アルミナセラミックスの特性
アルミナセラミックスの構造はコランダムタイプに属し、イオン結合の特性を持ち、スリップシステムを金属のそれよりもはるかに小さくするため、特定の靭性と可塑性の欠如につながります。したがって、破壊靭性は非常に低く、アルミナセラミックの幅広い用途を制限しているので、アルミナセラミックの主な強化方法は何ですか？
1 、ラメラ構造強化
竹や貝殻などの天然素材は、層状構造のため総合的に優れた特性を備えており、バイオニック構造を使用してセラミック材料の脆性と靭性を改善し、人々はこれらの天然構造からインスピレーションを得ます。
層状複合セラミック材料は多層材料で構成されており、各層の弾性率と線膨張係数が異なるため、層間のマクロ応力と表面の圧縮応力につながります。外力の作用下で、ひずみエネルギーを吸収できます最大限まで、および亀裂は界面に沿って繰り返して曲がり、曲がることができます。表面の特性および全面的な靭性を改善するため。
たとえば、アルミナ/ Ni層状セラミックの場合、ニッケルの線膨張係数はアルミナの線膨張係数の約1倍です。これは、アルミナ層に応力を生じさせ、亀裂たわみ能力が大きいため、材料の靭性が向上します。
ラメラセラミックは、幅広い展望を持つ新しいタイプの材料ですが、その主な欠点は、弱い中間層が材料の強度を低下させ、中間層の方向に平行および垂直な特性が大きく異なり、異方性を示すことです。そこで、業界の専門家は、強力な中間層を使用してZTA /アルミナの強力な中間層を調製するというアイデアを提唱しました。 衝撃靭性は10mpa.m1 / 2以上であり、これはZTA材料の2.8倍、アルミナセラミックの5.6倍です。一部の科学者はコンピューターで積層複合セラミックをシミュレートし、ソフト層材料の強度が大きすぎる場合高すぎるまたは低すぎると、全体の靭性が低下し、硬質層の厚さと軟質層の厚さの比率および弾性率が増加すると、硬質層の均一性がセラミックの靭性を向上させる可能性があります。ラメラ強化セラミックスの研究アイデアと最適化アプローチ。
2 、繊維複合材料の強化
結果は、連続繊維の強化効率は他の強化方法よりも高く、これはセラミックシリーズのこれまでで最高の靭性であり、約20mpa.m1 / 2に達することができるため、改善するための非常に効果的な方法であることを示しますセラミック材料の脆さ。
この方法では、強度と弾性率の高い繊維がセラミックマトリックスに分散され、外力の作用により、複合材料の荷重の一部が繊維によって支えられるため、マトリックス自体の荷重が軽減されます。マトリックス内の繊維の強度がその強度よりも大きい場合、繊維は引き抜かれます。さらに、これらの繊維には、亀裂成長を防ぐためにマトリックス内に亀裂の架橋とたわみがあります。材料。
現在、アルミナセラミックスに使用されている繊維は、主に炭素繊維、炭化ケイ素繊維、ケイ酸アルミニウム繊維などであり、長さ対直径の比を大きくすることで強靭化効果を改善できることがわかっています。繊維を含む三次元織布は、より優れた強化効果があります。繊維と同様に、ウィスカーで強化されたアルミナセラミックが多くあり、効果は非常に良好です。ウィスカーは単結晶構造と非常に小さな直径（通常は直径が小さい結晶欠陥が少なく、原子の規則正しい配列があり、その強度は隣接する原子間の結合力の理論値に近い。理論と実践は、セラミックの靭性を改善できることを証明している。ウィスカ（最大20％〜30％の体積分率）がアルミナベースのセラミックに導入され、セグメントの靭性は8〜8.5mpa.m1 / 2に達します。
ウィスカの強化のメカニズムは、引き抜き、亀裂のたわみ、亀裂の橋絡、ピン止めだけでなく、高強度でもあるため、理論的には、強度を上げ、弾性率を下げ、ウィスカのアスペクト比を上げると、強化効果を改善できます繊維およびウィスカーで強化されたアルミナセラミックの欠点は、混合の均一性を確保することが難しいことです。
3 、自己強化
いわゆる自己強化とは、特定の技術的条件下で強化および強化された相を成長させることであり、ある程度まで、マトリックス相と強化相の間の物理的または化学的不適合性を排除し、マトリックス相と強化相。
アルミナセラミックスに関しては、アルミナセラミックスの脆さを克服するための研究の焦点は、成長粒子の異なるアルミナを強靭化することです。主なメカニズムは、技術的手段によりアルミナ粒子の成長方向を制御し、棒状に成長できるようにすることです。いくつかの結晶表面に沿って形作られた長い円柱は、ウィスカーの強化に同様の役割を果たします。外部荷重の場合、クラックテールはブリッジモードを形成し、アルミナの異方性成長により、プルアウト、クラックのたわみ、その他の強化メカニズムが生成されます。これにより、アルミナセラミックス全体の靭性が向上します。
4 、相変態強化
これは、以前から広く研究されてきた一種の強化式であり、エネルギーを吸収して亀裂の成長を防ぐために、材料に非常に微細な亀裂を多数人為的に作成します。それらのほとんどは、ZrO2とZTAのマルテンサイト変態に焦点を当てていますZTMおよび他のセラミック材料は成功しています.ZrO2はアルミナマトリックスに分散しており、線膨張係数が異なるため、ZrO2粒子は圧縮応力を受けやすく、冷却中に相転移がブロックされます。 ZrO2粒子は緩和され、正方相が単斜晶相に変化し、体積膨張後にマトリックスに微小亀裂が生成され、主亀裂のエネルギーが吸収されて強化効果が得られます。これが応力誘起の強化メカニズムです。変換。
強化メカニズムでは、誘導されたZrO2の変態メカニズムに加えて、変態により体積膨張が発生し、亀裂領域から非変態領域への押し出し現象により、亀裂が近くなり、膨張しにくくなり、靭性も向上します。一部の研究者は、ZrO2の体積分率が20％のときに最高の強化効果が得られることを発見しました。
セラミックの強靭化技術は、今後長い間、材料分野で注目される技術となり、高強度、耐熱性、低膨張係数などのセラミック材料固有の特性と高靭性を組み合わせることができれば、材料分野が夢見ている高性能材料、および応用分野は非常に広範囲です。アルミナセラミックのいくつかの応用を簡単に紹介しましょう。
（1）メカニカル
焼結アルミナセラミック製品の曲げ強度は250Mpaに達し、ホットプレス製品の曲げ強度は500MPaに達します。アルミナセラミックのモース硬度は最大9です。さらに、耐摩耗性に優れているため、製造に広く使用されています。切削工具、ボールバルブ、研削砥石、セラミックネイル、ベアリングなどの中で、アルミナセラミック切削工具と工業用バルブが最も広く使用されています。
アルミナセラミックカッター
アルミナセラミックツールの最適な切削速度は、一般的な超硬工具よりも高く、さまざまな材料の切削効率を大幅に向上させることができます。科学者による多大な研究により、アルミナマトリックス複合セラミックとウィスカー強化セラミックは、これらの技術は、純粋なアルミナセラミックスの欠点を補うため、切削性能と耐久性を向上させます。
（2）電子/電源
エレクトロニクスと電力に関しては、アルミナセラミックソールプレート、基板、セラミックフィルム、透明セラミック、アルミナセラミック電気絶縁セラミック、電子材料、磁性材料などがありますが、アルミナ透明セラミックと基板が最も広く使用されています中古。
アルミナ透明セラミックス
現在、透明セラミックスは材料研究と応用の分野で重要なフロンティアです。新しい材料として、透明セラミックスは、広い範囲の光透過率だけでなく、高い熱伝導率、低い伝導率などの一連の利点も持っています。 、高硬度、高強度、低誘電率と誘電損失、良好な耐摩耗性と耐食性。
アルミナセラミック基板
アルミナセラミック基板には、多層配線セラミック基板、電子パッケージング、高密度パッケージング基板で広く使用されている、高い機械的強度、良好な絶縁性、高い耐光性という利点があります。
（3）化学産業
化学用途では、アルミナセラミックには、アルミナセラミックケミカルフィラーボール、無機精密ろ過膜、耐食性コーティングなど、アルミナセラミック膜とコーティングが最も研究され、応用されているなど、幅広い用途があります。
（4）医療
医学では、アルミナは人工骨、人工関節、人工歯などの製造に使用されます。アルミナセラミックは、優れた生体適合性、生物学的慣性、物理的および化学的安定性、高硬度および耐摩耗性を備え、人工の調製に理想的な材料です骨および人工関節。ただし、他のセラミック材料と同様に、高い脆性、低い破壊靭性、高い機械加工技術の難しさ、複雑な技術などの欠点があるため、さらなる研究と応用が必要です。
（5）建築/衛生/セラミック
衛生陶器の製造分野では、アルミナセラミックライニングレンガ、粉砕媒体、ローラー、セラミック保護管、アルミナ耐火物などの製品がいたるところに見られますが、中でもアルミナボールミル媒体が最も広く使用されています。
材料科学の魅力は、互いの長所から学び、互いの弱点を補い、理想的な材料を作成することにあります。上記の用途に加えて、アルミナセラミックスは他のハイテク分野でも広く使用されています。航空宇宙、高温工業炉、複合材補強などの分野。強化技術の継続的な開発により、アルミナセラミック材料はより優れた特性とより広範な応用分野を持つことになります。
