Materiales cerámicos

Moderno Materiales cerámicos Se trata de un nuevo tipo de cerámica, desarrollado a partir de la cerámica tradicional, basada en cerámicas especiales, con características distintivas que la diferencian. Ha trascendido con creces el concepto y el alcance de la cerámica tradicional. Es un producto de alta tecnología. Por lo tanto, los materiales cerámicos son un tema antiguo y reciente.

Los llamados materiales cerámicos modernos son materiales inorgánicos no metálicos. Constituyen una de las tres categorías principales de materiales modernos, junto con los metales y los materiales orgánicos. También se refiere a todos los materiales, excepto los metálicos y los orgánicos. El tema de este capítulo son los materiales cerámicos modernos o los materiales inorgánicos no metálicos modernos.

Los materiales cerámicos modernos tienen connotaciones de alta tecnología. En comparación con los materiales tradicionales, presentan principalmente las siguientes tres características:

(1) Con base en los requisitos del desarrollo científico y tecnológico modernoP.ment. Es producto del desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas y es un producto de alta tecnología.

(2) El proceso de fabricación es complejo y requiere la guía de los avances científicos y tecnológicos modernos. Por lo tanto, se trata de un producto que requiere un alto nivel de conocimiento técnico.

(3) Tiene propiedades excelentes y especiales y puede satisfacer los requisitos de las industrias comerciales y de nueva tecnología.

Clasificación de materiales cerámicos

Con el desarrollo de la producción, la ciencia y la tecnología, la variedad de materiales y productos cerámicos aumenta día a día. Para facilitar la comprensión de las características de los distintos materiales o productos, estos suelen clasificarse desde diferentes perspectivas.

1. Clasificación por composición química

(1) Cerámicas de óxido. Existen muchos tipos de cerámicas de óxido, que ocupan una posición muy importante en la familia de las cerámicas. Las cerámicas de óxido más comúnmente utilizadas son Al₂O₃, SiO₂, MgO, ZrO₃, CeO₂, CaO, Cr₂O₃, mullita (3Al₂O₃.2SiO₃) y espinela (MgAl₂O₃), etc. El Al₂O₃ y el SiO₂ en cerámicas se utilizan tan ampliamente como el acero y las aleaciones de aluminio en materiales metálicos. Algunas cerámicas de óxido se enumeran en la Tabla 11.1. Los silicatos también pertenecen a la serie de los óxidos, como el Zr₂siO₃. También existen óxidos compuestos como Ba₂T, Cgy₁iO₃; etc. que también entran en esta categoría.

Los materiales cerámicos se clasifican por composición química.

(2) Cerámicas de carburo. Las cerámicas de carburo generalmente tienen un punto de fusión más alto que los óxidos. Las más utilizadas son SIC, SC, Phoenix C, TIC, etc. Las cerámicas de carburo deben estar protegidas de la atmósfera durante el proceso de preparación.

(3) Cerámicas de amida. El cloruro más utilizado es el a-ji, que posee excelentes propiedades mecánicas integrales y resistencia a altas temperaturas. Además, las aplicaciones de las cerámicas de nitruro de TZN, BN y AI son cada vez más comunes. Se espera que el C₃N₄, de reciente aparición, tenga un mejor rendimiento que el Si₃O₄.

(4) Cuatro cerámicas químicas. Las aplicaciones de las cerámicas de boruro no son muy amplias. Se utilizan principalmente como aditivos de fondo o segundas fases que se añaden a otras matrices cerámicas para mejorar su rendimiento. Entre las más utilizadas se incluyen Ti, Zr₃, etc.

2. Clasificación por rendimiento y uso

(1) Cerámica estructural. La cerámica estructural se utiliza como material estructural para la fabricación de piezas. Se aprovechan principalmente sus propiedades mecánicas, como su resistencia, tenacidad, dureza, módulo, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas (resistencia a altas temperaturas, resistencia al choque térmico y resistencia a la ablación), entre otras. La mayoría de las cuatro cerámicas, clasificadas por su composición química nuclear, mencionadas anteriormente son cerámicas estructurales. Por ejemplo, la piedra AjZQ, el 3N4 y el ZX son materiales cerámicos estructurales representativos con propiedades mecánicas superiores.

