تطبيق ألفا-ألومينا في الجديدسيراميك الألومينا
على الرغم من وجود أنواع عديدة من المواد الخزفية الجديدة، إلا أنه يمكن تقسيمها تقريبًا إلى ثلاث فئات وفقًا لوظائفها واستخداماتها: الخزف الوظيفي (المعروف أيضًا باسم الخزف الإلكتروني)، والسيراميك الهيكلي (المعروف أيضًا باسم الخزف الهندسي)، والسيراميك الحيوي. ووفقًا لمكونات المواد الخام المختلفة المستخدمة، يمكن تقسيمها إلى سيراميك الأكسيد، وسيراميك النيتريد، وسيراميك البوريد، وسيراميك الكربيد، وسيراميك المعادن. ومن بينها، يُعد سيراميك الألومينا بالغ الأهمية، ومادته الخام هي مسحوق ألفا-ألومينا بمواصفات مختلفة.
تُستخدم ألفا-ألومينا على نطاق واسع في إنتاج مختلف المواد الخزفية الجديدة، بفضل قوتها وصلابتها العالية ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية ومقاومتها للتآكل وغيرها من الخصائص الممتازة. فهي لا تُستخدم فقط كمواد خام مسحوقة لسيراميك الألومينا المتقدم، مثل ركائز الدوائر المتكاملة، والأحجار الكريمة الاصطناعية، وأدوات القطع، والعظام الاصطناعية، وغيرها، بل تُستخدم أيضًا كحامل فوسفوري، ومواد حرارية متطورة، ومواد طحن خاصة، وغيرها. مع تطور العلوم والتكنولوجيا الحديثة، يتوسع مجال استخدام ألفا-ألومينا بسرعة، ويتزايد الطلب في السوق، وتتسع آفاقه بشكل كبير.
تطبيق ألفا-ألومينا في السيراميك الوظيفي
السيراميك الوظيفييشير مصطلح "السيراميك المتطور" إلى السيراميك المتطور الذي يستخدم خصائصه الكهربائية والمغناطيسية والصوتية والبصرية والحرارية وغيرها، أو تأثيرات اقترانها، لتحقيق وظيفة معينة. يتميز هذا النوع من السيراميك بخصائص كهربائية متعددة، مثل العزل، والعزل الكهربائي، والكهرباء الضغطية، والكهربائية الحرارية، وأشباه الموصلات، والتوصيل الأيوني، والتوصيل الفائق، ما يجعله متعدد الوظائف وتطبيقات واسعة النطاق. ومن أهم هذه الخصائص المستخدمة عمليًا على نطاق واسع: سيراميك العزل لركائز الدوائر المتكاملة والتغليف، وسيراميك عزل شمعات الإشعال للسيارات، وسيراميك عازل المكثفات المستخدم على نطاق واسع في أجهزة التلفزيون ومسجلات الفيديو، وسيراميك الكهرضغطية متعدد الاستخدامات، والسيراميك الحساس لأجهزة الاستشعار المختلفة. كما يُستخدم أيضًا في أنابيب إضاءة مصابيح الصوديوم عالية الضغط.
1. سيراميك عازل لشمعات الإشعال
يُعدّ سيراميك عازل شمعات الاحتراق حاليًا الاستخدام الأوسع للسيراميك في المحركات. ونظرًا لخصائص الألومينا الممتازة في العزل الكهربائي، والقوة الميكانيكية العالية، ومقاومة الضغط العالي، ومقاومة الصدمات الحرارية، تُستخدم شمعات الاحتراق العازلة للألومينا على نطاق واسع عالميًا. يتطلب استخدام مساحيق ألفا-ألومينا الدقيقة منخفضة الصوديوم في شمعات الاحتراق، والتي لا تتجاوز نسبة أكسيد الصوديوم فيها 0.05%، ويبلغ متوسط حجم الجسيمات فيها 325 شبكة.
