В ранните етапи на-изследванията на двуалуминиевия оксид с висока чистота, особено когато Китай за първи път навлезе в индустрията, постигането на пробиви в чистотата се превърна в мания.
Дълго време пазарната оценка на индустрията обичайно използва степени на чистота-4N (99,99%), 5N (99,999%), 6N (99,9999%) - като основен индикатор за техническите възможности на компанията.
По този начин в индустрията за производство на двуалуминиев оксид с висока{0}}чистота продължава да съществува широко погрешно разбиране: колкото по-висока е чистотата, толкова по-ценен е продуктът. Мнозина естествено приемат, че преминаването от 99,99% към 99,999% трябва да умножи цената няколко пъти.
Но онези, които наистина работят в тази област, ще ви кажат, че тъй като производството от висок{0}}клас надолу по веригата продължава да се надгражда, след като чистотата на двуалуминиевия оксид премине прага 4N, „високата чистота“ се превръща просто в билет за навлизане в първокласния пазар. Това, което наистина определя стойността и пазарната позиция на продукта, са параметри, много по-сложни от чистотата.
Те включват размер и разпределение на частиците, морфология, фина кристалност, висока диспергируемост, еднородност, специфична повърхност, активност на синтероване и т.н.
Вземете за пример двуалуминиев оксид с висока{0}}чистота за покритие на сепаратора. В техническа статия Chongqing Renbing, известен китайски производител на алуминиев оксид с висока-чистост, посочи, че алуминиевият оксид на прах, като ключов компонент на суспензиите за покритие, има своята чистота, разпределение на размера на частиците и диспергируемост, които потенциално влияят върху стабилността на суспензията и качеството на крайното покритие. Те наблегнаха на трите показателя за чистота, разпределение на размера на частиците и диспергируемост едновременно.
Днес нека обсъдим тези фактори, които могат да повишат „стойността“ на двуалуминиевия оксид с висока-чистота.
01 Чистота: Входен билет
Чистотата, разбира се, е важна, тъй като ефектите от примесите са обективни и специфични: примесите от желязо карат синтерованите материали да почерняват и стават матови; примесите на натрий и калий влошават електрическите характеристики; калцият и магнезият могат да причинят необичаен растеж на зърното.
Само когато се премахнат примесите, алуминиевият оксид може да се трансформира. Прах с чистота 99,99% може да се използва за прозрачна керамика, а прах с чистота 99,999% може да се използва за сапфир.
Без висока чистота като основа всички последващи резултати и приложения са невъзможни.
Освен това, 99,99%-това число може да изглежда просто, но то вече филтрира по-голямата част от производителите. Премахването на примеси като желязо, силиций, натрий и калций едно по едно от двуалуминиев оксид е предизвикателство за границите на способността на процеса на всяка стъпка. Всяко--увеличение на чистотата увеличава техническата трудност експоненциално.
В крайна сметка обаче чистотата е само „индикатор за праг“-когато веднъж бъде прекрачена, тя престава да бъде ключов разграничител. Дори ако разликите в чистотата могат да доведат до значителни разлики в цените, вариациите в параметрите на микроструктурата могат да доведат до още по-големи разлики в цените между продукти от същия клас 4N.
02 Размер и разпределение на частиците: „личната карта“ на микросвета
Размерът на частиците и разпределението на размера са най-основните и критични физични параметри на алуминиевия оксид с висока{0}}чистота.
Размерът на частиците директно определя поведението на праха при синтероване, плътността на опаковката и микроструктурата на крайния продукт. За керамиката, най-общо казано, колкото по-фини са частиците, толкова по-добре. Съгласно съществуващата теория за синтероването, скоростта на уплътняване на зелено тяло е обратно пропорционална на размера на частиците (или негова степен)-по-малките частици благоприятстват синтероването.
Фин прах от алуминиев оксид с висока{0}}чистост не се получава лесно. На уебсайта на Daimei Chemical можем да видим, че те могат да контролират първичния размер на частиците до 90 nm, но след калциниране в търговски прах, D50 достига 140 nm-и това вече е световно-ниво на алуминиев оксид с висока{7}}чистота, което прави по-нататъшните пробиви изключително трудни.
Според мен това, което е по-важно от "фините размери на частиците" е "тясното разпределение."
Широкото разпределение означава груби частици или прекомерни фини частици, което води до концентрация на напрежение по време на синтероване, повишена порьозност и значително намалена плътност на продукта. AKP‑30 на Sumitomo Chemical се превърна в класика именно защото постига тясно и стабилно разпределение при размер на частиците 0,3 микрона, съчетано със специфична повърхност от 7,4 m²/g, което позволява високо уплътняване при конвенционални температури на синтероване.
03 Морфология: Не само „добър външен вид“
Морфологията на частиците в никакъв случай не е естетически проблем, -а функционален.
Морфологиите включват сфери, полиедри, пластинки, пръчици, неправилни натрошени частици и т.н. Морфологията директно определя обемната плътност, плътността при изтичане, течливостта и стабилността на суспензията.
Сферичните частици, поради тяхната добра течливост, висока плътност на опаковане и равномерно разпределение на порите, позволяват ефективен контрол на растежа на зърната и елиминирането на порите по време на формоване и синтероване, което води до еднаква микроструктура и постоянна производителност. Квазисферичните частици също се считат за полезни за дисперсия.
