Keramiske materialer

Moderne keramiske materialer er en ny type keramik, der er udviklet fra traditionel keramik baseret på speciel keramik og har karakteristiske egenskaber, der er anderledes end traditionel keramik. Det er længe gået ud over konceptet og rækkevidden af ​​traditionel keramik. Det er et produkt af høj og ny teknologi. Derfor er keramiske materialer et gammelt og ungt emne.

De såkaldte moderne keramiske materialer er uorganiske ikke-metalliske materialer. Det er en af ​​de tre hovedkategorier af moderne materialer sammen med metaller og organiske materialer. Det er også den generelle anerkendelse af alle materialer undtagen metalmaterialer og organiske materialer. Genstanden for diskussionen i dette kapitel er moderne keramiske materialer eller moderne uorganiske ikke-metalliske materialer.

Moderne keramiske materialer har højteknologiske konnotationer. Sammenlignet med traditionelle materialer. Det har hovedsageligt følgende tre egenskaber:

(1) Baseret på kravene til moderne videnskabelig og teknologisk udvikling. Det er et produkt af udviklingen af ​​moderne videnskab og teknologi og er et højteknologisk produkt.

(2) Fremstillingsprocessen er kompleks og kræver vejledning af moderne videnskabelige og teknologiske resultater. Derfor er det et teknisk videnintensivt produkt.

(3) Det har fremragende og specielle egenskaber og kan opfylde kravene fra kommercielle og nye teknologiske industrier.

Klassificering af keramiske materialer

Med udviklingen af ​​produktion og videnskab og teknologi. Typerne af keramiske materialer og produkter vokser dag for dag. For at lette forståelsen af ​​forskellige materialers eller produkters egenskaber klassificeres de normalt fra forskellige vinkler.

1. Klassificering efter kemisk sammensætning

(1) Oxid keramik. Der er mange typer oxidkeramik, som indtager en meget vigtig position i den keramiske familie. De mest almindeligt anvendte oxidkeramik er Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mullit (3Al2O3.2SiO4) og spinel (MgAl2O3) etc. Al2O3 og SiO2 i keramik er lige så udbredt som stål- og aluminiumslegeringer i metalliske materialer. Nogle oxidkeramik er anført i tabel 11.1. Silikater hører også til oxidserien. Såsom ZrsiO4. Opkaldet har ventet. Der er også sammensatte oxider såsom BaT, CgyiO; osv. falder også ind under denne kategori.

Keramiske materialer er klassificeret efter kemisk sammensætning

(2) Karbidkeramik. Karbidkeramik har generelt et højere smeltepunkt end oxider. De mest almindeligt anvendte er SIC, SC, Phoenix C. TIC osv. Hårdmetalkeramik bør have atmosfærebeskyttelse under fremstillingsprocessen.

(3) Amide keramik. Det mest udbredte klorid er a-ji, som har fremragende omfattende mekaniske egenskaber og høj temperaturbestandighed. Derudover bliver anvendelserne af TZN, BN og AI nitridkeramik stadig mere udbredt. C3N4, som netop er dukket op for nylig, forventes at have bedre ydeevne end Si3O4.

(4) Fire kemiske keramik. Anvendelsen af ​​boridkeramik er ikke særlig bred. De bruges hovedsageligt som dybe additiver eller sekundære faser, der skal tilføjes til andre keramiske matricer for at forbedre ydeevnen. De almindeligt anvendte inkluderer Ti, Zr& osv.

2. Klassificering efter ydeevne og anvendelse

(1) Strukturel keramik. Strukturel keramik bruges som strukturelle materialer til fremstilling af strukturelle dele. Brug hovedsageligt dets mekaniske egenskaber. Forbedret styrke, sejhed, hårdhed, modulus, slidstyrke, højtemperaturbestandighed (høj temperaturstyrke, termisk stødmodstand, ablationsmodstand) osv. De fleste af de fire keramik klassificeret efter nuklear kemisk sammensætning nævnt ovenfor er strukturel keramik. Såsom AjZQ sten. 3N4 og ZX er repræsentative strukturelle keramiske materialer med overlegne mekaniske egenskaber.

