پودر سرامیک اکسید: راهنمای عملی برای انواع، خواص و کاربردهای صنعتی

پودر سرامیک اکسید ماده خام اساسی در پشت برخی از سخت‌افزارهای مهندسی در صنعت مدرن است - از پوشش‌های سد حرارتی که از تیغه‌های توربین موتور جت محافظت می‌کنند، تا سطوح ایمپلنت زیست‌سازگار مورد استفاده در جراحی ارتوپدی، تا مواد بستر در دستگاه‌های الکترونیکی با فرکانس بالا. این اصطلاح شامل خانواده وسیعی از پودرهای غیرآلی و غیرفلزی می شود که در آن اکسیژن به صورت شیمیایی به یک یا چند عنصر فلزی یا نیمه فلزی متصل می شود و ترکیباتی با سختی استثنایی، پایداری حرارتی، عایق الکتریکی و مقاومت شیمیایی تولید می کند. این راهنما پیچیدگی را کاهش می دهد تا به مهندسان، متخصصان تدارکات، و محققان مواد درک عملی از چیستی پودرهای سرامیکی اکسیدی، تفاوت آنها، پارامترهای پردازش و اینکه هر نوع بهترین عملکرد را دارد، بدهد.

چه چیزی پودر سرامیک اکسید را تعریف می کند

سرامیک های اکسیدی زیرمجموعه ای از سرامیک های پیشرفته هستند که در آن پیوندهای شیمیایی اولیه شامل پیوندهای یونی و کووالانسی فلز-اکسیژن یا نیمه فلز-اکسیژن است. به صورت پودر، این مواد به صورت ذرات ریز تولید می‌شوند - از زیر میکرون (مقیاس نانومتری) تا ده‌ها میکرون قطر - که متعاقباً از طریق تف جوشی، پرس داغ، اسپری حرارتی یا سایر روش‌های پردازش متالورژی پودر و سرامیک به اجزای متراکم یا پوشش‌هایی تبدیل می‌شوند.

نام "اکسید" این مواد را از سرامیک های غیر اکسیدی مانند کاربیدها، نیتریدها و بوریدها متمایز می کند. سرامیک‌های اکسیدی معمولاً از نظر شیمیایی در محیط‌های اکسیدکننده پایدارتر هستند و نسبت به همتایان غیر اکسیدی خود در برابر اکسیداسیون با دمای بالا مقاوم‌تر هستند، که آنها را به انتخاب پیش‌فرض برای کاربردهایی که شامل قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض هوا، گازهای احتراق یا محیط‌های شیمیایی اکسیدکننده هستند تبدیل می‌کند. همچنین معمولاً نسبت به سرامیک‌های غیر اکسیدی زینتر با چگالی بالا آسان‌تر است، زیرا اتمسفرهای زینترینگ حاوی اکسیژن و محیط‌های استاندارد کوره به طور طبیعی با سیستم‌های پودر اکسید سازگار هستند.

خواص هر داده شده است پودر سرامیک اکسید توسط سه سطح ساختار تعیین می شود: شیمی کریستالی خود ترکیب (که خواص ذاتی مانند نقطه ذوب و رفتار الکتریکی را تعیین می کند)، ویژگی های ریزساختاری پودر (اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات، مورفولوژی و مساحت سطح)، و خلوص و ترکیب فازی پودر (که تعیین می کند آیا فازهای دوم، اثرات ناخالصی روی فرآیند وجود دارند و چه خواصی دارند یا چه تاثیری دارند).

انواع عمده پودر سرامیک اکسید و خواص آنها

دسته پودر سرامیک اکسید شامل ده ها ترکیب شیمیایی متمایز است، اما گروه نسبتاً کوچکی اکثریت قریب به اتفاق استفاده صنعتی و تحقیقاتی را به خود اختصاص می دهد. درک مشخصات خصوصیات متمایز این انواع اصلی برای انتخاب مواد ضروری است.

