Keramische materialen

Modern Keramische materialen Een nieuw type keramiek dat is ontwikkeld uit traditioneel keramiek op basis van speciale keramiek en dat onderscheidende kenmerken heeft die verschillen van traditioneel keramiek. Het is al lang voorbij het concept en de reikwijdte van traditioneel keramiek. Het is een product van geavanceerde en nieuwe technologie. Keramische materialen zijn daarom een ​​oud en jong onderwerp.

De zogenaamde moderne keramische materialen zijn anorganische niet-metalen materialen. Het is een van de drie hoofdcategorieën van moderne materialen, naast metalen en organische materialen. Het is tevens de algemene benaming voor alle materialen, met uitzondering van metalen en organische materialen. Het onderwerp van bespreking in dit hoofdstuk zijn moderne keramische materialen of moderne anorganische niet-metalen materialen.

Moderne keramische materialen hebben een hightech-connotatie. Vergeleken met traditionele materialen hebben ze voornamelijk de volgende drie kenmerken:

(1) Gebaseerd op de eisen van de moderne wetenschappelijke en technologische ontwikkelingP.ment. Het is het product van de ontwikkeling van moderne wetenschap en technologie en is een hightechproduct.

(2) Het productieproces is complex en vereist de sturing van moderne wetenschappelijke en technologische ontwikkelingen. Het is daarom een ​​product dat veel technische kennis vereist.

(3) Het heeft uitstekende en bijzondere eigenschappen en kan voldoen aan de eisen van de commerciële en nieuwe technologie-industrie.

Classificatie van keramische materialen

Met de ontwikkeling van productie, wetenschap en technologie nemen de soorten keramische materialen en producten met de dag toe. Om de eigenschappen van verschillende materialen of producten beter te begrijpen, worden ze meestal vanuit verschillende invalshoeken geclassificeerd.

1. Classificatie op basis van chemische samenstelling

(1) Oxidekeramiek. Er zijn vele soorten oxidekeramiek, die een zeer belangrijke positie innemen binnen de keramische familie. De meest gebruikte oxidekeramiek is Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mulliet (3Al2O3.2SiO4) en spinel (MgAl2O3), enz. Al2O3 en SiO2 in keramiek worden net zo veel gebruikt als staal en aluminiumlegeringen in metalen. Enkele oxidekeramiek wordt vermeld in tabel 11.1. Silicaten behoren ook tot de oxidereeks, zoals ZrsiO4. De oproep heeft gewacht. Er zijn ook samengestelde oxiden zoals BaT, CgyiO; enz. die ook in deze categorie vallen.

Keramische materialen worden geclassificeerd op basis van hun chemische samenstelling

(2) Carbidekeramiek. Carbidekeramiek heeft over het algemeen een hoger smeltpunt dan oxiden. De meest gebruikte zijn SIC, SC, Phoenix C, TIC, enz. Carbidekeramiek moet tijdens het bereidingsproces beschermd worden tegen de atmosfeer.

(3) Amidekeramiek. Het meest gebruikte chloride is a-ji, dat uitstekende, uitgebreide mechanische eigenschappen en een hoge temperatuurbestendigheid heeft. Daarnaast worden TZN-, BN- en AI-nitridekeramiek steeds vaker toegepast. C3N4, dat onlangs is verschenen, zal naar verwachting betere prestaties leveren dan Si3O4.

(4) Vier chemische keramieksoorten. De toepassingen van boridekeramiek zijn niet erg breed. Ze worden voornamelijk gebruikt als diepe additieven of als tweede fase die aan andere keramische matrices wordt toegevoegd om de prestaties te verbeteren. Veelgebruikte soorten zijn onder andere Ti, Zr®, enz.

2. Classificatie op basis van prestatie en gebruik

(1) Structurele keramiek. Structurele keramiek wordt gebruikt als structureel materiaal voor de productie van structurele onderdelen. Het maakt voornamelijk gebruik van de mechanische eigenschappen ervan. Verbeterde sterkte, taaiheid, hardheid, modulus, slijtvastheid, hoge temperatuurbestendigheid (hoge temperatuursterkte, thermische schokbestendigheid, ablatiebestendigheid), enz. De meeste van de vier hierboven genoemde keramieksoorten, geclassificeerd op basis van nucleaire chemische samenstelling, zijn structurele keramiek. Zoals AjZQ-steen. 3N4 en ZX zijn representatieve structurele keramische materialen met superieure mechanische eigenschappen.

