керамические пластины | Низкий до среднего |
Следует отметить, что пригодность для производства в больших объемах тесно связана с требованиями к оснастке. Процессы, требующие жесткой оснастки, как правило, более экономичны для средне- и крупносерийного производства, в то время как гибкие методы формования, такие как экструзия, шликерное литье и ленточное литье, обеспечивают большую масштабируемость от малых до больших партий.
Выбор температуры спекания и параметров процесса тесно связан с внутренними свойствами материала.Оксид алюминия (Аль₂O₃)включая плотность, структуру зерен и диэлектрические характеристики.
Процесс спекания керамики из оксида алюминия
Спекание является важнейшим этапом в производстве керамических изделий из оксида алюминия. В ходе этого процесса сформированные заготовки нагреваются до высоких температур, что позволяет частицам оксида алюминия связываться друг с другом посредством твердотельной диффузии и образовывать плотную керамическую структуру.
Благодаря правильному спеканию, компоненты из оксида алюминия обладают следующими свойствами:
▪Высокая плотность и низкая пористость
▪Улучшенная механическая прочность
▪Стабильные тепловые и электрические свойства
Ключевые факторы спекания керамики из оксида алюминия
1. Температура спекания
Выбор материала зависит от чистоты оксида алюминия, размера частиц и геометрии изделия. Для получения оксида алюминия более высокой чистоты обычно требуются более высокие температуры спекания.
2. Время удержания
Достаточное время выдержки обеспечивает равномерное уплотнение. Недостаточное время может привести к остаточной пористости, а чрезмерное — к аномальному росту зерен.
3. Скорость нагрева и охлаждения
Контролируемое изменение температуры имеет важное значение для минимизации термических напряжений, деформации или растрескивания, особенно для длинных труб и толстостенных деталей.
4. Контроль атмосферы
Большинство керамических материалов на основе оксида алюминия спекаются на воздухе. В некоторых электронных устройствах для обеспечения стабильных электрических характеристик может потребоваться контролируемая атмосфера.
Качество спекания напрямую влияет на плотность, структуру зерен, стабильность размеров и долговременную надежность, что делает его столь же важным, как и чистота самого материала.
Помимо параметров обработки, выбранные глиноземная керамика Это существенно влияет на поведение при спекании и конечные свойства. Для получения более чистых марок оксида алюминия, как правило, требуются более высокие температуры спекания, достигается более высокая плотность и лучшая однородность роста зерен, что, в свою очередь, приводит к улучшению конечных характеристик в термических, механических и электрических приложениях.
Типичные операции механической обработки
Шлифовка –достижение точных внешних диаметров, плоскостности и параллельности
Притирка и полировка –улучшение качества поверхности и её плоскостности
Бурение и прорезка пазов –создание отверстий или функциональных элементов с минимальным количеством сколов
Стратегия обработки и соображения по стоимости
Обработка керамики из оксида алюминия значительно более трудоемка и дорогостояща, чем обработка металлов. Поэтому стратегии производства обычно направлены на:
▪Максимальная точность формования
▪Минимизировать удаление материала после спекания.
▪Сбалансируйте требования к допускам с экономической эффективностью.
Такие конструктивные решения, как равномерная толщина стенок, разумные допуски и отсутствие острых внутренних углов, помогают улучшить обрабатываемость и снизить общую себестоимость производства.
Интеграция производственных процессов
Конечное качество изделий из глиноземной керамики определяется не каким-либо одним этапом, а комплексом процессов формования, спекания и механической обработки.
▪Формирование определяет осуществимость формы и внутреннюю однородность.
▪Спекание обеспечивает сохранение свойств материала и его размерной стабильности.
▪Механическая обработка обеспечивает функциональную точность и качество поверхности.
Оптимизация этих процессов в рамках всей производственной цепочки позволяет керамическим компонентам из оксида алюминия демонстрировать стабильные характеристики в сложных промышленных, электронных и высокотемпературных условиях эксплуатации.
Изделия из оксида алюминия. Для удовлетворения практических потребностей проектирования и производства компания Маскера предлагает широкий ассортимент изделий из оксида алюминия, включая стандартные формы и компоненты, изготовленные по индивидуальному заказу. Наш ассортимент продукции включает подложки, трубки, стержни, пластины и износостойкие детали, предназначенные для электронных, тепловых и механических применений.
🔗 Ознакомьтесь с нашим ассортиментом керамических изделий из оксида алюминия.