اکسید آلومینیوم (آلومینا، Al2O3)

آلومینا پرمصرف ترین پودر سرامیک اکسیدی در سطح جهان است. آلفا آلومینا (α-Al2O3) - فاز کریستالی پایدار ترمودینامیکی - شکلی است که در بیشتر کاربردهای ساختاری و سایش استفاده می شود. سختی تقریباً 9 در مقیاس Mohs (2000-2100 HV)، نقطه ذوب 2072 درجه سانتیگراد، عایق الکتریکی عالی (مقاومت بیش از 10¹4 Ω·cm در دمای اتاق)، و مقاومت شیمیایی خوب در برابر اکثر اسیدها و بازها به جز قلیایی های غلیظ و اسید هیدروفلوریک دارد.

پودر آلومینا در طیف وسیعی از خلوص - از 99٪ تا 99.99٪ - تولید می شود و اندازه ذرات از پودرهای زیر میکرونی کلسینه شده (D50 0.3-0.5 میکرومتر) که برای تف جوشی اجزای با چگالی بالا استفاده می شود، تا پودرهای آلومینا ذوب شده و خرد شده درشت تر (D50 میکرومتر به عنوان پودرهای خوراکی با اشعه D50) تولید می شود. کاربردهای ساینده رفتار تف جوشی آلومینا به خلوص حساس است: حتی 0.1 تا 0.5 درصد ناخالصی های فلز قلیایی (سدیم، پتاسیم) باعث رشد بیش از حد دانه در طول پخت می شود که منجر به ریزساختارهای درشت تر و کاهش استحکام مکانیکی می شود.

اکسید زیرکونیوم (زیرکونیا، ZrO2)

زیرکونیا دومین سرامیک اکسید ساختاری مهم است که با ترکیب سختی متوسط، چقرمگی شکست فوق العاده بالا (برای سرامیک)، رسانایی حرارتی بسیار کم و رسانایی یونی بالا در دماهای بالا از آلومینا متمایز می شود. زیرکونیای خالص در دمای تقریباً 1170 درجه سانتیگراد تحت یک تبدیل فاز مونوکلینیک به چهار ضلعی قرار می گیرد که با تغییر حجم همراه است که باعث ایجاد ترک در مواد بدون روکش در هنگام خنک شدن می شود - پودر ZrO2 خالص را برای اجزای ساختاری متراکم و بدون تثبیت نامناسب می کند.

پودرهای زیرکونیای تثبیت شده با افزودن اکسیدهای ناخالص - معمولاً ایتریا (Y2O3)، کلسیا (CaO)، منیزیم (MgO) یا سریا (CeO2) - که تبدیل فاز مخرب را سرکوب می کنند، تولید می شوند. مهم ترین انواع مورد استفاده در صنعت، پودرهای زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا (YSZ) هستند، به ویژه 3 مول درصد YSZ (3Y-TZP) برای حداکثر چقرمگی در کاربردهای دندانپزشکی و زیست پزشکی، و 8 مول درصد YSZ (8YSZ) برای حداکثر مقاومت چرخه حرارتی در پوشش های مانع حرارتی برای پوشش های مانع حرارتی برای aerobintureero.

دی اکسید تیتانیوم (تیتانیا، TiO2)

تیتانیا به سه شکل کریستالی - روتیل، آناتاز و بروکیت - وجود دارد که روتیل فاز دمای بالا از نظر ترمودینامیکی پایدار است که در بیشتر کاربردهای سرامیک و پوشش استفاده می‌شود. پودر سرامیک تیتانیا دارای سختی متوسط ​​(Mohs 6-6.5)، ضریب شکست بالا و ثابت دی الکتریک است که آن را در فرمولاسیون های سرامیکی الکترونیکی ارزشمند می کند. آناتاز تیتانیا به دلیل فعالیت فتوکاتالیستی بالا در زیر اشعه ماوراء بنفش، کاربردهای محرک در تصفیه هوا، سطوح خود تمیز شونده و تصفیه آب فوتوکاتالیستی به ویژه در کاربردهای فوتوکاتالیستی مهم است. پودر روتیل TiO2 با مورفولوژی ذرات کنترل شده به عنوان ماده اولیه اسپری حرارتی برای پوشش های مقاوم در برابر سایش استفاده می شود که چقرمگی بهتری نسبت به آلومینا در محیط های مستعد ضربه ارائه می دهد.

اکسید منیزیم (منیزیم، MgO)

پودر منیزیا با نقطه ذوب فوق العاده بالا (2852 درجه سانتیگراد)، هدایت حرارتی خوب برای سرامیک اکسید و ویژگی شیمیایی پایه قوی مشخص می شود. این رطوبت سنجی است - رطوبت اتمسفر را جذب می کند تا Mg(OH)2 را تشکیل دهد - که ذخیره سازی و حمل پودر را پیچیده می کند و نیاز به خشک کردن دقیق قبل از تف جوشی دارد. پودر MgO به عنوان یک ماده نسوز در پوشش های کوره های با دمای بالا، به عنوان یک ماده ناخالص در آلومینا و سایر سرامیک های اکسیدی برای سرکوب رشد دانه و بهبود چگالی تف جوشی، و به عنوان ترکیبی از پودرهای سرامیکی اکسیدی چند جزئی برای کاربردهای تخصصی دی الکتریک و مغناطیسی استفاده می شود.

اکسید سریم (سریا، CeO2)

سریا یک پودر سرامیکی اکسید خاکی کمیاب با ساختار کریستالی فلوریت و ذخیره و ظرفیت آزادسازی اکسیژن قابل توجهی از طریق چرخه اکسیداسیون و کاهش Ce4+/Ce3+ است که آن را به ماده کاربردی حیاتی در مبدل‌های کاتالیزوری سه‌طرفه خودرو تبدیل می‌کند. در فرم پودر سرامیکی، سریا به عنوان تثبیت کننده زیرکونیا، به عنوان یک ساینده صیقل دهنده برای شیشه های نوری و ویفرهای سیلیکونی (که در آن سختی ملایم و عملکرد صیقل شیمیایی-مکانیکی آن، سطح برتر را با حداقل آسیب زیرسطحی فراهم می کند)، و به عنوان کمک تف جوشی در مواد الکترولیت پیل سوختی اکسید جامد (SOFC) استفاده می شود.

دی اکسید سیلیکون (سیلیکا، SiO2)

سیلیس در خانواده سرامیک های اکسیدی جایگاه منحصر به فردی را اشغال می کند زیرا می تواند در هر دو شکل کریستالی (کوارتز، کریستوبالیت، تری دیمیت) و فرم آمورف (سیلیکا ذوب شده) وجود داشته باشد. سیلیس دود آمورف و پودرهای سیلیس رسوبی دارای سطح بسیار بالایی (50 تا 400 متر مربع بر گرم) هستند و به عنوان اصلاح کننده رئولوژی، پرکننده های تقویت کننده در الاستومرها و حمایت های سطحی برای کاتالیزورها استفاده می شوند. پودر کوارتز کریستالی دارای خواص پیزوالکتریک است که در دستگاه های کنترل فرکانس الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. پودر سیلیس ذوب شده، با ضریب انبساط حرارتی نزدیک به صفر، در پوسته های ریخته گری سرمایه گذاری دقیق و به عنوان ماده اولیه اسپری حرارتی برای پوشش های کم انبساط استفاده می شود.

مقایسه خواص کلیدی پودرهای سرامیک اکسید اصلی

جدول زیر یک مقایسه جانبی از حیاتی ترین خواص مهندسی برای انواع پودر سرامیک اکسید اولیه برای حمایت از تصمیمات انتخاب مواد ارائه می دهد:

ویژگی های پودری که عملکرد پردازش را تعیین می کند

ترکیب شیمیایی عمده پودر سرامیک اکسید تنها بخشی از داستان را بیان می کند. خصوصیات فیزیکی و مورفولوژیکی ذرات پودر تأثیر به همان اندازه بزرگ - و اغلب غالب - بر نحوه رفتار پودر در طول فرآوری و ویژگی‌هایی که جزء متخلخل یا پوشش داده شده نهایی به دست می‌آورد دارد. اینها پارامترهایی هستند که مهندسان باتجربه سرامیک هنگام ارزیابی مقدار زیادی پودر به دقت بررسی می کنند.

اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات (PSD)

اندازه ذرات تنها تاثیرگذارترین مشخصه پودر برای تف جوشی است. پودرهای ریزتر دارای مساحت سطح بالاتری هستند که نیروی محرکه ترمودینامیکی برای تف جوشی را افزایش می دهد و امکان متراکم شدن را در دماهای پایین تر یا در زمان های کوتاه تر فراهم می کند. پودر آلومینا زیر میکرون (D50 0.2-0.5 میکرومتر) را می توان تا 99% چگالی نظری در دمای 1400-1500 درجه سانتیگراد تف جوشی کرد، در حالی که پودر درشت تر از همان شیمی (D50 2-5 میکرومتر) ممکن است به 1600-1.700 درجه سانتیگراد کمتر نیاز داشته باشد. برای کاربردهای اسپری حرارتی، برعکس است - ذرات خیلی ریز (زیر ~ 5 میکرومتر) به خوبی از طریق تجهیزات اسپری جریان نمی‌یابند و ممکن است به جای ذوب و رسوب در پلاسما تبخیر شوند. پودرهای خوراک اسپری حرارتی معمولاً در محدوده 15 تا 100 میکرومتر هستند، با PSD کنترل‌شده برای اطمینان از رفتار ثابت در حین پرواز.

وسعت توزیع اندازه ذرات به اندازه اندازه متوسط ​​ذرات اهمیت دارد. یک PSD باریک (توزیع فشرده در اطراف D50) بسته بندی یکنواخت تری در بسترهای پودری و رفتار پخت قابل پیش بینی تری ایجاد می کند. یک PSD گسترده می‌تواند چگالی سبز را از طریق بسته‌بندی بهتر ذرات ریز در فواصل بین ذرات درشت بهبود بخشد، که می‌تواند برای مسیرهای پردازش خاصی مفید باشد. مشخص کردن مقادیر D10، D50 و D90 - نه فقط D50 - هنگام خرید پودر سرامیک اکسید تصویر کامل تری از توزیع اندازه ذرات ارائه می دهد.

سطح ویژه (BET)

سطح ویژه که با روش جذب نیتروژن BET اندازه‌گیری می‌شود و بر حسب m²/g بیان می‌شود، ارتباط نزدیکی با اندازه ذرات دارد، اما زبری سطح و تخلخل داخلی ذرات را نیز منعکس می‌کند. پودرهای سطح بالا (بیش از 10 متر مربع در گرم برای آلومینا) واکنش شیمیایی بیشتری دارند، رطوبت اتمسفر بیشتری را جذب می‌کنند و در قالب‌های ریخته‌گری نواری و قالب‌گیری تزریقی به چسب بیشتری نیاز دارند. آنها همچنین در دماهای پایین‌تر متخلخل می‌شوند، اما نسبت به تراکم حساس‌تر هستند، که اگر در طول پردازش به درستی پراکنده نشود، می‌تواند آگلومره‌های سخت محدودکننده چگالی را در بدن سبز ایجاد کند.

مورفولوژی ذرات

شکل ذرات به طور مستقیم بر جریان پذیری پودر، چگالی بسته بندی و یکنواختی بدنه سبز تأثیر می گذارد. ذرات کروی - تولید شده با خشک کردن اسپری، پیرولیز اسپری یا فرآیندهای سل-ژل - آزادانه جریان می‌یابند، به طور یکنواخت بسته می‌شوند و اجسام سبز رنگ با توزیع چگالی همگن تولید می‌کنند که به معنی انقباض همسانگرد قابل پیش‌بینی در طول پخت است. ذرات با شکل نامنظم تولید شده توسط خرد کردن و آسیاب، جریان پذیری کمتری دارند و به طور یکنواخت کمتر بسته بندی می شوند، اما در بدنه های سبز پرس شده اتصال مکانیکی بهتری را ایجاد می کنند و می توانند در برخی از عملیات پرس، چگالی بالاتری را به عنوان پرس حاصل کنند. برای کاربردهای اسپری حرارتی، پودرهای کروی شده (ذراتی که از طریق پلاسما یا شعله گرد شده اند) ترجیح داده می شوند زیرا آزادانه از طریق تغذیه کننده های پودر جریان می یابند و مسیرهای ثابت تری را تولید می کنند.