(2) Cerámicas funcionales. Las cerámicas funcionales se utilizan como materiales funcionales para fabricar dispositivos funcionales, aprovechando principalmente sus propiedades físicas, como las electromagnéticas, térmicas, ópticas y biológicas. Por ejemplo, la ferrita. Las cerámicas ferroeléctricas se utilizan principalmente por sus propiedades electromagnéticas. Se utilizan para fabricar componentes electromagnéticos, las cerámicas dieléctricas para fabricar condensadores y las cerámicas piezoeléctricas para fabricar sensores de desplazamiento o presión. Las cerámicas de electrolito sólido se pueden utilizar para fabricar detectores de oxígeno gracias a sus propiedades de transferencia de iones. Las biocerámicas se utilizan para fabricar huesos y dientes artificiales. Los materiales superconductores y las fibras ópticas también pertenecen a la categoría de cerámicas funcionales.

Cabe mencionar que la clasificación anterior también es relativa. En lugar de ser absoluta, a veces no existe un límite estricto entre la cerámica estructural y la cerámica funcional. Para algunos materiales cerámicos, existen ambos. Cerámica piezoeléctrica. Si bien puede clasificarse como cerámica funcional, también tiene ciertos requisitos para sus propiedades mecánicas, como resistencia, tenacidad, dureza y módulo elástico. En primer lugar, debe tener suficiente resistencia para evitar daños al soportar la fuerza E, de modo que se puedan lograr las características piezoeléctricas comunes. Además, como la cerámica estructural de alta temperatura o la cerámica resistente al choque térmico y al fuego para piezas resistentes al calor de naves espaciales, aunque pertenecen a la categoría de cerámica estructural. Sin embargo, la resistencia a la expansión térmica no solo está determinada por su propia resistencia, tenacidad y módulo, sino que la conductividad térmica y el coeficiente de expansión térmica también son los mismos que las propiedades mecánicas, que tienen un impacto muy importante en la resistencia al choque térmico. La resistencia a la corrosión es una característica importante de las cerámicas químicas (como las bombas resistentes a los ácidos), pero requiere ciertas propiedades mecánicas para cumplir con los requisitos de la industria. Los materiales superconductores son difíciles de convertir en cables debido a su alto contenido en grasas. Por lo tanto, aún no se encuentran en la fase de aplicación práctica. En resumen, ya se trate de cerámicas estructurales o funcionales, las propiedades mecánicas son las más básicas de los materiales cerámicos. Simplemente, los diferentes usos tienen diferentes requisitos de propiedades mecánicas.

Este capítulo trata principalmente de la cerámica estructural.

Ventajas de la cerámica

1. Características de rendimiento de los materiales cerámicos

Como todos sabemos, los enlaces químicos de los materiales metálicos (oro puro o aleaciones) son principalmente metálicos. Están compuestos por átomos positivos de metal y nubes de electrones que los llenan. Los enlaces metálicos no tienen direccionalidad. Por lo tanto, el metal tiene buenas propiedades de deformación plástica. En cuanto a las cerámicas que ignoran los compuestos no metálicos, sus propiedades químicas son superiores a las de los enlaces covalentes. Esta química tiene una fuerte direccionalidad y una alta energía de enlace. Por lo tanto, es difícil que los materiales cerámicos experimenten deformación plástica. Alta fragilidad y alta sensibilidad al agrietamiento. Este es el talón de Aquiles de los materiales cerámicos. Pero es precisamente debido a este tipo de enlace químico que las cerámicas estructurales tienen una serie de propiedades especiales que las superan a los materiales metálicos.

①Su alta dureza determina su excelente resistencia al desgaste;

②Alto punto de inflamación. Se ha comprobado su excelente resistencia al calor.

③Alta estabilidad química. Esto le confiere una buena resistencia a la corrosión.

Si bien los materiales cerámicos presentan excelentes ventajas, su desventaja fundamental, la fragilidad, limita su rendimiento y sus aplicaciones prácticas. Por lo tanto, el endurecimiento de la cerámica se ha convertido en un tema central en la investigación de materiales cerámicos, que atrae la atención mundial (véase la sección sobre endurecimiento de la cerámica para más detalles).

2. Comparación entre la cerámica moderna (avanzada) y la cerámica tradicional

Cerámica moderna en comparación con la cerámica tradicional. Existen diferencias significativas en la composición de la materia prima, el proceso de preparación, la estructura organizativa y el rendimiento.

Contraste entre la cerámica tradicional y la cerámica moderna