2. ركائز الدوائر المتكاملة ومواد التعبئة والتغليف
يتفوق السيراميك المستخدم كمواد أساسية ومواد تغليف على البلاستيك في الجوانب التالية: مقاومة عزل عالية، ومقاومة عالية للتآكل الكيميائي، وعزل عالي، ومنع تغلغل الرطوبة، وعدم تفاعله، وعدم تلويثه للسيليكون شبه الموصل فائق النقاء. أما خصائص ألفا-ألومينا المطلوبة لركائز الدوائر المتكاملة ومواد التغليف فهي: معامل التمدد الحراري 7.0×10-6/℃، والتوصيل الحراري 20-30 واط/كجم/متر (درجة حرارة الغرفة)، والثابت العازل 9-12 (IMH)، وفقد العزل 3-10-4 (IMH)، ومقاومة الحجم >1012-1014Ω·سم (درجة حرارة الغرفة).
مع الأداء العالي والتكامل العالي للدوائر المتكاملة، يتم طرح متطلبات أكثر صرامة للركائز ومواد التعبئة والتغليف:
مع زيادة توليد الحرارة في الشريحة، هناك حاجة إلى موصلية حرارية أعلى.
مع السرعة العالية لعنصر الحوسبة، هناك حاجة إلى ثابت عازل منخفض.
يجب أن يكون معامل التمدد الحراري قريبًا من معامل السيليكون. وهذا يزيد من متطلبات ألفا-ألومينا، أي أنه يتطور نحو نقاء ودقة عاليين.
3. مصباح الصوديوم عالي الضغط المشع للضوء
السيراميك الفاخرمصنوعة من أكسيد الألومنيوم فائق النعومة عالي النقاء كمواد خام، وتتميز بمقاومة درجات الحرارة العالية والتآكل والعزل الجيد والمتانة العالية، وهي مادة سيراميكية بصرية ممتازة. متعدد البلورات الشفاف، المصنوع من أكسيد الألومنيوم عالي النقاء مع كمية صغيرة من أكسيد المغنيسيوم أو أكسيد الإيريديوم أو إضافات أكسيد الإيريديوم، والمصنوع بتقنية التلبيد الجوي والتلبيد بالضغط الساخن، يتحمل تآكل بخار الصوديوم عالي الحرارة، ويمكن استخدامه كمصابيح صوديوم عالية الضغط ذات كفاءة إضاءة عالية.
تطبيق ألفا-ألومينا في السيراميك الإنشائي
نظرًا لكونها مواد طبية حيوية غير عضوية، فإن المواد الخزفية الحيوية لا تُسبب آثارًا جانبية سامة مقارنةً بالمواد المعدنية والبوليمرية، وتتميز بتوافق حيوي جيد ومقاومة جيدة للتآكل مع الأنسجة البيولوجية. وقد ازداد تقدير الناس لها. تطورت الأبحاث والتطبيقات السريرية للمواد الخزفية الحيوية من الاستبدال والحشو قصير الأمد إلى الغرس الدائم والثابت، ومن المواد الخاملة بيولوجيًا إلى المواد النشطة بيولوجيًا والمواد المركبة متعددة المراحل.
في السنوات الأخيرة، المساميةسيراميك الألومينااستُخدمت في صناعة المفاصل الهيكلية الاصطناعية، ومفاصل الركبة الاصطناعية، ورؤوس عظام الفخذ الاصطناعية، وعظام اصطناعية أخرى، وجذور الأسنان الاصطناعية، ومسامير تثبيت العظام، وإصلاحات القرنية، وذلك بفضل مقاومتها للتآكل الكيميائي، ومقاومة التآكل، وثباتها الجيد في درجات الحرارة العالية، وخواصها الحرارية الكهربائية. تتمثل طريقة التحكم في حجم المسام أثناء تحضير سيراميك الألومينا المسامي في خلط جزيئات الألومينا بأحجام مختلفة، وتشريبها بالرغوة، وتجفيفها بالرش. كما يمكن أنودة صفائح الألومنيوم لإنتاج مسام نانوية دقيقة وموجهة على شكل قنوات.