Ikut saya:
Panduan Terbaik untuk Bahan Galas Seramik
Bahan seramik digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang kerana sifat uniknya seperti kekuatan tinggi, kekerasan yang tinggi, rintangan haus dan kestabilan suhu tinggi. Contohnya, kajian menunjukkan bahawa galas seramik penuh berfungsi lebih baik dalam air berbanding keluli tahan karat. Bahan galas seramik yang biasa digunakan termasuk silikon nitrida (Si3N4), zirkonium oksida (ZrO2), aluminium oksida (Al2O3) atau silikon karbida (SiC). Bahan seramik terbaik untuk persekitaran yang tercemar air ialah silikon nitrida dan zirkonium oksida, yang mempunyai hayat perkhidmatan 70 kali lebih lama daripada galas keluli tahan karat. Blog ini bertujuan untuk meneroka pengelasan dan spesifikasi bahan galas seramik, proses pembuatan galas seramik dan memberikan cadangan yang membina untuk pemahaman anda yang komprehensif tentang galas seramik.
Seramik alumina (Al2O3)
Komponen utama seramik alumina ialah Al2O3, yang umumnya mengandungi lebih daripada 45%. Seramik alumina mempunyai pelbagai sifat yang sangat baik seperti rintangan suhu tinggi, rintangan kakisan, kekuatan tinggi, kekerasan tinggi, dan sifat dielektrik yang baik, iaitu 2 hingga 3 kali ganda daripada seramik biasa. Walau bagaimanapun, kelemahan seramik alumina ialah ia rapuh dan tidak boleh menerima perubahan mendadak dalam suhu ambien. Alumina boleh dibahagikan kepada siri yang berbeza mengikut kandungan Al2O3 dan bahan tambahan yang digunakan. Sebagai contoh, alumina boleh dibahagikan kepada 75% alumina, 85% alumina, 95% alumina, 99% alumina, dll.
Bahan | alumina | ||||
Hartanah | Unit | AL997 | AL995 | AL99 | AL95 |
% Alumina | - | 99.70% | 99.50% | 99.00% | 95.00% |
warna | - | Ivory | Ivory | Ivory | Gading dan Putih |
Permeability | - | kedap udara | kedap udara | kedap udara | kedap udara |
Ketumpatan | g / cm³ | 3.94 | 3.9 | 3.8 | 3.75 |
Kejujuran | - | 1 ‰ | 1 ‰ | 1 ‰ | 1 ‰ |
Kekerasan | Skala Mohs | 9 | 9 | 9 | 8.8 |
Penyerapan air | - | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 | ≤ 0.2 |
Kekuatan Lentur (Lazim pada 20°C) | MPa | 375 | 370 | 340 | 304 |
Kekuatan Mampatan (Lazim pada 20°C) | MPa | 2300 | 2300 | 2210 | 1910 |
Pekali Pengembangan Terma (25°C hingga 800°C) | 0-6/°C | 7.6 | 7.6 | 7.6 | 7.6 |
Kekuatan Dielektrik (ketebalan 5mm) | AC kV/mm | 10 | 10 | 10 | 10 |
Kehilangan Dielektrik (25°C @ 1MHz) | - | 0.0006 | 0.0004 | ||
Pemalar Dielektrik (25°C @ 1MHz) | - | 9.8 | 9.7 | 9.5 | 9.2 |
Kerintangan Isipadu (20°C @ 300°C) | Ω·cm³ | >10^14 2*10^12 | >10^14 2*10^12 | >10^14 4*10^11 | >10^14 2*10^11 |
Suhu Kerja Jangka Panjang | ° C | 1700 | 1650 | 1600 | 1400 |
Kekonduksian Terma (25°C) | W/m·K | 35 | 35 | 34 | 20 |
Alumina adalah penebat elektrik yang sangat baik yang boleh menahan arus yang sangat tinggi. Rintangannya terhadap elektrik meningkat dengan ketulenannya. Semakin tinggi ketulenan alumina, semakin tinggi rintangannya. Adalah diketahui umum bahawa alumina juga mempunyai takat lebur yang sangat tinggi dan kekuatan mekanikal yang kuat. Takat lebur produk Al2O3 biasa adalah sangat tinggi, pada 2072°C. Walau bagaimanapun, apabila suhu melebihi 1000 darjah Celsius, kekuatan mekanikalnya berkurangan. Disebabkan oleh perbezaan besar dalam pekali pengembangan habanya, rintangannya terhadap kejutan haba adalah lemah apabila terdedah kepada suhu yang sangat tinggi.