ترکیب فاز و خلوص

برای پودرهای زیرکونیا، تأیید ترکیب فاز - تأیید نسبت صحیح ناخالصی تثبیت کننده برای اطمینان از وجود فاز هدف (چهارضلعی، مکعبی، یا مخلوط) - قبل از پردازش بسیار مهم است. پراش اشعه ایکس (XRD) روش تحلیلی استاندارد برای شناسایی فاز و کمیت است. برای آلومینا، تأیید اینکه پودر در فاز آلفا است (به جای فازهای انتقالی مانند گاما یا تتا) برای کاربردهایی که نیاز به انقباض تف جوشی قابل پیش بینی دارند - آلومیناهای انتقالی با یک رویداد گرمازا و تغییر حجم قابل توجه در دمای 1100 درجه سانتی گراد به آلفا تبدیل می شوند که می تواند باعث ترک خوردگی در اجزای پردازش ضعیف شود.

روش های ساخت پودر سرامیک اکسیدی

خواص پودر سرامیک اکسید تا حدی تابعی از نحوه ساخت آن است. مسیرهای سنتز مختلف پودرهایی با اندازه ذرات، مورفولوژی، خلوص و ترکیبات فازی به طور سیستماتیک متفاوت تولید می‌کنند و درک روش ساخت پشت یک پودر به پیش‌بینی نحوه عملکرد آن در پردازش کمک می‌کند.

• کلسیناسیون نمک های پیش ساز: رایج ترین مسیر صنعتی برای آلومینا و بسیاری از پودرهای اکسیدی دیگر. یک نمک فلزی محلول (مانند هیدروکسید آلومینیوم یا نیترات آلومینیوم) به صورت حرارتی در یک کوره دوار تجزیه می شود تا پودر اکسید تولید شود. اندازه ذرات و مساحت سطح توسط دمای کلسینه و زمان ماندن کنترل می شود. این مسیر کم هزینه و مقیاس پذیر است اما معمولاً ذرات نامنظم با سطح متوسط ​​تولید می کند.
• بارش همزمان: محلول‌های نمک فلزی با افزودن یک باز (معمولاً هیدروکسید آمونیوم) مخلوط و رسوب می‌شوند تا هیدروکسید یا پیش‌سازهای کربنات مخلوط تولید کنند که سپس به اکسید کلسینه می‌شوند. رسوب همزمان راه اصلی برای تولید پودرهای اکسید چند جزئی با اختلاط شیمیایی یکنواخت در مقیاس نانو است که برای زیرکونیای دوپ شده، تیتانات باریم و سایر سرامیک‌های اکسید کاربردی که در آنها همگنی شیمیایی ضروری است، ضروری است.
• پردازش سل-ژل: محلول‌های آلکوکسید فلزی یا نمک هیدرولیز و متراکم می‌شوند تا شبکه ژلی تشکیل شود که سپس خشک و کلسینه می‌شود. Sol-gel پودرهای فوق العاده ریز و با خلوص بالا با PSD های باریک و همگنی شیمیایی عالی در سیستم های چند جزئی تولید می کند. محدودیت هزینه مواد خام بالاتر (پیش سازهای آلکوکسید فلز گران هستند) و مقیاس تولید کمتر در مقایسه با مسیرهای تکلیس است.
• سنتز شعله یا پلاسما: پیش سازهای فلزی (گازها، مایعات یا پودرها) به یک شعله یا جت پلاسما با دمای بالا تزریق می شوند، جایی که آنها اکسید شده و به سرعت خاموش می شوند تا نانوذرات اکسیدی را تشکیل دهند. این مسیر بهترین و یکنواخت ترین نانو پودرهای سرامیکی اکسید موجود (D50 10-100 نانومتر) را با خلوص بسیار بالا تولید می کند. سیلیس دوددار و آلومینا دود تولید شده توسط هیدرولیز شعله از محصولات تجاری اصلی ساخته شده از این مسیر هستند.
• همجوشی و خرد کردن: مواد اکسیدی در کوره‌های قوس الکتریکی ذوب می‌شوند و شمش‌های ذوب شده جامد خرد، آسیاب شده و برای تولید پودر با توزیع اندازه ذرات کنترل‌شده طبقه‌بندی می‌شوند. پودرهای ذوب شده و خرد شده دارای مورفولوژی زاویه ای، بلورینگی بالا و معمولاً درشت تر هستند - عمدتاً به عنوان مواد اولیه اسپری حرارتی، دانه های ساینده و سنگدانه های نسوز به جای اجزای متخلخل استفاده می شوند.
• خشک کردن اسپری و پیرولیز اسپری: خشک کردن با اسپری گرانول های کروی آگلومره شده از سوسپانسیون های پودر اولیه ریز تولید می کند - این پودرهای کروی با جریان آزاد هستند که به عنوان مواد اولیه اسپری حرارتی و به عنوان گرانول های آماده برای فشار برای پرس قالب استفاده می شوند. اسپری پیرولیز محلول های نمک فلزی محلول را مستقیماً با اتمیزه کردن در یک کوره داغ به ذرات پودر اکسید کروی تبدیل می کند - پودرهایی با کروییت بالا و استوکیومتری کنترل شده تولید می کند.

