اکسید آلومینیوم (Al2O3)، که به طور سنتی آلومینا نامیده میشود، به دلیل قابلیتها و ویژگیهای منحصر به فرد، نقش مهمی در صنایع گوناگون ایفا میکند. این ماده، محکم، مقاوم و بی اثر در برابر عوامل شیمیایی از نظر تجاری به عنوان یک سرامیک مهندسی از جایگاه تجاری بالایی برخوردار است. امروزه قطعات ساخته شده از این مادهی مقاوم در شکلها و اندازههای مختلف کاربردهای مختلفی دارند و به روشهای گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند. در این مطلب، اطلاعات بیشتری در رابطه با ویژگیهای آلومینا (اکسید آلومینیوم) و به دنبال آن انواع قطعات سرامیکی آلومینایی و کاربردهای آنها ارائه خواهیم کرد.
آلومینا چیست و چه ویژگیهایی دارد؟
آلومینا که به نام اکسید آلومینیوم نیز شناخته میشود، مادهای سرامیکی مقاوم با پایداری شیمیایی بسیار بالا است. فرمول پایهی آن Al2O3 بوده و بسته به خلوص آن از 70٪ آلومینای خالص تا 99.9٪ از لحاظ تجاری در قالبهای مختلف موجود است. هرچه خلوص بیشتر باشد، مقاومت حرارتی بهتری دارد.
آلومینا علی رغم اکسیداسیون فلز، از خانوادهی سرامیکها است که از جمله ویژگیهای آن میتوان به نقطهی ذوب بالا (در حدود ۲۱۰۰ درجه سانتیگراد) تا سختی آن، که با الماس رقابت میکند اشاره کرد.
به دلیل مقاومت حرارتی بسیار بالا، از قطعات سرامیکی آلومینایی به طور گسترده در فرآیندهای درجهی حرارت بالا استفاده میشود. در کورههای بلند میتوان از آن به عنوان صفحات حمل و نقل، فشار دهنده، غلتک و حتی راهنما استفاده کرد. همچنین در این اجاقها میتوان از آن به عنوان پانلهای عایق استفاده کرد تا از خروج گرما از آنها جلوگیری کند. به کمک پایداری شیمیایی این ماده، از آن در آزمایشگاهها نیز استفاده میشود.
قطعات سرامیکی آلومینایی و ویژگیهای آنها
آلومینا را میتوان در طیف وسیعی از خلوص با مواد افزودنی تولید شده برای افزایش ویژگیها و قابلیتهای آن تولید کرد. آلومینا شناخته شدهترین و متداولترین مادهی ظریف سرامیکی است. بدنهی کریستال متخلخل آن مانند یاقوت است. دهها سال است که از این ماده در اجزای الکتریکی به دلیل عایق الکتریکی بسیار بالا مورد استفاده قرار میگیرد و در قطعات مکانیکی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و سایش کاربرد دارد. علاوه بر این، از آنجا که آلومینا با خلوص بالا مقاومت بسیار زیادی در برابر خوردگی و شوک حرارتی دارد، از قطعات سرامیکی آلومینایی در عملیات حرارتی با درجهی بسیار بالا استفاده میشود.
سرامیکهای مبتنی بر آلومینا تا حد زیادی بزرگترین طیف از قطعات سرامیکی آلومینایی در صنایع را تشکیل میدهند که از جمله ویژگیهای آنها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سختی بالا
- ضریب انبساط کم
- مقاومت عالی در برابر خوردگی
- ضریب اصطکاک کم
- مقاومت در برابر دمای بالا
- مقاومت مکانیکی بالا
سرامیک آلومینا (اکسید آلومینیوم یا Al2O3) عایق الکتریکی عالی و یکی از پرکاربردترین مواد سرامیکی پیشرفته است. علاوه بر این، در برابر سایش و خوردگی بسیار مقاوم میباشد. اجزای آلومینا در طیف گستردهای از برنامهها مانند الکترونیک، اجزای پمپ و سنسورهای خودرو استفاده میشوند. قطعات سرامیکی آلومینایی را میتوان با انواع تکنیکهای تولید مانند پرس تک محوری، فشار ایزواستاتیک، قالب تزریق و اکستروژن تولید کرد. اتمام کار با سنگ زنی و تراشکاری دقیق، ماشینکاری لیزر و انواع دیگر فرآیندها انجام میشود. قطعههای سرامیکی آلومینایی تولید شده در صنایع مختلف از جمله فلزسازی کاربرد دارند و میتوانند در عملیاتهای بعدی اجزایی تولید کنند که به راحتی با بسیاری از مواد جوش بخورد.