Kestabilan kimia alumina yang sangat baik adalah faktor utama dalam rintangan kakisan yang tinggi. Alumina juga sedikit larut dalam asid kuat (seperti asid sulfurik panas dan HCl panas, HF juga mempunyai kesan menghakis tertentu) dan larutan alkali, tetapi tidak larut dalam air. Alumina tulen boleh menahan kakisan kimia, menjadikan alumina tulen sebagai bahan pilihan utama untuk pelbagai bahagian industri. Bahan seramik alumina juga mempunyai tekanan wap dan tekanan penguraian yang sangat rendah. Sifat seramik alumina ini menjadikannya salah satu seramik yang paling banyak digunakan dalam persekitaran struktur, haus dan kakisan.
Seramik alumina biasanya diperbuat daripada bauksit dan boleh dibentuk menggunakan acuan suntikan, acuan mampatan, penekan isostatik, tuangan gelincir, pemesinan berlian dan penyemperitan. Seperti aluminium nitrida, alumina juga boleh dihasilkan dengan menekan dan mensinter kering atau dengan menekan panas dengan bantuan pensinteran yang sesuai. Oleh kerana kestabilan kimianya yang sangat baik, seramik alumina digunakan secara meluas dalam galas, pendesak pam tahan asid, badan pam, lapisan saluran paip asid dan injap. Oleh kerana kekerasan dan rintangan haus yang sangat tinggi, seramik alumina juga sering digunakan untuk mengeluarkan bahagian tahan haus tekstil dan alat pemotong.
Bahan Seramik – Diisih mengikut Ketumpatan
Zirkonia > 99% Alumina > 94% Alumina > 85% Alumina > Aluminium Nitride > Silicon Carbide > Mullite > Macor© > Cordierite
Bahan Seramik – Diisih mengikut Kekerasan
Silicon Carbide > 99% Alumina > YTZP Zirconia > Silicon Nitride > TTZ Zirconia > 94% Alumina > 85% Alumina > Mullite > Cordierite > Macor©
Apabila kandungan alumina lebih tinggi daripada 95%, ia boleh digunakan sebagai penebat elektrik yang sangat baik. Ia juga mempunyai kehilangan dielektrik yang rendah dan digunakan secara meluas dalam bidang elektronik dan peralatan elektrik. Di samping itu, alumina lutsinar mempunyai penghantaran yang baik kepada cahaya boleh dilihat dan sinar inframerah dan boleh digunakan untuk membuat lampu natrium tekanan tinggi dan bahan tingkap pengesanan inframerah. Di samping itu, seramik alumina mempunyai biokompatibiliti yang sangat baik (serupa dengan aloi titanium), kekuatan tinggi, dan rintangan haus yang tinggi. Oleh itu, ia juga merupakan bahan yang sesuai untuk menyediakan tulang tiruan dan sendi tiruan.
Zirkonia (ZrO2)
Seramik zirkonium mempunyai kekonduksian haba yang rendah (penebat) dan kekuatan tinggi. Ia pertama kali digunakan dalam perjalanan angkasa lepas pada tahun 1960-an untuk membentuk penghalang haba yang membenarkan pesawat ulang-alik memasuki atmosfera Bumi. Mereka juga mengendalikan suhu tinggi dengan baik, dengan suhu operasi untuk seramik zirkonia antara -85°C hingga 400°C. Walau bagaimanapun, mereka tidak tahan kepada kejutan haba seperti silikon nitrida.