Източник на изображението: Yangzhou Zhongtianli
Обратно, неправилните, ъглови частици не само показват слаба течливост, но също така са склонни да причиняват концентрации на напрежение и дефекти по време на формоване, което пряко влияе върху плътността и механичните свойства на синтерованото тяло. Поради тази причина патентите изрично предлагат производство на високо-диалуминиев триоксид с „добра сферичност, лесно диспергируеми частици и еднакъв размер на първичните кристали“.
Разбира се, други морфологии на високо{0}}чистия двуалуминиев оксид също имат отлични приложения в специфични области-например, тромбоцитният двуалуминиев оксид, с високото си аспектно съотношение, заема незаменима позиция в заздравяването на керамиката и абразивното полиране.
04 Фина кристалност: Определяне на посоката на синтероване
Контролът на фината кристалност се отнася до основния размер на кристалите на праха. Колкото по-фини са първичните кристалити, толкова по-силна е движещата сила на синтероването при същите условия. Проучванията показват, че използването на монодисперсен ултрафин прах Al₂O₃ с малки кристалити, висока специфична повърхност и висока повърхностна активност-поради късите разстояния на дифузия между частиците-изисква само по-ниски температури на синтероване и енергии на активиране за постигане на уплътняване. Някои изследвания са постигнали 100 градуса намаляване на температурата на калциниране чрез въвеждане на семена.
05 Диспергируемост и еднородност: Критичната връзка от праха до добива на готовия продукт
Високата диспергируемост означава, че първичните частици не образуват лесно твърди агломерати. След като прахът съдържа голям брой твърди агломерати, те действат като големи частици примеси, когато се смесват в суспензии, образувайки пори, дефекти и пукнатини след нанасяне на покритие и синтероване-това е една от най-честите причини за ниски добиви при керамиката от висок клас.
Еднородността обхваща две измерения: първо, в рамките на една партида всяка частица трябва да бъде еднаква по размер, морфология и разпределение на примесите; второ, примесните елементи не трябва да се отделят локално. Някои прахове могат да преминат цялостни тестове за чистота, но ако малко количество силициеви или натриеви примеси се агрегират като клъстери локално, тези примеси се отделят по границите на зърната по време на синтероване, причинявайки директно повреда на керамичната изолация.
Диспергируемостта и еднородността са "невидими индикатори" на праха; тестовете за чистота не могат да открият тези дефекти и проблемите се появяват едва след като крайният продукт е направен. Те са и основните елементи за оценка, които клиентите надолу по веригата използват при дългосрочен избор на доставчик.
Тук имам въпрос: има ли връзка между разпределението на размера на частиците и еднородността?
06 Специфична повърхностна площ и активност на синтероване: Точката на баланс на сърцевината в контрола на ефективността на праха
BET специфичната повърхност е съотношението на общата повърхност на частиците към масата и е силно свързана с размера на частиците, морфологията и грапавостта на повърхността. Колкото по-фини са частиците, толкова по-голяма е специфичната повърхност, толкова по-висока е активността на синтероване и толкова по-лесно е да се постигне уплътняване при по-ниски температури.
За производителите на керамика намаляването на температурата на синтероване с 200–300 градуса означава значителни икономии на енергия и намалено износване на пещта-когато това се изчисли, по-високата единична цена на първокласния прах всъщност може да стане по-икономичният избор.
Активността на синтероване е по същество цялостно отражение на множество параметри: чистотата определя степента на намеса на примесите; размерът на частиците и специфичната повърхност определят движещата сила на масовия транспорт; диспергируемостта определя равномерността на зеленото тяло.
Все пак трябва да се отбележи, че в някои приложения извън керамиката специфичната повърхност и активността на синтероване не се подчертават. Дори в рамките на керамиката остава под въпрос дали твърде високата специфична повърхност и активността на синтероване са от полза. Идеалният прах трябва да постигне баланс между "достатъчно висока активност на синтероване" и "контролируемо поведение при синтероване".
Съгласуваност на партидите: най-голямото препятствие в производството в промишлен мащаб
Всъщност консистенцията на партидата не е подходящо поставена до горните параметри за ефективност-това не е свойство на прах. Параметрите определят тавана на качеството на една партида, докато консистенцията на партидата до голяма степен представлява търговския под на компанията.
Създаването на перфектна партида в лабораторията не е трудно; това, което е трудно, е поддържането на едно и също ниво във всяка пратка. Причината, поради която японски компании като Daimei Chemical и Sumitomo Chemical отдавна поддържат доминиращата си позиция на пазара от висок клас, не е, че постигат по-висока чистота, а че са постигнали съвършенство в контрола на консистенцията на партидите с пълно измерение.
Цикълът на сертифициране за клиенти от висок клас надолу по веригата продължава 1-3 години и след като бъде избран квалифициран доставчик, те няма лесно да сменят източниците на прах. В миналото много местни проби на прах преминаха всички тестове с показатели, съответстващи на вносни продукти, но колебанията на партидите след масовото производство им попречиха изобщо да навлязат във веригите за доставки на клиенти от най-високо ниво. Консистенцията на партидите е едно от най-големите пречки, пречещи на домашния двуалуминиев оксид с висока чистота да достигне до пазара от висок клас.