Matériaux céramiques

Moderne Matériaux céramiques Il s'agit d'un nouveau type de céramique, développé à partir de céramiques traditionnelles et basées sur des céramiques spéciales, et présentant des caractéristiques distinctives qui les distinguent de la céramique traditionnelle. Elle dépasse depuis longtemps le concept et le champ d'application de la céramique traditionnelle. Fruit d'une technologie de pointe, la céramique est un matériau à la fois ancien et récent.

Les matériaux céramiques modernes sont des matériaux inorganiques non métalliques. Ils constituent l'une des trois grandes catégories de matériaux modernes, avec les métaux et les matériaux organiques. Ils sont également généralement reconnus comme tels pour tous les matériaux, à l'exception des métaux et des matériaux organiques. Ce chapitre traite des matériaux céramiques modernes, ou matériaux inorganiques non métalliques modernes.

Les matériaux céramiques modernes ont une connotation high-tech. Comparés aux matériaux traditionnels, ils présentent principalement les trois caractéristiques suivantes :

(1) Sur la base des exigences du développement scientifique et technologique modernePMent. C'est le produit du développement de la science et de la technologie modernes et c'est un produit de haute technologie.

(2) Le processus de fabrication est complexe et nécessite l'appui des avancées scientifiques et technologiques modernes. Il s'agit donc d'un produit exigeant de nombreuses connaissances techniques.

(3) Il possède d'excellentes propriétés spéciales et peut répondre aux exigences des industries commerciales et des nouvelles technologies.

Classification des matériaux céramiques

Avec le développement de la production, des sciences et des technologies, les types de matériaux et de produits céramiques se multiplient. Afin de faciliter la compréhension des caractéristiques de ces matériaux et produits, ils sont généralement classés sous différents angles.

1. Classification par composition chimique

(1) Céramiques oxydées. Il existe de nombreux types de céramiques oxydées, qui occupent une place très importante dans la famille des céramiques. Les céramiques oxydées les plus couramment utilisées sont Al₂O₃, SiO₂, MgO, ZrO₃, CeO₂, CaO, Cr₂O₃, mullite (3Al₂O₃, 2SiO₃) et spinelle (MgAl₂O₃), etc. Al₂O₃ et SiO₂ sont aussi largement utilisés dans les céramiques que l'acier et les alliages d'aluminium dans les matériaux métalliques. Certaines céramiques oxydées sont répertoriées dans le tableau 11.1. Les silicates appartiennent également à la série des oxydes, comme ZrSiO₃. Appel en attente. Il existe également des oxydes composites tels que BaT, CgyiO₃, etc., qui entrent également dans cette catégorie.

Les matériaux céramiques sont classés par composition chimique

(2) Céramiques carbure. Les céramiques carbure ont généralement un point de fusion plus élevé que les oxydes. Les plus couramment utilisées sont les céramiques SIC, SC, Phoenix C, TIC, etc. Les céramiques carbure doivent être protégées par une atmosphère protectrice pendant leur préparation.

(3) Céramiques amides. Le chlorure le plus utilisé est l'a-ji, qui présente d'excellentes propriétés mécaniques et une résistance aux températures élevées. De plus, les applications des céramiques nitrurées TZN, BN et AI se généralisent. Le C₃N₄, récemment apparu, devrait offrir de meilleures performances que le Si₃O₄.

(4) Quatre céramiques chimiques. Les applications des céramiques borurées sont limitées. Elles sont principalement utilisées comme additifs de fond ou comme phases secondaires à ajouter à d'autres matrices céramiques pour améliorer leurs performances. Parmi les céramiques couramment utilisées, on trouve le Ti, le Zr, etc.

2. Classification par performance et utilisation

(1) Céramiques structurales. Les céramiques structurales sont utilisées comme matériaux de structure pour la fabrication de pièces. Elles exploitent principalement leurs propriétés mécaniques : résistance mécanique, ténacité, dureté, module, résistance à l'usure et aux hautes températures (résistance aux hautes températures, aux chocs thermiques et à l'ablation), etc. La plupart des quatre céramiques classées par composition chimique nucléaire mentionnées ci-dessus sont des céramiques structurales. Par exemple, les céramiques AjZQ, 3N4 et ZX sont des matériaux céramiques structurales représentatifs présentant des propriétés mécaniques supérieures.