Zirkonia mempunyai rintangan kakisan yang kuat, yang menjadikannya pilihan yang tepat untuk cecair yang sangat menghakis. Seramik zirkonia mempunyai rintangan yang sangat tinggi terhadap pertumbuhan retakan, menjadikannya sesuai untuk proses kimpalan dan alat pembentukan dawai. Ia juga menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi mekanikal yang melibatkan risiko patah. Ia juga mempunyai pengembangan haba yang sangat tinggi, dengan pekali pengembangan haba yang serupa dengan keluli, menjadikannya bahan pilihan untuk menyambungkan seramik dan keluli . Berdasarkan sifat tribologinya, zirkonium oksida sangat sesuai untuk gerakan bergolek, seperti galas linear atau galas bebola (seperti pengeluar TK linear). Di samping itu, seramik zirkonium oksida dan silikon nitrida mempunyai kelebihan keserasian vakum yang tinggi, bukan magnet, bukan konduktif, rintangan suhu tinggi dan rendah, rintangan kimia, ketegaran yang tinggi, dan jangka hayat yang panjang. Zirkonia oksida dan silikon nitrida boleh dijadikan galas selepas dijalankan dalam keadaan kering.
Berbanding dengan aluminium oksida, zirkonium oksida mempunyai sifat mekanikal yang tinggi, kekuatan tinggi dan keliatan yang tinggi. Jika kekuatan adalah satu-satunya keperluan, bahan ini disyorkan. Selain itu, zirkonium oksida (ZrO2) ialah seramik yang terkenal dalam bidang kesihatan kerana biokeserasian, bioinertness, sifat mekanikal yang tinggi dan kestabilan kimia. Dalam industri pergigian, seramik zirkonium oksida digunakan untuk mengeluarkan pelbagai produk pemulihan pergigian. Sebagai contoh, kosong zirkonia legap atau lut sinar digunakan untuk membuat jambatan, mahkota dan venir. Zirkonia yang ditekan secara isostatik panas digunakan untuk membuat implan dan penyangga pergigian. Salah satu kelebihan utama menggunakan zirkonia untuk pemulihan pergigian ialah kemasan permukaan produk siap hampir menyerupai gigi asli. Di samping itu, seramik zirkonia adalah lut sinar dan berkilat, yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi di mana penampilannya serupa dengan bahan gigi di sekelilingnya.
Silikon karbida
Seramik silikon karbida terutamanya terdiri daripada SiC, yang merupakan seramik suhu tinggi berkekuatan tinggi, kekerasan tinggi. Apabila digunakan pada suhu tinggi 1200℃ hingga 1400℃, seramik silikon karbida masih boleh mengekalkan kekuatan lentur yang tinggi dan boleh digunakan untuk komponen suhu tinggi seperti muncung ekor roket, lengan termokopel dan tiub relau. Seramik silikon karbida juga mempunyai kekonduksian terma yang baik, rintangan pengoksidaan, kekonduksian elektrik, dan keliatan impak tinggi. Ia adalah bahan seramik yang kuat dan tahan lama yang juga mempunyai ketumpatan rendah, kadar pengembangan haba yang rendah, dan rintangan kejutan haba yang sangat baik, menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi.
Kandungan | Silikon karbida |
Berat molekul | 40.1 |
Rupa | Hitam |
Takat lebur | 2,730°C (4,946°F) (Penguraian) |
Ketumpatan | 3.0 hingga 3.2 g/cm³ |
Ketahanan Elektrik | 1 hingga 4 x 10^5 Ω·m |
Keliangan | 0.15 hingga 0.21 |
Haba Tertentu | 670 hingga 1180 J/kg·K |
Silikon karbida dihasilkan dengan menggabungkan atom karbon dan silikon secara kimia. Zarah silikon karbida telah digunakan sebagai pelelas selama bertahun-tahun, paling biasa dalam bentuk kertas pasir. Walau bagaimanapun, zarah ini boleh diikat bersama melalui pensinteran untuk membentuk bahan seramik yang sangat tahan lama yang mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik, yang menjadikannya pilihan yang sangat baik untuk pembuatan galas. Oleh kerana kekonduksian haba dan elektrik yang tinggi, silikon karbida boleh digunakan sebagai komponen penyingkiran statik.
seramik nitrida
Seramik nitrida diperbuat daripada nitrida logam, seperti silikon nitrida dan aluminium nitrida . Seramik silikon nitrida (Si3N4) Si3N4 ialah komponen utama seramik silikon nitrida, yang merupakan seramik suhu tinggi berkekuatan tinggi, kekerasan tinggi, tahan haus, tahan kakisan dan pelincir sendiri.
