Materiali ceramici

Moderno Materiali ceramici Sono un nuovo tipo di ceramica, sviluppato a partire da ceramiche tradizionali basate su materiali speciali, con caratteristiche distintive che le differenziano da queste ultime. Hanno da tempo superato il concetto e la portata della ceramica tradizionale. Sono un prodotto di tecnologie avanzate e innovative. Pertanto, i materiali ceramici sono una materia antica e giovane.

I cosiddetti materiali ceramici moderni sono materiali inorganici non metallici. Rappresentano una delle tre principali categorie di materiali moderni, insieme ai metalli e ai materiali organici. Rappresentano anche il termine generico per tutti i materiali, ad eccezione dei materiali metallici e dei materiali organici. L'oggetto di discussione in questo capitolo sono i materiali ceramici moderni, ovvero i materiali inorganici non metallici moderni.

I materiali ceramici moderni hanno connotazioni high-tech. Rispetto ai materiali tradizionali, presentano principalmente le seguenti tre caratteristiche:

(1) Sulla base delle esigenze dello sviluppo scientifico e tecnologico modernoPomeriggioent. È il prodotto dello sviluppo della scienza e della tecnologia moderne ed è un prodotto ad alta tecnologia.

(2) Il processo di fabbricazione è complesso e richiede la guida dei moderni progressi scientifici e tecnologici. Pertanto, si tratta di un prodotto ad alta intensità di conoscenza tecnica.

(3) Ha proprietà eccellenti e speciali e può soddisfare i requisiti delle industrie commerciali e delle nuove tecnologie.

Classificazione dei materiali ceramici

Con lo sviluppo della produzione, della scienza e della tecnologia, le tipologie di materiali e prodotti ceramici aumentano di giorno in giorno. Per facilitare la comprensione delle caratteristiche dei vari materiali o prodotti, questi vengono solitamente classificati da diverse angolazioni.

1. Classificazione per composizione chimica

(1) Ceramiche ossidiche. Esistono molti tipi di ceramiche ossidiche, che occupano una posizione molto importante nella famiglia delle ceramiche. Le ceramiche ossidiche più comunemente utilizzate sono Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mullite (3Al2O3, 2SiO4) e spinello (MgAl2O3), ecc. Al2O3 e SiO2 nelle ceramiche sono ampiamente utilizzati quanto l'acciaio e le leghe di alluminio nei materiali metallici. Alcune ceramiche ossidiche sono elencate nella Tabella 11.1. Anche i silicati appartengono alla serie degli ossidi. Come ZrsiO4. La chiamata è in attesa. Esistono anche ossidi compositi come BaT, CgyiO; ecc. rientrano anche in questa categoria.

I materiali ceramici sono classificati in base alla composizione chimica

(2) Ceramiche al carburo. Le ceramiche al carburo hanno generalmente un punto di fusione più alto rispetto agli ossidi. Le più comunemente utilizzate sono SIC, SC, Phoenix C, TIC ecc. Le ceramiche al carburo devono essere protette dall'atmosfera durante il processo di preparazione.

(3) Ceramiche ammidiche. Il cloruro più utilizzato è a-ji, che presenta eccellenti proprietà meccaniche complessive e resistenza alle alte temperature. Inoltre, le applicazioni delle ceramiche nitruriche TZN, BN e AI stanno diventando sempre più diffuse. Si prevede che il C3N4, di recente introduzione, abbia prestazioni migliori rispetto al Si3O4.

(4) Quattro ceramiche chimiche. Le applicazioni delle ceramiche boruri non sono molto ampie. Sono utilizzate principalmente come additivi profondi o seconde fasi da aggiungere ad altre matrici ceramiche per migliorarne le prestazioni. Tra quelle comunemente utilizzate figurano Ti, Zr&, ecc.

2. Classificazione per prestazioni e utilizzo

(1) Ceramiche strutturali. Le ceramiche strutturali sono utilizzate come materiali strutturali per la produzione di componenti strutturali. Sfruttano principalmente le loro proprietà meccaniche. Maggiore resistenza, tenacità, durezza, modulo, resistenza all'usura, resistenza alle alte temperature (resistenza alle alte temperature, resistenza agli shock termici, resistenza all'ablazione), ecc. La maggior parte delle quattro ceramiche classificate in base alla composizione chimica nucleare sopra menzionate sono ceramiche strutturali. Come la pietra AjZQ. 3N4 e ZX sono materiali ceramici strutturali rappresentativi con proprietà meccaniche superiori.

