एल्यूमिना (Al₂O₃) सिरेमिक के फायदे अच्छी तरह से पहचाने जाते हैं: उच्च कठोरता, उच्च पिघलने बिंदु, उत्कृष्ट संक्षारण और पहनने के प्रतिरोध। हालाँकि, पारंपरिक दबाव रहित सिंटरिंग आंतरिक छिद्रों को पूरी तरह से खत्म करने के लिए संघर्ष करती है, जिससे अवशिष्ट दोषों के कारण सामग्री की ताकत, पारदर्शिता और विश्वसनीयता सीमित हो जाती है। अत्यधिक अनाज को मोटा किए बिना पूर्ण घनत्व प्राप्त करने के लिए, इंजीनियरिंग दृष्टिकोण ने ऊंचे तापमान पर बाहरी दबाव के अनुप्रयोग की शुरुआत की है, जिसमें गर्म दबाव (एचपी) और गर्म आइसोस्टैटिक दबाव (एचआईपी) सबसे अधिक प्रतिनिधि तरीके हैं। इसके अलावा, थर्मल प्लाज्मा तकनीक ने उच्च गुणवत्ता वाले एल्यूमिना पाउडर के उत्पादन में अद्वितीय मूल्य दिखाया है।
हॉट प्रेसिंग (एचपी)
गर्म दबाव में गर्म करने के दौरान पाउडर कॉम्पैक्ट पर एकअक्षीय यांत्रिक दबाव लागू करना, एक ही चरण में गठन और सिंटरिंग का संयोजन शामिल होता है। दबाव आम तौर पर 20-50 एमपीए की सीमा में होता है, और तापमान एल्यूमिना के कण आकार और शुद्धता के आधार पर 1400 डिग्री और 1700 डिग्री के बीच समायोजित किया जाता है। बाहरी दबाव घनत्व के लिए एक अतिरिक्त प्रेरक शक्ति के रूप में कार्य करता है, प्रभावी ढंग से कण पुनर्व्यवस्था और प्लास्टिक प्रवाह को बढ़ावा देता है, जिससे महत्वपूर्ण अनाज वृद्धि होने से पहले छिद्रों को "निचोड़" दिया जाता है। परिणामस्वरूप, गर्म दबाव दबाव रहित सिंटरिंग की तुलना में कम तापमान पर लगभग सैद्धांतिक घनत्व प्राप्त कर सकता है।
पारदर्शी एल्यूमिना सिरेमिक गर्म दबाव का एक उत्कृष्ट अनुप्रयोग है। परंपरागत रूप से पापयुक्त पॉलीक्रिस्टलाइन एल्यूमिना अनाज की सीमाओं और छिद्रों पर प्रकाश के बिखरने के कारण अपारदर्शी होता है। गर्म दबाने से सरंध्रता 0.1% से कम हो सकती है, जिससे दृश्यमान सीमा में सराहनीय संप्रेषण के साथ सिरेमिक प्राप्त होते हैं, जिनका उपयोग उच्च दबाव वाले सोडियम लैंप लिफाफे, अवरक्त खिड़कियों और इसी तरह के अनुप्रयोगों में किया जाता है। उच्च तापीय चालकता एल्यूमिना सब्सट्रेट भी अक्सर गर्म दबाव या टेप कास्टिंग प्लस गर्म दबाव संयुक्त प्रक्रिया को नियोजित करते हैं। जब महीन एल्यूमिना पाउडर को लगभग 1550 डिग्री पर गर्म दबाया जाता है, तो सापेक्ष घनत्व 98.8% से अधिक हो सकता है और तापीय चालकता लगभग 37 डब्ल्यू/(एम·के) तक पहुंच जाती है, जो बिजली एकीकृत सर्किट की गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा करती है।
जटिल आकार वाले सिरेमिक घटकों के लिए,गर्म दबाने वाली कास्टिंग(कम दबाव इंजेक्शन मोल्डिंग) एक और तकनीकी मार्ग प्रदान करता है। एल्यूमिना पाउडर को पैराफिन आधारित बाइंडर के साथ मिलाया जाता है, धातु के सांचे में इंजेक्ट किया जाता है, ठंडा किया जाता है, डीमोल्ड किया जाता है और फिर डिबाइंडिंग और सिंटरिंग के अधीन किया जाता है। यह विधि उच्च आयामी सटीकता और अच्छी सतह फिनिश प्रदान करती है, जो इसे जटिल भागों के बैच उत्पादन के लिए उपयुक्त बनाती है, हालांकि दोषों से बचने के लिए डिबाइंडिंग प्रक्रिया का सावधानीपूर्वक नियंत्रण आवश्यक है।
हॉट आइसोस्टैटिक प्रेसिंग (HIP)
गर्म आइसोस्टैटिक दबाव एक साथ गर्म करते समय वर्कपीस पर उच्च आइसोट्रोपिक दबाव (आमतौर पर 100-200 एमपीए) लागू करने के लिए दबाव माध्यम के रूप में आर्गन या नाइट्रोजन का उपयोग करता है। एकअक्षीय गर्म दबाव की तुलना में, एचआईपी अधिक समान दबाव वितरण प्रदान करता है और जटिल आकार के हिस्सों या बैच भार को संभाल सकता है। एचआईपी को एल्यूमिना पर दो मुख्य तरीकों से लागू किया जाता है: पहले से सिंटर्ड सिरेमिक को सघन करने के लिए उपचार के बाद के चरण के रूप में जिसमें अभी भी थोड़ी मात्रा में बंद छिद्र होता है, या प्रत्यक्ष एचआईपी सिंटरिंग प्रक्रिया के रूप में जिसमें एनकैप्सुलेटेड पाउडर एक चरण में पूरी तरह से सघन हो जाता है।
अनुसंधान डेटा से पता चलता है कि एचआईपी उपचारित एल्यूमिना सिरेमिक अनिवार्य रूप से सैद्धांतिक घनत्व (3.98 ग्राम/सेमी³) तक पहुंचता है, जिसमें अनाज का आकार 2-8 माइक्रोन की सीमा में नियंत्रित होता है और छिद्र लगभग समाप्त हो जाते हैं। उदाहरण के लिए, जब 1700 डिग्री और 150 एमपीए पर इलाज किया जाता है, तो दबाव रहित पापी नमूनों की तुलना में एल्यूमिना की कठोरता और झुकने की ताकत में 8%-10% तक सुधार किया जा सकता है। एल्यूमिना मैट्रिक्स कंपोजिट के लिए, जैसे कि Al₂O₃/SiC व्हिस्कर प्रबलित सिरेमिक, HIP के बाद माइक्रोवेव सिंटरिंग का संयोजन घनत्व को 97.5% से 99.6% तक बढ़ाता है और फ्रैक्चर कठोरता को 10% तक बढ़ाता है।
बायोमेडिकल क्षेत्र में एचआईपी विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। एल्यूमिना कृत्रिम कूल्हे संयुक्त सिर को अत्यधिक उच्च विश्वसनीयता और थकान प्रतिरोध की आवश्यकता होती है; एचआईपी उपचार आंतरिक सूक्ष्म दोषों को समाप्त करता है, जिसके परिणामस्वरूप झुकने की ताकत 600 एमपीए से अधिक हो जाती है। इसी तरह, ज़िरकोनिया कठोर एल्यूमिना (जेडटीए) मिश्रित सिरेमिक अक्सर पूर्ण घनत्व प्राप्त करने के लिए एचआईपी से गुजरते हैं, जिससे मानव शरीर में उपयोग किए जाने पर दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित होती है।
बेशक, एचआईपी उपकरण महंगे हैं और प्रक्रिया चक्र अपेक्षाकृत लंबा है; यह आमतौर पर एयरोस्पेस घटकों, चिकित्सा प्रत्यारोपण, उच्च अंत बीयरिंग और पहनने के लिए प्रतिरोधी सील जैसे उच्च प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए आरक्षित है।
एल्युमिना पाउडर की थर्मल प्लाज्मा तैयारी
उपरोक्त प्रक्रियाएं शुरुआती पाउडर (शुद्धता, कण आकार, आकारिकी और फैलाव) की विशेषताओं पर स्पष्ट आवश्यकताएं लगाती हैं। थर्मल प्लाज्मा तकनीक उच्च गुणवत्ता वाले एल्यूमिना पाउडर का उत्पादन करने के लिए एक प्रभावी मार्ग प्रदान करती है। सिद्धांत में एल्यूमीनियम पाउडर या एल्यूमीनियम तार को एक थर्मल प्लाज्मा जेट (तापमान कई हजार डिग्री सेल्सियस तक पहुंचने के साथ) में डालना शामिल है, जहां इसे तुरंत पिघलाया जाता है और एल्यूमिना बनाने के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है, जिसे फिर तेजी से अति सूक्ष्म गोलाकार कणों में ठंडा किया जाता है।
The alumina powder obtained by this method exhibits a high spheroidization rate, narrow particle size distribution (typically sub micron to a few microns), high purity (>99.9%), और अच्छी प्रवाह क्षमता, जो इसे थर्मल छिड़काव, टेप कास्टिंग और इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए उपयुक्त बनाती है। रासायनिक मार्गों की तुलना में, थर्मल प्लाज्मा विधि में एक छोटी प्रक्रिया प्रवाह, कोई तरल अपशिष्ट निर्वहन और आसान स्केलेबिलिटी नहीं होती है। गोलाकार एल्यूमिना पाउडर का उपयोग अब इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग, सटीक पॉलिशिंग अपघर्षक और थर्मल बैरियर कोटिंग्स के लिए थर्मल प्रवाहकीय भराव जैसे क्षेत्रों में परिपक्व रूप से किया जाता है।