Hartanah | nilai |
warna | Kelabu dan Kelabu Gelap |
Ketumpatan | 3.2 hingga 3.25 g/cm³ |
Kekerasan | HRA 92 hingga 94 |
Suhu Pengoperasian Maksimum | 1300 hingga 1600 ° C |
Kekonduksian terma | 23 hingga 25 W/(m·K) |
Kekuatan lenturan | ≥900 MPa |
Keliatan Patah | 6 hingga 8 MPa·m¹/² |
Pekali Pengembangan Termal | 2.95 hingga 3 x 10⁻⁶ /°C (0 hingga 1400°C) |
Jika anda mencari bahan yang boleh menahan suhu tinggi dan keadaan mekanikal yang keras, maka silikon karbida adalah pilihan yang baik, walaupun bahan ini agak mahal. Apabila ia datang untuk menahan suhu tinggi, silikon nitrida adalah lebih baik daripada penyelesaian logam, dan Si3N4 mempunyai julat suhu operasi dari -100°C hingga 900°C. Di samping itu, pekali pengembangan linear silikon nitrida adalah yang paling kecil di antara semua jenis seramik. Pekali pengembangan haba silikon nitrida ialah 3.2 x 10-6/k, manakala pekali pengembangan haba silikon karbida ialah 3 x 10-6/k. Pekali pengembangan haba zirkonium oksida dan aluminium oksida masing-masing adalah 10.5 x 10-6/k dan 8.5 x 10-6/k, tetapi kedua-duanya jauh lebih rendah daripada keluli galas, yang mempunyai pekali 12.5 x 10-6/k.
klasifikasi | Aluminium Oxide | Aluminium Oxide | Aluminium Oxide | Aluminium Oxide | Silikon karbida | Silikon karbida | Silicon Nitride | Mullite | Zirkonium Oksida | Talc |
| KMA995 | KMG995 | KMA96 | KMA96 | KMG96 | KMG96 | Kai170 | Talc | KYCS | - |
Komponen Utama | 99.7 | 99.6 | 96 | 96 | 92 | 92 | 92 | 92 | 92 | 92 |
warna | Milky | putih | putih | putih | putih | Hitam | Hitam | Kelabu | putih | Kelabu |
Ketumpatan Pukal (g/cm³) | 3.9 | 3.9 | 3.7 | 3.7 | 6 | 3.1 | 3.2 | 2.7 | 3.5 | 2.7 |
Kekuatan lenturan (MPa) | 400 | 390 | 320 | 320 | 1000 | 450 | 420 | 200 | 120 | 150 |
Modulus Muda (GPa) | 380 | 370 | 340 | 340 | 410 | 350 | 310 | 210 | 130 | 170 |
Mekanikal | Kekerasan (GPa) | 21 | 20 | 19 | 19 | 24 | 13 | 22 | 13 | 22 |
Nisbah Poisson | - | 0.24 | 0.24 | 0.23 | 0.31 | - | - | - | - | - |
Keliatan Patah (MPa·m¹/²) | 4.1 | 4 | 3.5 | 3.5 | 4 | 4.6 | 6 | 2.5 | 4 | 3.2 |
Pekali Pengembangan Terma (×10⁻⁶/°C) | 6.4 | 5.8 | 5.7 | 5.7 | 7.7 | 11 | 3.2 | 2.5 | 2.5 | 3.0 |
Thermal | Kekonduksian Terma (W/m·K) | 30 | 28 | 21 | 21 | 120 | 80 | 17 | 1.2 | 1.2 |
Haba Tentu (J/g·K) | 0.78 | 0.78 | 0.78 | 0.78 | 1.4 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
Pemalar Dielektrik (1 MHz) | 10.1 | 10.1 | 9.4 | 9.5 | 11 | 7 | 7 | 8.5 | 8.5 | 6.5 |
Kehilangan Dielektrik (×10⁻⁴) | 50 | 50 | 40 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 | 50 |
Kerintangan Isipadu (Ω·cm) | 10¹⁵ | 10¹⁵ | 10¹⁴ | 10¹⁴ | 10¹² | 10¹² | 10¹² | 10¹³ | 10¹³ | 10¹³ |
Voltan Pecahan (kV/mm) | 10 | 10 | 10 | 10 | 11 | 11 | 11 | 10 | 10 | 10 |