(2) Ceramiche funzionali. Le ceramiche funzionali sono utilizzate come materiali funzionali per la produzione di dispositivi funzionali, sfruttando principalmente le loro proprietà fisiche come proprietà elettromagnetiche, proprietà termiche, proprietà ottiche, proprietà biologiche, ecc. Ad esempio, la ferrite. Le ceramiche ferroelettriche sono utilizzate principalmente per le loro proprietà elettromagnetiche. Vengono utilizzate per realizzare componenti elettromagnetici, le ceramiche dielettriche vengono utilizzate per realizzare condensatori e le ceramiche piezoelettriche vengono utilizzate per realizzare sensori di spostamento o pressione. Le ceramiche elettrolitiche solide possono essere utilizzate per realizzare rilevatori di ossigeno sfruttando le loro proprietà di trasferimento ionico. Le bioceramiche vengono utilizzate per realizzare ossa e denti artificiali. Anche i materiali superconduttori e le fibre ottiche appartengono alla categoria delle ceramiche funzionali.

Vale la pena ricordare che la classificazione di cui sopra è anche relativa. Piuttosto che essere assoluta, a volte non esiste un confine netto tra ceramiche strutturali e ceramiche funzionali. Per alcuni materiali ceramici, esistono entrambe. Ceramiche piezoelettriche. Sebbene possano essere classificate come ceramiche funzionali, presentano anche determinati requisiti per le loro proprietà meccaniche, come resistenza, tenacità, durezza e modulo elastico. Innanzitutto, devono avere una resistenza sufficiente a prevenire danni quando sottoposte a forza E, in modo da poter ottenere le caratteristiche piezoelettriche comuni. Inoltre, come le ceramiche strutturali ad alta temperatura o le ceramiche resistenti agli shock termici e al fuoco per componenti termoresistenti di veicoli spaziali, sebbene appartengano alla categoria delle ceramiche strutturali. Tuttavia, la resistenza alla dilatazione termica non è determinata solo dalla resistenza, tenacità e modulo, ma anche la conduttività termica e il coefficiente di dilatazione termica sono gli stessi delle proprietà meccaniche, che hanno un impatto molto importante sulla resistenza agli shock termici. La resistenza alla corrosione è una caratteristica importante delle ceramiche chimiche (come le pompe resistenti agli acidi), ma devono possedere determinate proprietà meccaniche per soddisfare i requisiti del settore. I materiali superconduttori sono difficili da trasformare in fili perché sono altamente grassi. Pertanto, non possono ancora entrare nella fase di applicazione pratica. In sintesi, che si tratti di ceramiche strutturali o funzionali, le proprietà meccaniche sono le proprietà più basilari dei materiali ceramici. Il fatto è che usi diversi richiedono requisiti diversi per le proprietà meccaniche.

In questo capitolo si parla principalmente di ceramiche strutturali.

Vantaggi della ceramica

1. Caratteristiche prestazionali dei materiali ceramici

Come tutti sappiamo, i legami chimici dei materiali metallici (oro puro o leghe) sono per lo più metallici. Sono composti da atomi metallici positivi e da nubi di elettroni che li riempiono. I legami metallici non hanno direzionalità. Pertanto, il metallo ha buone proprietà di deformazione plastica. Per quanto riguarda le ceramiche che ignorano i composti non metallici, le loro proprietà chimiche sono superiori a quelle dei legami solidi e covalenti. Questa chimica ha una forte direzionalità e un'elevata energia di legame. Pertanto, è difficile per i materiali ceramici subire una deformazione plastica. Elevata fragilità e forte sensibilità alle cricche. Questo è il tallone d'Achille dei materiali ceramici. Ma è proprio grazie a questo tipo di legame chimico che le ceramiche strutturali presentano una serie di proprietà speciali superiori ai materiali metallici.

①L'elevata durezza determina la sua eccellente resistenza all'usura;

2. Elevato punto di fiamma. È stato accertato che ha un'eccezionale resistenza al calore;

3. Elevata stabilità chimica. Determina una buona resistenza alla corrosione.

Sebbene i materiali ceramici presentino vantaggi così eccellenti, il loro svantaggio principale, la fragilità, ne limita le prestazioni e le applicazioni pratiche. Pertanto, la temprabilità della ceramica è diventata un argomento centrale nel campo della ricerca sui materiali ceramici, che attira l'attenzione di tutto il mondo (vedere la sezione sulla temprabilità della ceramica per i dettagli).

2. Confronto tra ceramica moderna (avanzata) e ceramica tradizionale

Ceramica moderna a confronto con quella tradizionale. Esistono differenze significative nella composizione delle materie prime, nel processo di preparazione, nella struttura organizzativa e nelle prestazioni.

Contrasto tra ceramica tradizionale e ceramica moderna