(2) Funktionel keramik. Funktionel keramik bruges som funktionelle materialer til fremstilling af funktionelle enheder, hovedsageligt ved hjælp af deres fysiske egenskaber såsom elektromagnetiske egenskaber, termiske egenskaber, optiske egenskaber, biologiske egenskaber osv. For eksempel ferrit. Ferroelektrisk keramik bruges hovedsageligt på grund af deres elektromagnetiske egenskaber. Det bruges til at lave elektromagnetiske komponenter, dielektrisk keramik bruges til at lave kondensatorer, og piezoelektrisk keramik bruges til at lave forskydnings- eller tryksensorer. Solid elektrolytkeramik kan bruges til at fremstille iltdetektorer ved hjælp af deres ionoverførselsegenskaber. Biokeramik bruges til at lave kunstige knogler og kunstige tænder. Superledende materialer og optiske fibre hører også til kategorien funktionel keramik.

Det er værd at nævne, at ovenstående klassifikation også er relativ. I stedet for at være absolut, er der nogle gange ingen streng grænse mellem strukturel keramik og funktionel keramik. For nogle keramiske materialer er der begge dele. Piezoelektrisk keramik. Selvom det kan klassificeres som funktionel keramik, har det også visse krav til dets mekaniske egenskaber, såsom styrke, sejhed, hårdhed og elasticitetsmodul. Først og fremmest skal den have tilstrækkelig styrke til at forhindre skade, når den modstår E-kraft, så fælles piezoelektriske egenskaber kan opnås. Hertil kommer, såsom højtemperatur strukturel keramik eller termisk stød- og brandbestandig keramik til rumfartøjer varmebestandige dele, selvom de tilhører kategorien af ​​strukturel keramik. Den termiske ekspansionsmodstand er dog ikke kun bestemt af dens egen styrke, sejhed og modul, men den termiske ledningsevne og termiske ekspansionskoefficient er også de samme som de mekaniske egenskaber, som har en meget vigtig indflydelse på den termiske stødmodstand. Korrosionsbestandighed er en vigtig ydeevne af kemisk keramik (såsom syrefaste pumper), men den skal have visse mekaniske egenskaber for at opfylde kravene i industrien. Superledende materialer er svære at lave til ledninger, fordi de er meget fedtholdige. Derfor kan den endnu ikke gå ind i den praktiske ansøgningsfase. For at opsummere, uanset om det er strukturel keramik eller funktionel keramik, er mekaniske egenskaber de mest grundlæggende egenskaber ved keramiske materialer. Det er bare, at forskellige anvendelser har forskellige krav til mekaniske egenskaber.

Dette kapitel diskuterer hovedsageligt strukturel keramik.

Fordele ved keramik

1. Ydelsesegenskaber for keramiske materialer

Som vi alle ved, er de kemiske bindinger af metalliske materialer (rent guld eller legeringer) for det meste metaller. De er sammensat af positive metalatomer og elektronskyer, der fylder dem. Metalbindinger har ingen retningsbestemthed. Derfor har metallet gode plastiske deformationsegenskaber. Hvad angår keramik, der ignorerer ikke-metalliske forbindelser, er deres kemiske egenskaber højere end sundhed og kovalente bindinger. Denne kemi har stærk retningsbestemthed og høj bindingsenergi. Derfor er det vanskeligt for keramiske materialer at gennemgå plastisk deformation. Høj skørhed og stærk revnefølsomhed. Dette er akilleshælen af ​​keramiske materialer. Men det er netop på grund af denne kemiske bindingstype, at strukturel keramik har en række særlige egenskaber, som er metalliske materialer overlegne.

①Høj hårdhed bestemmer dens fremragende slidstyrke;

②Højt flammepunkt. Fastslået, at den har enestående varmebestandighed;

③Høj kemisk stabilitet. Det bestemmer, at det har god korrosionsbestandighed.

Selvom keramiske materialer har så fremragende fordele. Men dens fatale ulempe - skørhed - begrænser dens ydeevne og praktiske anvendelser. Derfor er hærdning af keramik blevet et kerneemne inden for keramisk materialeforskning, der tiltrækker verdensomspændende opmærksomhed (se afsnittet om hærdning af keramik for detaljer).

2. Sammenligning mellem moderne (avanceret) keramik og traditionel keramik

Moderne keramik sammenlignet med traditionel keramik. Der er betydelige forskelle i råvaresammensætning, forberedelsesproces, organisationsstruktur og ydeevne.

Kontrast mellem traditionel keramik og moderne keramik