(2) Céramiques fonctionnelles. Les céramiques fonctionnelles sont utilisées comme matériaux fonctionnels pour la fabrication de dispositifs fonctionnels, principalement grâce à leurs propriétés physiques telles que les propriétés électromagnétiques, thermiques, optiques et biologiques. Par exemple, la ferrite. Les céramiques ferroélectriques sont principalement utilisées pour leurs propriétés électromagnétiques. Elles sont utilisées pour la fabrication de composants électromagnétiques, les céramiques diélectriques pour la fabrication de condensateurs et les céramiques piézoélectriques pour la fabrication de capteurs de déplacement ou de pression. Les céramiques à électrolyte solide peuvent être utilisées pour la fabrication de détecteurs d'oxygène grâce à leurs propriétés de transfert d'ions. Les biocéramiques sont utilisées pour la fabrication d'os et de dents artificiels. Les matériaux supraconducteurs et les fibres optiques appartiennent également à la catégorie des céramiques fonctionnelles.

Il convient de noter que la classification ci-dessus est également relative. Loin d'être absolue, il n'existe parfois aucune frontière stricte entre céramiques structurales et céramiques fonctionnelles. Certains matériaux céramiques existent même avec les deux. Les céramiques piézoélectriques, bien que classées comme céramiques fonctionnelles, présentent certaines exigences en matière de propriétés mécaniques, telles que la résistance, la ténacité, la dureté et le module d'élasticité. Tout d'abord, elles doivent présenter une résistance suffisante pour résister à la force E, afin d'obtenir des caractéristiques piézoélectriques communes. Par ailleurs, les céramiques structurales haute température ou les céramiques résistantes aux chocs thermiques et au feu pour les pièces thermorésistantes des engins spatiaux appartiennent à la catégorie des céramiques structurales. Cependant, la résistance à la dilatation thermique n'est pas seulement déterminée par la résistance, la ténacité et le module d'élasticité, mais la conductivité thermique et le coefficient de dilatation thermique sont également identiques aux propriétés mécaniques, ce qui a un impact très important sur la résistance aux chocs thermiques. La résistance à la corrosion est une caractéristique importante des céramiques chimiques (comme les pompes résistantes aux acides), mais elles doivent posséder certaines propriétés mécaniques pour répondre aux exigences de l'industrie. Les matériaux supraconducteurs sont difficiles à transformer en fils en raison de leur forte teneur en matières grasses. De ce fait, ils ne peuvent pas encore entrer dans la phase d'application pratique. En résumé, qu'il s'agisse de céramiques structurales ou fonctionnelles, les propriétés mécaniques sont les propriétés les plus fondamentales des matériaux céramiques. Cependant, les différentes utilisations impliquent des exigences différentes en matière de propriétés mécaniques.

Ce chapitre traite principalement des céramiques structurelles.

Avantages de la céramique

1. Caractéristiques de performance des matériaux céramiques

Comme nous le savons tous, les liaisons chimiques des matériaux métalliques (or pur ou alliages) sont principalement métalliques. Elles sont composées d'atomes métalliques positifs et de nuages ​​d'électrons qui les remplissent. Les liaisons métalliques sont adirectionnelles, ce qui leur confère de bonnes propriétés de déformation plastique. Quant aux céramiques, qui ignorent les composés non métalliques, leurs propriétés chimiques sont supérieures à celles des liaisons saines et covalentes. Cette chimie présente une forte directivité et une énergie de liaison élevée. Par conséquent, les matériaux céramiques subissent difficilement une déformation plastique. Leur grande fragilité et leur forte sensibilité aux fissures constituent le talon d'Achille des matériaux céramiques. Mais c'est précisément grâce à ce type de liaison chimique que les céramiques structurales possèdent des propriétés spécifiques supérieures à celles des matériaux métalliques.

①La dureté élevée détermine son excellente résistance à l'usure ;

Point d'inflammation élevé. Excellente résistance à la chaleur.

③Haute stabilité chimique. Cela garantit une bonne résistance à la corrosion.

Bien que les matériaux céramiques présentent d'excellents avantages, leur fragilité, un inconvénient majeur, limite leurs performances et leurs applications pratiques. C'est pourquoi la trempe des céramiques est devenue un sujet central de recherche sur les matériaux céramiques, attirant l'attention du monde entier (voir la section sur la trempe des céramiques pour plus de détails).

2. Comparaison entre la céramique moderne (avancée) et la céramique traditionnelle

Comparaison entre la céramique moderne et la céramique traditionnelle. Il existe des différences significatives dans la composition des matières premières, le procédé de préparation, la structure organisationnelle et les performances.

Contraste entre la céramique traditionnelle et la céramique moderne