Komposiittimateriaalina, jossa yhdistyvät keramiikan korkea kovuus ja korkea{0}}lämmönkesto sekä metallien erinomainen sitkeys, metalloidulla alumiinioksidilla on valmistusprosessissa perustavanlaatuinen logiikka, joka on hyvin samanlainen kuin perinteisen keramiikan. Koko prosessin kulku on seuraava: keraaminen jauhe, metallijauhe ja sideaine → sekoitus → rakeistus → muovaus → sideaineen poisto → esi-sintrauspelkistys → sintraus → koneistus → tarkastus → lopputuote. Jokainen vaihe tässä prosessiketjussa vaikuttaa suoraan tuloksena olevien metalloitujen keraamisten komponenttien lopulliseen suorituskykyyn. Näiden eri toimintojen välisten vuorovaikutusmekanismien ymmärtäminen on edellytys näiden komponenttien luotettavan valmistuksen saavuttamiselle.
Raaka-aineiden valinta ja valmistus
Erinomaisen metallien kostuvuuden vuoksi karbideja käytetään usein pääasiallisena keraamisena raaka-aineena metalloidun alumiinioksidikeramiikan valmistuksessa liimaussovelluksiin. Karbidijauheita voidaan syntetisoida useilla eri tavoilla: metallioksidien pelkistävä hiiletys; kaasu-kiintoainereaktiot, joissa on mukana metallioksideja, metalleja ja hiilivetyjä; ja kaasufaasireaktiot metallihalogenidien ja hiilivetyjen välillä. Päinvastoin metallijauheiden valmistuksessa voidaan käyttää teknisiä reittejä, kuten metallisuolojen pelkistys, karbonyylimenetelmä, elektrolyysi tai sulien metallien sumuttaminen. Metalloidun keramiikan tuotannossa raaka-aineen puhtaus on ensiarvoisen tärkeää. Epäpuhtauksien aiheuttaman saastumisen minimoimiseksi panossekoitusprosessin aikana käytetään tavallisesti kuulamyllyjä, jotka on vuorattu kyseisellä keraamisella materiaalilla-ja kovista-seosjauheista valmistettujen jauhinkuulien- kanssa. Viime vuosina korkean -tehokkaiden jauhatuslaitteiden,-kuten sekoitusmyllyjen ja{12}}tehokkaiden tärymyllyjen-käyttö on parantanut merkittävästi sekä jauhemateriaalien tasaisuutta että yleistä tuotannon tehokkuutta.
Rakeistus- ja muovausprosessit
Kun liete rakeistetaan sumutuskuivauksella, tuloksena on pallomainen, sekoitettu{0}}materiaalirae, jolla on erinomainen juoksevuus ja tasainen hiukkaskokojakauma; tämä on kriittinen tekijä tasaisen pakkaustiheyden varmistamisessa seuraavassa puristus- ja muovausvaiheessa. Keraamisten metallointituotteiden vihreän kappaleen muodostuksessa puoli{2}}kuivapuristus on laajimmin käytetty tekninen lähestymistapa, jolle on tunnusomaista korkea tuotantotehokkuus ja erinomainen mittojen tasaisuus. Suurikokoisille tai geometrisesti monimutkaisille tuotteille kylmäisostaattinen puristus tarjoaa tasaisemman ja isotrooppisemman tiheysjakauman, mikä vähentää muodonmuutosriskiä sintrauksen aikana. Riippumatta käytetystä erityisestä muovausmenetelmästä, raakakappaleen tiheyden tasaisuus toimii perusedellytyksenä seuraavan sintrausprosessin onnistumiselle.
Sideaineen poisto ja esi-sintrausvähennys
Sideaine (tyypillisesti orgaaninen polymeeri) on poistettava kokonaan ennen sintrausta; muuten se hajoaa ja kehittää kaasua korkeissa lämpötiloissa, mikä johtaa halkeamiin tai huokoisuusvirheisiin vihreässä kappaleessa. Sideaineen poistovaihe suoritetaan tyypillisesti suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa käyttämällä hidasta kuumennusnopeutta ja riittävää ilmavirtaa hajoamistuotteiden kuljettamiseksi pois. Tätä seuraa esi-sintrauspelkistysvaihe: jauhehiukkasten pinnan oksideja pelkistää pelkistävä ilmakehä,-kuten vety tai dissosioitunut ammoniakki-ja hiukkasten välistä sitoutumista alkaa tapahtua (merkitsee kiinteän tilan diffuusion alkamista), kun taas pieni määrä metallifaasia liukenee keraamiseen faasiin. Tässä vaiheessa keraamisen -metallin ja -metallin välisen liimauksen rajapinta alkaa saada alustavaa muotoa; vaikka raakakappale kutistuu vain vähän, se saavuttaa riittävän mekaanisen lujuuden helpottaakseen myöhempää käsittelyä ja uunin lataamista.