کاربردهای صنعتی از نوع پودر سرامیک اکسید

پودرهای سرامیکی اکسیدی از طریق طیف وسیعی از مسیرهای فرآوری به کاربرد نهایی خود می رسند، که هر کدام از آنها خواسته های متفاوتی را برای ویژگی های فیزیکی پودر ایجاد می کند. تفکیک زیر مهمترین مناطق کاربرد را بر اساس نوع پودر و روش پردازش پوشش می دهد.

پوشش های اسپری حرارتی (هوا فضا، تولید برق، پوشاک صنعتی)

اسپری حرارتی یکی از بزرگترین کاربردهای حجمی پودرهای سرامیکی اکسیدی، به ویژه آلومینا و زیرکونیای تثبیت شده با ایتریا است. در فرآیندهای اسپری پلاسما و سوخت اکسیژن با سرعت بالا (HVOF)، پودر سرامیک به یک جریان گاز با دمای بالا تزریق می‌شود، جایی که ذرات ذوب یا نرم می‌شوند و به سمت بستر شتاب می‌گیرند، ضربه می‌زنند و به سرعت منجمد می‌شوند تا یک ریزساختار پوشش لایه‌ای را تشکیل دهند. سیستم پودر 8 مول درصد YSZ ماده استاندارد صنعت برای پوشش‌های مانع حرارتی (TBC) روی پره‌های توربین گاز است - رسانایی حرارتی پایین پوشش (2-2.5 W/m·K) و تحمل کرنش به بستر فلزی اجازه می‌دهد تا در دماهای بالاتر از حد بدون پوشش خود کار کند. مخلوط‌های آلومینا-تیتانیا (معمولاً Al2O3 13 درصد وزنی TiO2) برای پوشش‌های مقاوم در برابر سایش و خوردگی بر روی اجزای صنعتی استفاده می‌شود که در آن افزودن تیتانیا پوشش را نسبت به آلومینا خالص سفت می‌کند.