از جمله برخی از رایجترین قطعات سرامیکی آلومینایی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- حلقههای مهر و موم و پیچ و مهره
- برد سرامیکی
- کاغذ سرامیکی
- فیلتر فوم سرامیکی
- پروتزهای پزشکی
- لولههای لیزر
- رولر سرامیکی
- بسترهای الکترونیکی
- زرهی بالستیک
- لولههای ترموکوپل
- پتو سرامیکی
- مقرههای برقی
- رسانههای سنگ زنی
- قاب (براکت سرامیکی)
- گنبد (پوشش)
- زیرلایه (پایه)
- بازو
- سینی
- غلتک
رنگهای مختلف قطعات سرامیکی آلومینایی را میتوان با توجه به نیاز مشتری (سیاه، سفید، بژ، قرمز تیره و غیره) ساخت. قطعات دقیق سرامیک تولید شده توسط شرکتها در برابر درجهی حرارت بالا، خوردگی، سایش مقاوم بوده و به عنوان عایق مقاوم مورد استفاده قرار میگیرند و میتوانند برای مدت طولانی در دمای بالا، خلاء و گاز خورنده استفاده شوند.
کاربردهای قطعات سرامیکی آلومینایی
قطعات سرامیکی آلومینا با خلوص بالا میتوانند با ترکیبات جدید و اصلاحات با استفاده از تکنیکهای پیشرفته پردازش شوند و طیف گستردهای از ویژگیهای پیشرفته مانند مقاومت مکانیکی بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، توانایی مقاومت در برابر دماهای بالا و تنشهای گرمایی، عایق الکتریکی بالا و بهبود خصوصیات دی الکتریک را ارائه دهند. سرامیکهای آلومینا با خلوص بالا با ترکیب کنترل شده و حداقل اندازهی ذرات یکنواخت میتوانند در صورت نیاز برای بسیاری از صنایع امکانات گستردهای را فراهم کنند.
از جمله اصلیترین کاربردهای قطعات سرامیکی آلومینایی با خلوص بالا میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
۱- تجهیزات نیمه هادی: سرامیک خلاء، دیسک برش، تمیز کردن دیسک، سرامیک چاک (دیسک برش چاک)
۲- قطعات انتقال ویفر: چنگهای دست زدن به ویفر، دیسکهای برش ویفر، دیسکهای تمیز کنندهی ویفر
۳- صنایع نوری و صنعت خورشیدی: لولههای سرامیکی، میلههای سرامیک، تراشندهی صفحه نمایش
۴- قطعات مقاوم در برابر حرارت و عایق الکتریکی: یاتاقانهای سرامیکی
در حال حاضر، قطعات سرامیکی اکسید آلومینیوم را میتوان به سرامیکهای با خلوص بالا و معمولی تقسیم کرد. سری سرامیکهای اکسید آلومینیوم با خلوص بالا به مواد سرامیکی حاوی بیش از 99.9٪ ۲Al₂O اشاره دارد. این ماده به دلیل انتقال نور و مقاومت در برابر خوردگی میتواند به عنوان لولهی سدیم استفاده شود. در صنعت الکترونیک نیز میتوان از آن به عنوان مادهی عایق با فرکانس بالا برای لایههای IC استفاده کرد. با توجه به محتویات مختلف اکسید آلومینیوم، سری سرامیک اکسید آلومینیوم مشترک را میتوان به ۸۵، ۹۰، ۹۵ و ۹۹ سرامیک تقسیم کرد. گاهی اوقات، سرامیکهای دارای 80٪ یا 75٪ اکسید آلومینیوم نیز به عنوان سری سرامیک اکسید آلومینیوم معمولی طبقهبندی میشوند. در این میان، از 99 مادهی سرامیکی اکسید آلومینیوم برای دمای بالا، لولهی کورهی ضد حریق، بلبرینگهای سرامیکی، مهر و مومهای سرامیکی و صفحات شیر استفاده میشود. سرامیکهای آلومینیومی 95 عمدتا به عنوان قطعات مقاوم در برابر سایش در برابر خوردگی استفاده میشوند. سرامیک 85 باعث بهبود عملکرد الکتریکی و مقاومت مکانیکی میگردند.
منابع: