Алюмина керамикасы: чыныгы заводдук шарттарда күтүүлөрдөн ашып, үнсүз узак кызмат кылган материал

Мен иштеген бир чыдамкай материалдар заводунда мештик жабдыктар дайыма баш оорутуп турду. Кордиерит полкалар 1250 °C менен бөлмө температурасынын ортосунда болжол менен 40–50 циклден кийин жарылып, ар алты-сегиз жумада пландалбаган токтотууларды талап кылчу. Өндүрүш командасы муллитти жана айрым кремний карбид прототиптерин сыноодон өткөргөн, бирок бааларды асманга чыгарбай туруктуу кызмат мөөнөтүн камсыздай алган эч нерсе болгон жок. Акыры биз негизги формалоочу табактарды жана саггерлерди 95 % Al₂O₃ камтыган алюминалык керамикалык корпуска алмаштырдык. Биринчи жыл ичинде орточо кызмат мөөнөтү 180 циклден ашып, мешти күтүүсүз токтотуулардын саны жарымынан ашык кыскарды. Бул бир гана материалдык өзгөрүү токтотуу убактысынын кыскарышын жана алмаштыруу жыштыгынын азайышын эске алганда тогуз айдын ичинде өзүн өзү актады.

Алюмина керамика негизинен 92–99,5% Al₂O₃ аралыгындагы сунулган алюминий оксидинен турат. Тазалыгы жогору болгондо жогорку температурадагы чыдамдуулук, электр изоляциясы жана эскирүүгө туруктуулук жакшырат, бирок синтерлөө температурасы да жогору болот. Стандарттык сорттор кургак басуу, изостатикалык басуу же экструзия ыкмалары менен даярдалып, андан соң 1500–1700 °C температурада күйгүзүлөт. Эң талаптуу колдонмолор үчүн ысык изостатикалык басуу (HIP) же суспензиялык калыптоо ыкмасы колдонулуп, андан соң жашыл иштетүү аркылуу өтө төмөн пористүүлүккө ээ, дээрлик таза формадагы бөлүктөр алынат.

Алюминаны өзгөчө кылган нерсе — чыныгы эксплуатациялык кыжырдангандарга туруштук берген касиеттердин айкалышы. Моос шкаласы боюнча катуулугу болжол менен 9 баллга жакын, жылуулук өткөргүчтүгү керамика үчүн жакшы көрсөткүч (тазалыгына жараша 20–30 Вт/м·К), жана 1200 °Cден жогору температурада да пайдалуу ийилүүгө туруштук берүүчү бекемдикти сактайт. Ал ошондой эле көптөгөн оксиддик керамикаларга караганда көпчүлүк кислоталарга, щелочторго жана эриген металлдарга туруштук берет. Бул касиеттер алюминанын майдалоочу материалдарда, меш жабдыктарында, насос тыгыздоочу элементтерде, термопара коргоочу түтүктөрдө, электр изоляторлорунда жана эскирүүгө каршы каптоолордо колдонулушун түшүндүрөт.

Чыныгы тейлөөдөн алынган параллелдүү аткаруу маалыматтары

Бир нече жылдан кийин башка жерде биз бирдей нымдуу шарлы меште жогорку кремний камтыган керамикалык дененин шлифын иштетүүдө 92 % алюмина жана 99 % алюмина тартуу шарларын көзөмөлдүү салыштыруу аркылуу сыноодон өткөрдүк. Эки партияда тең бирдей шарлардын өлчөмү жана бирдей меш ылдамдыгы колдонулду. 2000 саат иштегенден кийин төмөнкүлөрдү өлчөдүк:

• 92 % алюминалык шар: орточо эскирүү ылдамдыгы салмак боюнча саатына 0,018 %. Шламдагы темир булганышы 1 500 сааттан кийин 0,035 %ге жетти. Шарлардын беттик катуулугу байкалаарлык жогорулап, акыркы 500 саатта майдалоо натыйжалуулугун жайлатты.
• 99 % алюминалык шарлар: орточо эскирүү ылдамдыгы саатына 0.007 %. Темирдин сиңиши 0.008 %ден төмөн болду. Шарлар узак убакытка жылмакай бойдон калып, жалпы алганда 12 %га азыраак майдалоо убактысы менен максатталган бөлүкчөлөрдүн өлчөмү боюнча таратылышты сактоого мүмкүндүк берди.

Жогорку тазалыктагы шарлар башында болжол менен 35 %га кымбатыраак болсо да, медиа сарптоо жарымдан ашыкка кыскарып, кийинки магниттик бөлүү кадамды жойгонубуз үчүн 99 % классы менен даярдалган сликтын тоннасына жалпы чыгым 22 %га төмөндөдү.

Биз мештин жабдыктарында окшош үлгүлөрдү байкадык. 1220 °C циклдерде иштеген ылдам күйүүчү фарфор плитка мешинде, 95 % алюминалык плиткалар 150 циклден кийин орточо 0,8 % салмак жоготуусун көрсөткөн, ал эми окшош кодиерит плиткалар 3,4 % жоготуп, ийиле баштаган. Ошондой эле алюмина бляшкалары жылуулукту бирдей таратып, жүктүн боюндагы температура айырмасын болжол менен 15 °Cга азайтып, күйүү туруктуулугун жакшыртты.

Узак мөөнөткө колдонуудан алынган практикалык сабактар

Ар бир колдонмо эң жогорку тазалыкты талап кылбайт. Көптөгөн эскирүүчү бөлүктөр жана жалпы күйүүчү жабдуулар үчүн 92–95 % алюмина эң жакшы натыйжалуулук менен чыгымдын ортосундагы тең салмактуулукту камсыздайт. 1 400 °Cден жогору температурада, кычкылтек азайган атмосферада же өтө жогорку термикалык соккуга туруктуулук талап кылынганда, циркония менен бекемделген алюмина же башка композиттер кээде зарыл болот. Алюмина дагы сыныкча; сталь аспаптарды ыргытуу же цехтеги кир металлдар тийүүсү сынык түзүшү мүмкүн, ошондуктан тазалыкты сактоо жана жүктөөнү туура жүргүзүү абдан маанилүү.

Тажрыйба көрсөткөндөй, эң чоң натыйжалар алюминалык керамиканы түз алмаштыруучу катары эмес, материалдын күчтүү жактарын эске алуу менен колдоо системасын кайрадан долбоорлоодо пайда болот. Жогорку ысык күчтүн аркасында жука бөлүктөрдү колдонуу көп учурда мүмкүн болуп, бул жылуулук массасын азайтып, ысытуу жана муздатуу убакыттарын кыскартат. Нүктөлүк жүктөрдөн качууга жана бирдей кеңейүүгө шарт түзгөн күйүүчү жабдууларды туура жайгаштыруу да кызмат мөөнөтүн олуттуу узартат.

Алюмина керамикасы дүкөндөгү эң арзан вариант болбойт, бирок токтоп калуу, булгануу же жыш алмаштыруу чыныгы чыгым алып келген шарттарда ал дагы деле өлчөнүүчү киреше алып келет. Сатып алуу баасынан сырткары чыныгы кызмат мөөнөтүн, эскирүү ылдамдыгын жана кийинки кесепеттерди эске алган заводдор эң маанилүү тапшырмалар үчүн дайыма алюминага кайрылышат. Шарттар ылайыктуу болгондо, ал жогорку температурадагы жана жогорку эскирүүчүлүк шарттарындагы процесстерди жылдан-жылга ишенимдүү жүргүзүү үчүн бизде бар эң ишенимдүү материалдардын бири бойдон калууда.