اجزای ساختاری و سایش متخلخل

پودر آلومینا زیر میکرونی با خلوص بالا، ماده اولیه برای اجزای آلومینا متخلخل است که در تجهیزات تولید نیمه هادی (چاک ویفر، آستر محفظه پلاسما)، قطعات سایش دقیق (مهربند پمپ، راهنماهای نخ، بستر ابزار برش)، و عایق های الکتریکی استفاده می شود. پودر معمولاً با پرس تک محوری، پرس ایزواستاتیک سرد (CIP)، ریخته‌گری نواری یا قالب‌گیری تزریقی به بدنه‌های سبز رنگ تبدیل می‌شود و سپس در دمای 1500-1650 درجه سانتی‌گراد زینتر می‌شود. پودر زیرکونیا 3Y-TZP ماده انتخابی برای روکش ها و بریج های دندانی، سرهای ارتوپدی فمور و قطعات مکانیکی دقیقی است که به چقرمگی شکست بالاتری نسبت به آلومینا نیاز دارند.

سرامیک های الکترونیکی و کاربردی

پودرهای سرامیک اکسید چند جزئی - از جمله تیتانات باریم (BaTiO3)، سرب زیرکونات تیتانات (PZT) و ترکیبات مختلف فریت - مواد فعال در خازن‌ها، حسگرهای پیزوالکتریک و محرک‌ها، مبدل‌ها و اجزای مغناطیسی هستند. الزامات کیفی برای پودرهای سرامیکی الکترونیکی از سخت‌گیرانه‌ترین‌ها در صنعت هستند: همگنی شیمیایی در مقیاس نانو، توزیع اندازه ذرات بسیار محکم، خلوص فوق‌العاده بالا (ناخالصی‌ها در سطح ppm می‌توانند به شدت خواص دی‌الکتریک یا مغناطیسی را تغییر دهند)، و استوکیومتری کنترل‌شده (حتی انحراف‌های کوچک از ویژگی‌های پایداری فاز و نسبت عملکردی را تحت تأثیر قرار می‌دهد).

کاربردهای زیست پزشکی و دندانپزشکی

پودرهای زیرکونیا و آلومینا که در کاربردهای پزشکی استفاده می شوند باید ISO 13356 (زیرکونیا برای ایمپلنت های جراحی) یا استانداردهای معادل آن را که ترکیب فاز، اندازه دانه، خواص مکانیکی و زیست سازگاری را مشخص می کند، داشته باشند. بلنک های زیرکونیای دندانی برای آسیاب CAD/CAM از مواد فشرده پودر YSZ از پیش پخته و نیمه متراکم شده تولید می شوند - حالت نیمه پخته شده اجازه می دهد تا قبل از اینکه جزء به طور کامل تا چگالی نهایی پخته شود، آسیاب کارآمد انجام شود. پودر آلومینا برای سطوح باسن سرامیکی روی سرامیک استفاده می شود، جایی که مقاومت در برابر سایش عالی و زیست سازگاری آن به کاهش تولید زباله های سایش در مقایسه با جایگزین های فلز روی پلی اتیلن منجر می شود.

مشخصات کیفی و روش های مشخصه سازی

مشخص کردن پودر سرامیک اکسید برای یک کاربرد فنی مستلزم تعریف مجموعه ای جامع از پارامترهای کیفیت قابل اندازه گیری است، نه فقط خلوص شیمیایی. مشخصات پودر دقیق باید شامل موارد زیر باشد:

