Zeramikazko materialak

Zeramikazko material modernoak zeramika mota berri bat dira, zeramika berezietan oinarritutako zeramika tradizionaletik garatzen direnak eta zeramika tradizionaletik desberdinak diren ezaugarri bereizgarriak dituztenak. Zeramika tradizionalaren kontzeptutik eta esparrutik haratago joan da aspaldi. Teknologia handiko eta berriko produktua da. Hori dela eta, zeramikazko materialak gai zaharra eta gaztea dira.

Zeramikazko material moderno deiturikoak material ez-metaliko inorganikoak dira. Material modernoen hiru kategoria nagusietako bat da metalekin eta material organikoekin batera. Material guztien onarpen orokorra ere bada, metalezko materialak eta material organikoak izan ezik. Kapitulu honetan eztabaidagaia zeramikazko material modernoak edo material ez-metaliko inorganiko modernoak dira.

Zeramikazko material modernoek goi-teknologiako konnotazioak dituzte. Material tradizionalekin alderatuta. Batez ere, hiru ezaugarri hauek ditu:

(1) Garapen zientifiko eta teknologiko modernoaren eskakizunetan oinarrituta. Zientzia eta teknologia modernoaren garapenaren produktua da eta goi-teknologiako produktua da.

(2) Fabrikazio-prozesua konplexua da eta lorpen zientifiko eta teknologiko modernoen gidaritza behar du. Hori dela eta, ezagutza teknikoa duen produktu intentsiboa da.

(3) Propietate bikainak eta bereziak ditu eta industria komertzialen eta teknologia berrien eskakizunak bete ditzake.

Zeramikazko materialen sailkapena

Ekoizpenaren eta zientzia eta teknologiaren garapenarekin. Zeramikazko material eta produktu motak egunetik egunera handitzen ari dira. Hainbat material edo produkturen ezaugarriak ulertzea errazteko, angelu ezberdinetatik sailkatu ohi dira.

1. Osaera kimikoaren araberako sailkapena

(1) Oxido-zeramika. Oxido-zeramika mota asko daude, zeramika familian oso leku garrantzitsua betetzen dutenak. Gehien erabiltzen diren oxido-zeramika Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO dira. Cr2O3, mullita (3Al2O3.2SiO4) eta espinela (MgAl2O3), etab. Zeramikazko Al2O3 eta SiO2 material metalikoetako altzairu eta aluminio aleazio bezain erabiliak dira. Oxido-zeramika batzuk 11.1 taulan ageri dira. Silikatoak ere oxidoen serieari dagozkio. Esaterako, ZrsiO4. Deia itxaron da. BaT, CgyiO bezalako oxido konposatuak ere badaude; eta abar ere kategoria honetan sartzen dira.

Zeramikazko materialak konposizio kimikoaren arabera sailkatzen dira

(2) Karburozko zeramika. Karburozko zeramikak, oro har, oxidoek baino urtze-puntu handiagoa dute. Gehien erabiltzen direnak SIC, SC, Phoenix C. TIC eta abar dira. Karburozko zeramikak atmosfera babestu behar du prestaketa prozesuan.

(3) Amida zeramika. Klorurorik erabiliena a-ji da, propietate mekaniko integral bikainak eta tenperatura altuko erresistentzia dituena. Gainera, TZN, BN eta AI nitruro zeramiken aplikazioak gero eta hedatuagoak dira. Duela gutxi agertu berri den C3N4k Si3O4 baino errendimendu hobea izango duela espero da.

(4) Lau zeramika kimiko. Boruro zeramikaren aplikazioak ez dira oso zabalak. Gehigarri sakon gisa edo bigarren fase gisa erabiltzen dira, batez ere, beste zeramikazko matrize batzuei gehitzeko errendimendua hobetzeko. Gehien erabiltzen direnak Ti, Zr&, etab.

2. Errendimenduaren eta erabileraren araberako sailkapena

(1) Egiturazko zeramika. Egiturazko zeramika egiturazko material gisa erabiltzen da egiturazko piezak fabrikatzeko. Batez ere bere propietate mekanikoak erabili. Indar handiagoa, gogortasuna, gogortasuna, modulua, higadura-erresistentzia, tenperatura altuko erresistentzia (tenperatura handiko erresistentzia, shock termikoaren erresistentzia, ablazio-erresistentzia), etab. Goian aipatutako konposizio kimiko nuklearraren arabera sailkatutako lau zeramika gehienak egitura-zeramika dira. Hala nola, AjZQ harria. 3N4 eta ZX egiturazko zeramikazko material adierazgarriak dira, propietate mekaniko bikainak dituztenak.