Ciri-ciri | Kekuatan Tinggi | Kekuatan Tinggi | Kekuatan Tinggi | Kekuatan Tinggi | Kekerasan Tinggi | Kekerasan Tinggi | Kesukaran Tinggi | Kesukaran Tinggi | Kekonduksian Terma Rendah | Kekonduksian Terma Rendah |
| Penebat | Penebat | Penebat | Penebat | Konduktif | Konduktif | Penebat | Penebat | Berat cahaya | Berat cahaya |
kegunaan | Bahan Pelelas | Bahan Pelelas | Bahan Pelelas | Bahan Pelelas | Bahan Pelelas | Bahan Pelelas | Bahan Pengedap | Bahan Pengedap | Penebat haba | Penebat haba |
| Bahagian Tahan Haus | Bahagian Tahan Haus | Bahagian Tahan Haus | Bahagian Tahan Haus | Bahagian Rintangan Suhu Tinggi | Bahagian Rintangan Suhu Tinggi | Bahagian Aeroangkasa | Bahagian Aeroangkasa | Bahagian Peralatan Semikonduktor | Bahagian Peralatan Semikonduktor |
| Bahagian Suhu Tinggi | Bahagian Suhu Tinggi | Bahagian Suhu Tinggi | Bahagian Suhu Tinggi | Parts alat | Parts alat | Bahagian Elektrod | Bahagian Elektrod | Implan Gigi | Implan Gigi |
| Bahagian Semikonduktor | Bahagian Semikonduktor | Bahagian Semikonduktor | Bahagian Semikonduktor | - |
|
|
|
|
Perkara | Unit | Si₃N₄ | ZrO₂ | Al₂O₃ (99.5%) | SiC | Bearing Steel |
Ketumpatan | g / cm³ | 3.23 | 6.05 | 3.92 | 3.12 | 7.85 |
Penyerapan air | % | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
Pekali Pengembangan Terma Linear | 10⁻⁶/k | 3.2 | 10.5 | 8.5 | 3 | 12.5 |
Modulus Keanjalan (Mod Muda) | GPa | 300 | 210 | 340 | 440 | 208 |
Nisbah Poisson | / | 0.26 | 0.3 | 0.22 | 0.17 | 0.3 |
Kekerasan (Hv) | MPa | 1500 | 1200 | 1650 | 2800 | 700 |
Kekuatan Lentur (@ RT) | MPa | 720 | 950 | 310 | 390 | 520 (kekuatan tegangan) |
Kekuatan lentur (700°C) | MPa | 450 | 210 | 230 | 380 | / |
Kekuatan Mampatan (@ RT) | MPa | 2300 | 2000 | 1800 | 1800 | / |
Keliatan Patah, K₁c | MPa·m¹/² | 6.2 | 10 | 4.2 | 3.9 | 25 |
Kekonduksian Terma (@ RT) | W/m·k | 25 | 2 | 26 | 120 | 40 |
Kerintangan Elektrik (@ RT) | Ω·mm²/m | >10¹³ | >10¹⁵ | >10¹⁶ | >10³ | 0.1 ~ 1 |
Maks. Gunakan Suhu (tiada pemuatan) | ° F | 1050 | 750 | 1500 | 1700 | 1700 |
Rintangan kakisan | / | Cemerlang | Cemerlang | Cemerlang | Cemerlang | miskin |
Silikon nitrida mempunyai rintangan kejutan haba sehingga 600°C, manakala silikon karbida mempunyai rintangan kejutan haba hanya 400°C, menunjukkan bahawa risiko patah akibat perubahan suhu adalah minimum. Dalam persekitaran dengan perubahan suhu yang besar, apabila rintangan kejutan haba menjadi keutamaan, silikon nitrida dan silikon karbida adalah pilihan terbaik. Di samping itu, silikon nitrida mempunyai rintangan kakisan yang sangat baik dan boleh menahan kakisan daripada pelbagai asid kecuali asid hidrofluorik, serta kakisan daripada alkali dan pelbagai logam. Ia mempunyai penebat elektrik yang sangat baik dan rintangan sinaran.
Sifat seramik silikon nitrida ini menjadikannya berguna sebagai galas suhu tinggi, pengedap yang digunakan dalam media menghakis, termowell, alat pemotong logam, dll. Contohnya, industri galas bebola telah menggunakan bahan ini selama beberapa dekad kerana prestasinya telah terbukti dan ia sering digunakan dalam elemen rolling galas seramik, seperti bola dan penggelek. Keliatan mekanikal yang sangat tinggi dan rintangan haba yang sangat baik, rintangan kakisan dan rintangan haus adalah sebab mengapa ia digunakan dalam pelbagai aplikasi beban tinggi.
Proses pembuatan galas seramik
1. Pemprosesan serbuk . Pemprosesan serbuk seramik sangat serupa dengan pemprosesan serbuk logam. Pemprosesan serbuk seramik melibatkan penghasilan serbuk dengan mengisar, kemudian membuat produk hijau, dan kemudian menyatukannya untuk mendapatkan produk akhir. Serbuk ialah himpunan zarah halus. Serbuk seramik boleh diperoleh dengan menghancurkan, mengisar, memisahkan bendasing, mencampurkan dan mengeringkan bahan mentah.
2. Pencampuran. Komponen seramik dicampur bersama melalui pelbagai prosedur dan mesin, dan ia ditukar menjadi buburan dengan menambah air atau cecair lain.
3. Kaedah pengacuan. Terdapat dua kaedah pengacuan galas seramik yang biasa digunakan, iaitu pengacuan suntikan dan pengacuan serbuk. Pengacuan suntikan adalah dengan mencampurkan serbuk seramik, pengikat organik, agen reologi, serbuk sub-mikron, dan sebagainya, dan menyuntiknya ke dalam acuan untuk pengacuan. Pengacuan serbuk adalah dengan memampatkan serbuk seramik ke dalam badan yang dibentuk dan kemudian menyinterkannya. Kedua-dua kaedah ini mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri, dan ia harus dipilih mengikut keperluan kejuruteraan tertentu.
4. Proses pensinteran. Semasa proses pengeluaran galas seramik, rawatan pensinteran diperlukan untuk memejalkan badan yang dibentuk menjadi produk siap, dan pada masa yang sama, kekerasan dan kekuatannya juga dapat ditingkatkan. Proses pensinteran galas seramik terutamanya merangkumi pensinteran oksida dan pensinteran bukan oksida. Mengikut aliran proses, pensinteran pertama kali dijalankan dalam atmosfera pengoksidaan, dan kemudian pensinteran dijalankan dalam atmosfera bukan pengoksidaan. Semasa keseluruhan proses pensinteran, parameter persekitaran seperti suhu, tekanan, dan atmosfera perlu dikawal untuk mencapai kesan yang diingini.
5. Pemesinan jitu. Galas seramik sintered perlu menjalani pemesinan jitu berikutnya, termasuk pengisaran, penggilapan dan langkah-langkah lain untuk memastikan ketepatan geometri dan kualiti permukaannya. Pada masa yang sama, pemeriksaan kualiti juga diperlukan, termasuk pengesanan dan analisis penunjuk seperti kekerasan, ketumpatan, sisihan dimensi dan hingar untuk memastikan produk memenuhi piawaian antarabangsa dan keperluan pelanggan.
Faktor yang mempengaruhi kualiti galas seramik
Kualiti dan kecekapan pemprosesan galas seramik dipengaruhi oleh banyak faktor, termasuk kualiti bahan, kaedah pengacuan, proses pensinteran, teknologi pemesinan ketepatan dan peralatan. Selain itu, ia juga dipengaruhi oleh parameter persekitaran seperti suhu, tekanan, kelajuan, dan suasana semasa pemprosesan. Memandangkan faktor ini, juruteknik pemprosesan perlu memilih aliran proses, peralatan dan alatan yang sesuai untuk memastikan kualiti pemprosesan. Dalam bidang aplikasi semasa bahan seramik, galas seramik telah menjadi teknologi teras yang sangat diperlukan.