• ترکیب شیمیایی و خلوص (ICP-OES یا XRF): حداقل درصد خلوص و حداکثر سطوح مجاز را برای ناخالصی های بحرانی مشخص کنید - به ویژه فلزات قلیایی برای آلومینا، محتوای هافنیوم برای زیرکونیا (سنگ معدن طبیعی زیرکونیا همیشه حاوی هافنیوم است، که برای کاربردهای هسته ای باید از نظر شیمیایی جدا شود)، و ناخالصی های فلزات واسطه برای سرامیک های الکترونیکی.
• ترکیب فاز (XRD): تجزیه و تحلیل فاز کمی توسط پالایش Rietveld از داده‌های XRD تأیید می‌کند که فاز کریستالی صحیح در نسبت صحیح وجود دارد - به‌ویژه برای زیرکونیای تثبیت‌شده و سرامیک‌های کاربردی حساس به فاز حیاتی است.
• توزیع اندازه ذرات (پراش لیزر، D10/D50/D90): هدف D50 و حداکثر D90 مجاز را برای کنترل دم درشت توزیع مشخص کنید، که به طور نامتناسبی بر همگنی بدن سبز و یکنواختی تف جوشی تأثیر می گذارد.
• سطح ویژه (جذب نیتروژن BET): محدوده هدف را مشخص کنید - نه فقط یک حداقل - زیرا هم سطح بسیار کم و هم سطح بسیار زیاد مشکلات پردازشی را ایجاد می کند (قابلیت پخت ناکافی در مقابل تجمع و تقاضای بیش از حد بایندر).
• چگالی حجمی و ضربه ای: این اندازه‌گیری‌ها رفتار بسته‌بندی پودر را مشخص می‌کنند و به طور مستقیم با یکنواختی پر کردن قالب در عملیات پرس و جریان پودر در فیدرهای اسپری حرارتی مرتبط هستند.
• تلفات هنگام احتراق (LOI): محتوای فرار (آب جذب شده، بقایای آلی، محصولات تجزیه کربنات) را که باید قبل یا در حین تف جوشی سوزانده شوند، اندازه گیری می کند. LOI بالای غیرمنتظره می تواند باعث ترک خوردگی یا نفخ در اجزای متخلخل شود.
• مورفولوژی (تصویربرداری SEM): میکروسکوپ الکترونی روبشی تجسم مستقیم شکل ذرات، ساختار آگلومرا و بافت سطح را فراهم می کند که نمی توان تنها از داده های پراش لیزری استنباط کرد.

ملاحظات نگهداری، نگهداری و ایمنی

پودرهای سرامیکی اکسید از نظر شیمیایی پایدار هستند و به طور کلی به عنوان مواد حجیم غیر سمی هستند، اما ذرات ریز سرامیکی در محدوده اندازه قابل تنفس (زیر 10 میکرومتر و به خصوص کمتر از 4 میکرومتر) خطر سلامتی مزمن برای استنشاق ایجاد می کنند. استنشاق طولانی مدت پودر سرامیک اکسید ریز - به ویژه سیلیس کریستالی (کوارتز) و برخی پودرهای آلومینا ریز - می تواند باعث بیماری پیشرونده ریه شود. سیلیس کریستالی توسط IARC به عنوان سرطان‌زای گروه 1 طبقه‌بندی می‌شود. تمام کار با پودرهای سرامیکی اکسید ریز باید با رعایت محدودیت‌های مواجهه شغلی (OSHA PEL، ACGIH TLV) با استفاده از کنترل‌های مهندسی مناسب (فرایندهای محصور، تهویه محلی خروجی) و حفاظت تنفسی (حداقل ماسک تنفسی P100 برای جابجایی پودر ریز) انجام شود.

ذخیره سازی پودرهای سرامیکی اکسیدی نیازمند توجه به حساسیت به رطوبت است - به ویژه برای منیزیم (که در هوای مرطوب به منیزیم (OH)2 تبدیل می شود)، پودرهای زیرکونیایی تا حدی تثبیت شده و نانو پودرهای سطح بالا که آب اتمسفر را به سرعت جذب می کنند. در ظروف در بسته با ماده خشک کننده در شرایط خنک و خشک نگهداری شود. پودرهایی که در معرض رطوبت قرار گرفته اند باید قبل از استفاده در زینترینگ یا اسپری حرارتی در دمای مناسب خشک شوند تا از تولید بخار در داخل اجزا در طول پردازش جلوگیری شود.

پودرهای سرامیکی اکسید در مقیاس نانو (اندازه ذرات زیر 100 نانومتر) ملاحظات بیشتری را در ارتباط با پتانسیل آنها برای تعلیق در هوا و کاهش مقاومت تجمعی ارائه می دهند. کار با پودرهای سرامیکی نانو ذرات باید از دستورالعمل‌های نوردهی خاص نانو پیروی کند، از جمله استفاده از جعبه‌های دستکش یا محفظه‌های جریان آرام برای عملیات توزین و انتقال، و دفع به عنوان زباله‌های خطرناک مطابق با مقررات محلی زباله‌های نانوذرات.