(2) Zeramika funtzionalak. Zeramika funtzionalak material funtzional gisa erabiltzen dira gailu funtzionalak fabrikatzeko, batez ere haien propietate fisikoak erabiliz, hala nola propietate elektromagnetikoak, propietate termikoak, propietate optikoak, propietate biologikoak, etab. Ferrita adibidez. Zeramika ferroelektrikoak propietate elektromagnetikoengatik erabiltzen dira batez ere. Osagai elektromagnetikoak egiteko erabiltzen da, zeramika dielektrikoak kondentsadoreak egiteko eta zeramika piezoelektrikoak desplazamendu edo presio sentsoreak egiteko. Elektrolito solidoen zeramika erabil daiteke oxigeno-detektagailuak egiteko ioien transferentzia-propietateak erabiliz. Biozeramika hezur artifizialak eta hortz artifizialak egiteko erabiltzen da. Material supereroaleak eta zuntz optikoak ere zeramika funtzionalen kategoriakoak dira.

Aipatzekoa da aurreko sailkapena ere erlatiboa dela. Absolutua izan beharrean, batzuetan ez dago muga zorrotzik egiturazko zeramika eta zeramika funtzionalaren artean. Zeramikazko material batzuetarako, bi daude. Zeramika piezoelektrikoak. Zeramika funtzional gisa sailka daitekeen arren, ezaugarri mekanikoengatik ere baldintza batzuk ditu, hala nola, erresistentzia, gogortasuna, gogortasuna eta modulu elastikoa. Lehenik eta behin, E indarra jasateko orduan kalteak saihesteko indar nahikoa izan behar du, ezaugarri piezoelektriko komunak lortu ahal izateko. Horrez gain, hala nola, tenperatura altuko egitura-zeramika edo kolpe termikoen aurkako eta suaren aurkako zeramika espazio-ontzien bero-erresistentzia piezetarako, nahiz eta egitura-zeramika kategoriakoak izan. Hala eta guztiz ere, hedapen termikoaren erresistentzia ez da bere indarra, gogortasuna eta moduluaren arabera zehazten, baizik eta eroankortasun termikoa eta hedapen termikoaren koefizientea propietate mekanikoen berdinak dira, shock termikoaren erresistentzian eragin oso garrantzitsua dutenak. Korrosioarekiko erresistentzia zeramika kimikoen (adibidez, azidoarekiko erresistenteak diren ponpak) errendimendu garrantzitsua da, baina ezaugarri mekaniko batzuk izan behar ditu industriaren eskakizunak betetzeko. Material supereroaleak zailak dira hari bihurtzea oso gantz delako. Beraz, oraindik ezin da aplikazio praktikoaren fasean sartu. Laburbilduz, zeramika estrukturalak edo zeramika funtzionalak izan, propietate mekanikoak dira material zeramikoen propietate oinarrizkoenak. Besterik da erabilera ezberdinek ezaugarri mekanikoetarako eskakizun desberdinak dituztela.

Kapitulu honetan, batez ere, egitura-zeramika aztertzen da.

Zeramikaren abantailak

1. Zeramikazko materialen errendimendu-ezaugarriak

Denok dakigunez, material metalikoen (urre hutsa edo aleazioak) lotura kimikoak metalak dira gehienbat. Metalezko atomo positiboz eta horiek betetzen dituzten elektroi-hodeiz osatuta daude. Lotura metalikoek ez dute norabiderik. Hori dela eta, metalak deformazio plastikozko propietate onak ditu. Konposatu ez-metalikoak baztertzen dituzten zeramikei dagokienez, haien propietate kimikoak osasuna eta lotura kobalenteak baino handiagoak dira. Kimika honek norabide sendoa eta lotura-energia handia ditu. Horregatik, zaila da zeramikazko materialak deformazio plastikoa jasatea. Hauskortasun handia eta pitzadura-sentsibilitate handia. Zeramikazko materialen Akilesen orpoa da. Baina, hain zuzen, lotura kimiko mota hori dela eta, egiturazko zeramikek material metalikoen gainetik dauden propietate berezi batzuk dituzte.

①Gogortasun handiak higaduraren erresistentzia bikaina zehazten du;

②Su-puntu altua. Bero erresistentzia nabarmena duela zehaztu du;

③Egonkortasun kimiko handia. Korrosioarekiko erresistentzia ona duela zehazten du.

Zeramikazko materialek abantaila bikainak dituzten arren. Hala ere, bere desabantaila larria -hauskortasuna- bere errendimendua eta aplikazio praktikoak mugatzen ditu. Hori dela eta, zeramikaren gogortzea mundu osoan arreta erakartzen duen zeramikazko materialen ikerketaren esparruan oinarrizko gaia bihurtu da (ikus zeramikaren gogorketa atala xehetasunetarako).

2. Zeramika moderno (aurreratua) eta zeramika tradizionalaren arteko konparaketa

Zeramika modernoa zeramika tradizionalekin alderatuta. Desberdintasun handiak daude lehengaien osaeran, prestaketa prozesuan, antolaketa egituran eta errendimenduan.

Zeramika tradizionalaren eta zeramika modernoaren arteko kontrastea