חומרי רכיבי אלומינה מתכתיים: בסיס חומר מרכזי של טכנולוגיה עילית מודרנית

כיום, אנרגיה, מידע וחומרים הפכו לסימני ההיכר של הציוויליזציה האנושית המודרנית, כאשר חומרים הם בסיס חומרי חיוני להישרדות והתפתחות האדם. בעקבות מתכות, קרמיקה ופולימרים, חומרי הקרמט של Metalized Alumina Components נכנסים לתעשיות שונות בשל ביצועים מעולים, זנים מגוונים ומגוון רחב של יישומים. לחומרי Cermet יש תכונות מצוינות כגון חוזק ספציפי גבוה, מודול ספציפי גבוה, עמידות בפני שחיקה ועמידות- בטמפרטורה גבוהה. בהקשרים רבים, הם הפכו לשם נרדף לחומרים חדשים, מהווים את הבסיס החומרי לטכנולוגיה גבוהה מודרנית, לתעשיות מתפתחות ולשינוי הטכנולוגי של תעשיות מסורתיות. הם גם חלק הכרחי מההגנה הלאומית המודרנית, מושכים תשומת לב משמעותית ברחבי העולם ומוכרים כאזור מפתח לפיתוח-היי-טק.

מתכות קרמיות הן חומרים מבניים המורכבים משלב קרמי קשה ושלב מקשר מתכת או סגסוגת. המילה האנגלית "Cermets" משלבת "קרמיקה" ו"מתכת". רכיבי קרמיקה מתכתיים שומרים על החוזק הגבוה, הקשיות הגבוהה, עמידות הבלאי, עמידות הטמפרטורה הגבוהה, עמידות החמצון והיציבות הכימית של קרמיקה, תוך שהם גם בעלי קשיחות מתכתית ופלסטיות טובה. מכיוון שאין גבול ברור בין שני המונחים האקדמיים "סרמטים" ו"סגסוגות קשות", קשה להגדיר את הגבול לחומרים ספציפיים. בהתבסס על הרכב החומר, "סגסוגות קשות" מסווגות גם כ"סרמטים".

המאפיינים העיקריים של קרמיקת מתכת כוללים את הדברים הבאים:

(1) יכולת הרטבה טובה של המתכת לשלב הקרמי. הרטיבות בין חלקיקי המתכת והקרמיקה היא אחד התנאים העיקריים להערכת המיקרו-מבנה והביצועים של cermets. ככל שהרטיבות חזקה יותר, כך גדלה הסיכוי שהמתכת תיצור שלב רציף, והביצועים של מגע המתכת המולחמה לקרמיקה טובים יותר.

(2) אין תגובה כימית אלימה בין שלב המתכת לשלב הקרמי. אם תגובת הממשק היא אלימה במהלך מתכת קרמית, ויוצרת תרכובות, לא ניתן להשתמש בשלב המתכת כדי לשפר את עמידות הקרמיקה בפני זעזועים מכניים והלם תרמי.

(3) ההבדל במקדמי ההתפשטות בין השלב המתכתי והקרמי אינו גדול מדי. כאשר מקדמי ההתפשטות התרמית של שלב המתכת והשלב הקרמי בקרמיקה מתכתית שונים באופן משמעותי, זה יגרום ללחץ פנימי גדול יותר ויקטין את היציבות התרמית של הצרמט.

שיטות ההכנה העיקריות לחומרי cermet כוללות כבישה חמה, סינטר אבקה והספגה. התהליכים הספציפיים הם כדלקמן:

כבישה חמה:חומרי גלם מתכת או סגסוגת/קרמיקה מפורקים דק, מעורבבים באופן אחיד, מעוצבים, דוחסים-בחום ומעובדים לקבלת המוצר המוגמר.

סינטר אבקה:חומרי גלם מתכת או סגסוגת/קרמיקה מרוסקים דק, מעורבבים באופן אחיד, מעוצבים, מיובשים, נורים לתוך מסגרת נקבובית, מסוננים ומעובדים לקבלת המוצר המוגמר.

הַספָּגָה:חומרי גלם מתכת או סגסוגת/קרמיקה מרוסקים דק, מעורבבים באופן אחיד, מעוצבים, מיובשים, נורים לתוך מסגרת נקבובית, מוספגים במתכת ומעובדים לקבלת המוצר המוגמר.

(1) שדה עיבוד שבבי

קרמיקה מתכתית בעלת קשיות גבוהה, קשיות אדומה ועמידות בפני שחיקה, ומציגה ביצועי חיתוך מצוינים בחיתוך מהיר- ויבש. באותם תנאי חיתוך, עמידות הבלאי של כלי קרמי-מתכתי עדיפה בהרבה מזו של קרביד צמנט רגיל.

(2) התעשייה האווירית

מאז שנות ה-50, נערך מחקר על TiC-Ni Metallized Ceramics לחומרים בטמפרטורה גבוהה- בלהבי מנועי סילון. עם זאת, במהלך סינטר, חוסר היכולת של ניקל להרטיב את TiC לחלוטין הוביל להצטברות ולצמיחה של חלקיקי TiC, וכתוצאה מכך קשיחות ירודה ואי השגת תכונות עמידות החום הרצויות-. ל-TiC עצמו יש קשיות גבוהה, נקודת התכה גבוהה, משקל סגולי נמוך ויציבות תרמית טובה, בעוד שנחושת מציגה מוליכות חשמלית ותרמית מצוינת ופלסטיות טובה. חומרים מרוכבים TiC/Cu, המורכבים מ-TiC ונחושת, משלבים את היתרונות של שניהם, מה שהופך אותם לבעלי ערך עבור יישומים כחומרים מוליכים ומוליכים תרמית, חומרים עמידים- בפני שחיקה, וציפויי גרון רקטות.

(3) יישומים אחרים
ציפויים מרוכבים מתכת-יכולים לשנות את המראה, המבנה וההרכב הכימי של המשטח החיצוני של מצע מתכת, ולהעניק למצע תכונות חדשות.רכיבי אלומינה מתכתייםמשלבים את החוזק והקשיחות של מתכות עם עמידות-בטמפרטורה גבוהה של קרמיקה, מה שהופך אותן לחומר מרוכב מצוין. הם יושמו בהצלחה בתעשיות תעופה וחלל, תעופה, ביטחון, כימיקלים, מכונות, חשמל ואלקטרוניקה.