Технологический процесс производства алюмооксидной керамики (Al2O3)

Производство высококачественной алюмооксидной керамики представляет собой многоэтапный технологический процесс, требующий точного контроля параметров на каждой стадии. От подготовки сырья до финишной обработки — каждый этап критически важен для получения изделий с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

1. Подготовка порошка

Поступающий на производство оксид алюминия подготавливается согласно требованиям к продукту и выбранному методу формовки. Размер частиц составляет менее 1 мкм. Для высокочистой керамики требуется сверхтонкое измельчение и равномерное распределение частиц по размерам.

1.1. Введение добавок

Для экструзионного или инжекционного литья в порошок вводятся связующие и пластификаторы (10-30% от массы). Смешивание с порошком происходит при температуре 150-200 °C для облегчения формовки. Порошок для горячего прессования не требует добавок.

1.2. Подготовка для сухого прессования

Для сухого прессования порошок обрабатывается методом распылительной грануляции для придания частицам сферической формы и улучшения текучести. Также добавляются смазки (1-2%), например, стеариновая кислота.

2. Грануляция порошка

Для сухого прессования обязательна распылительная грануляция с введением связующего, например, поливинилового спирта. Обработанный порошок должен обладать:

• Хорошей текучестью
• Оптимальной насыпной плотностью
• Углом трения потока менее 30°

3. Методы формования

Мы применяем различные методы формования алюмооксидной керамики, выбор которых зависит от формы, размеров, сложности и требуемой точности изделия.

3.1. Сухое прессование

Подходит для изделий простой формы с толщиной стенки более 1 мм. Используются одно- или двусторонние механические или гидравлические прессы с давлением до 200 МПа. Ключевое значение имеет равномерное распределение и точность заполнения формы порошком.

3.2. Литье

Классический метод с использованием гипсовых форм. Экономичен для крупных и сложных изделий. Требует подготовки высококонцентрированной суспензии (шликера) с добавлением дефлокулянтов и связующих для стабилизации.

3.3. Другие методы

• Экструзия
• Холодное изостатическое прессование
• Горячее изостатическое прессование
• Инжекционное литье

4. Технология обжига

Спекание — это процесс уплотнения керамического тела и формирования монолитного материала. При этом удаляются поры, газы и примеси, а частицы прочно соединяются между собой.

4.1. Методы нагрева

Основной метод нагрева — промышленные печи. Помимо обычного спекания, мы применяем горячее прессование и горячее изостатическое прессование (ГИП).

4.2. Горячее изостатическое прессование

ГИП, с использованием инертного газа в качестве передающей среды, обеспечивает равномерное уплотнение и значительно повышает прочность материала (на 30-50% по сравнению с холодным прессованием). Это особенно важно для высоконагруженных изделий:

• Керамических подшипников
• Компонентов для оборонной промышленности
• Медицинских имплантатов

5. Обработка и упаковка

После спекания некоторые изделия требуют механической обработки из-за высокой твердости материала. Мы применяем:

• Шлифовку абразивами (SiC, B₄C, алмаз) с постепенным уменьшением зернистости
• Финишную полировку алмазной пастой
• Ультразвуковую обработку
• Лазерную обработку

6. Упрочнение керамики

Для значительного повышения механической прочности мы используем процесс упрочнения: на поверхность наносится слой соединений кремния методом CVD, PVD или напыления, с последующей термообработкой при 1200–1580 °C. Это позволяет создавать сверхпрочные керамические изделия с улучшенными эксплуатационными характеристиками.