Sintrausprosessin kolmivaiheinen kehitys-
Sintraus on koko valmistusprosessin ydin, ja se voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen: esi-sintraus, sintraus ja jäähdytys. Esisintrausvaihe sisältää ensisijaisesti sideaineiden poistamisen ja oksidien pelkistyksen. Lämpötilan noustessa sintrausvaiheeseen keraamisen faasin liukoisuus metallifaasissa kasvaa ja nestefaasia alkaa ilmaantua. Lämpötilan noustessa edelleen nestefaasiin liuenneen keramiikan määrä jatkaa kasvuaan-johtaen nestefaasin tilavuuden kasvuun-ja viherkappale kutistuu ja tiivistyy nopeasti. Tämän prosessin aikana metalloidun keramiikan mikrorakenne kehittyy erillisten keraamisten ja metallihiukkasten seoksesta rakenteeksi, jossa nestemäinen metallifaasi kapseloi keraamiset hiukkaset muodostaen lopulta jatkuvan verkoston jäähtyessään. Jäähdytysvaihe vaatii tarkkaa jäähdytysnopeuden hallintaa lämpörasituksen aiheuttaman halkeilun estämiseksi.
Jälki-Käsittely ja lopputarkastus
Sintratut kermettiaihiot vaativat tyypillisesti tarkkaa työstöä, jotta ne täyttävät lopulliset mitta- ja geometriset toleranssivaatimukset. Kermettien korkean kovuuden ja luontaisen haurauden vuoksi työstössä käytetään pääasiassa timanttihiomalaikkoja hiontaan tai läppäilyyn. Korkean puhtauden alumiinioksidin tarkkuuskeraamiset metallointiosat, jotka on tarkoitettu juotettaviksi tai liimaamiseen metalliosien kanssa, sintrauspinta saattaa vaatia toissijaisia metallointi- tai pinnoituskäsittelyjä juotettavuuden parantamiseksi. Viimeinen tarkastusvaihe sisältää mittavarmuuden, -tuhoamattoman testauksen (kuten röntgen- tai ultraäänitutkimuksen sisäisten vikojen varalta), metallografisen analyysin sekä mekaanisen tai sähköisen suorituskyvyn testauksen.
Muut apuvalmistusmenetelmät
Edellä mainittujen yleisten prosessireittien lisäksi on olemassa useita metallikeraamien valmistusmenetelmiä, jotka soveltuvat tiettyihin sovelluksiin. Metallin tunkeutumismenetelmään kuuluu huokoisen keraamisen esimuotin sijoittaminen sulaan metalliin käyttämällä kapillaarivoimia metallin vetämiseksi keramiikan huokosiin, jolloin muodostuu tiheä komposiittirakenne. Mekaaninen sekoitusmenetelmä sisältää keraamisen jauheen dispergoimisen ja sisällyttämisen tasaisesti sulaan metalliin nopealla-sekoituksella; Tämä tekniikka sopii erityisen hyvin skenaarioihin, joissa metallifaasi muodostaa suhteellisen suuren osan materiaalista. Kyllästysmenetelmään kuuluu ensin huokoisen metallirungon valmistus, joka sitten upotetaan keraamiseen lietteeseen; kuivaamisen ja sintrauksen jälkeen keramiikka täyttää metallirungon huokoset. Lisäksi metalloiduille keraamisille tuotteille on olemassa tekniikoita, jotka sisältävät ensin metallifaasin pehmentämisen kuumapuristuksen avulla ja sitten sen suoraan-muovauksen suulakepuristamalla-haluttuihin putki- tai sauvamuotoihin.
Prosessinhallinnan keskeiset ohjauspisteet
Varsinaisessa tuotannossa alumiinioksidimetalloidun keramiikan valmistuslaatu riippuu useista kriittisistä kontrollipisteistä: Ensinnäkin raakajauheen hiukkaskoko, puhtaus ja hiukkaskokojakauma vaikuttavat suoraan sintrausaktiivisuuteen ja lopulliseen tiheyteen. Toiseksi jauheseoksen tasaisuus on välttämätöntä paikallisen koostumuksen erottelun estämiseksi, mikä voi johtaa epäjohdonmukaisiin materiaaliominaisuuksiin. Kolmanneksi sideaineen palamisprofiilin optimointi on ratkaisevan tärkeää halkeilun tai jäännöshiilen aiheuttaman saastumisen estämiseksi. Neljänneksi sintrauslämpötilan, pitoajan ja uunin ilmakehän tarkka koordinointi on välttämätöntä. Viidenneksi jäähdytysnopeuden säätö on välttämätöntä vaihemuutosjännitysten tai lämpöjännitysten aiheuttaman mikro-halkeamisen välttämiseksi. Vain järjestelmällisellä prosessiohjauksella, jossa käsitellään näitä avainkohtia, voidaan johdonmukaisesti tuottaa metalloituja keraamisia komponentteja, jotka täyttävät sähkö-, elektroniikka- ja ilmailuteollisuuden tiukat vaatimukset.
Jos olet parhaillaan kehittämässä tai valmistamassametalloitu keramiikkasähkösovelluksiin ja prosessien optimointiin, voimme tarjota parametrien arviointeja raakajauheen valinnasta itse sintrausprosessiin. Pyydämme sinua jakamaan tietoja erityisestä materiaalijärjestelmästäsi ja suorituskykytavoitteistasi. sitten tarjoamme sinulle räätälöityjä suosituksia.
ota meihin yhteyttä