(2) Functionele keramiek. Functionele keramiek wordt gebruikt als functioneel materiaal voor de productie van functionele apparaten, voornamelijk op basis van hun fysische eigenschappen zoals elektromagnetische, thermische, optische en biologische eigenschappen. Bijvoorbeeld ferriet. Ferro-elektrische keramiek wordt voornamelijk gebruikt vanwege hun elektromagnetische eigenschappen. Het wordt gebruikt voor de productie van elektromagnetische componenten, diëlektrische keramiek voor de productie van condensatoren en piëzo-elektrische keramiek voor de productie van verplaatsings- of druksensoren. Vaste-elektrolytkeramiek kan worden gebruikt voor de productie van zuurstofdetectoren dankzij hun ionenoverdrachtseigenschappen. Biokeramiek wordt gebruikt voor de productie van kunstmatige botten en kunsttanden. Supergeleidende materialen en optische vezels behoren ook tot de categorie functionele keramiek.

Het is vermeldenswaard dat de bovenstaande classificatie ook relatief is. In plaats van absoluut te zijn, is er soms geen strikte grens tussen structurele keramiek en functionele keramiek. Voor sommige keramische materialen is er sprake van beide. Piëzo-elektrische keramiek. Hoewel het kan worden geclassificeerd als functionele keramiek, stelt het ook bepaalde eisen aan de mechanische eigenschappen, zoals sterkte, taaiheid, hardheid en elasticiteitsmodulus. Ten eerste moet het voldoende sterk zijn om schade te voorkomen bij het weerstaan ​​van E-krachten, zodat de gebruikelijke piëzo-elektrische eigenschappen kunnen worden bereikt. Daarnaast zijn er bijvoorbeeld hogetemperatuurstructurele keramiek of thermisch schokbestendige en brandwerende keramiek voor hittebestendige onderdelen van ruimtevaartuigen, hoewel deze tot de categorie structurele keramiek behoren. De thermische uitzettingsweerstand wordt echter niet alleen bepaald door de eigen sterkte, taaiheid en modulus, maar ook de thermische geleidbaarheid en thermische uitzettingscoëfficiënt zijn hetzelfde als de mechanische eigenschappen, die een zeer belangrijke invloed hebben op de thermische schokbestendigheid. Corrosiebestendigheid is een belangrijke prestatie van chemische keramiek (zoals zuurbestendige pompen), maar het moet bepaalde mechanische eigenschappen hebben om te voldoen aan de eisen van de industrie. Supergeleidende materialen zijn moeilijk te verwerken tot draden omdat ze erg vet zijn. Daarom kunnen ze nog niet in de praktische toepassingsfase worden toegepast. Kortom, of het nu gaat om structurele of functionele keramiek, mechanische eigenschappen zijn de meest basale eigenschappen van keramische materialen. Verschillende toepassingen stellen echter verschillende eisen aan de mechanische eigenschappen.

In dit hoofdstuk wordt voornamelijk structurele keramiek besproken.

Voordelen van keramiek

1. Prestatiekenmerken van keramische materialen

Zoals we allemaal weten, zijn de chemische bindingen van metalen (puur goud of legeringen) grotendeels metalen. Ze bestaan ​​uit positieve metaalatomen en elektronenwolken die ze vullen. Metaalbindingen hebben geen richtingsgevoeligheid. Daarom heeft het metaal goede plastische vervormingseigenschappen. Wat keramiek betreft dat geen niet-metalen verbindingen bevat, zijn de chemische eigenschappen hoger dan die van covalente bindingen en gezondheidsbindingen. Deze chemie heeft een sterke richtingsgevoeligheid en een hoge bindingsenergie. Daarom is het voor keramische materialen moeilijk om plastische vervorming te ondergaan. Hoge brosheid en sterke scheurgevoeligheid. Dit is de achilleshiel van keramische materialen. Maar juist vanwege dit type chemische binding heeft structureel keramiek een reeks speciale eigenschappen die superieur zijn aan metalen.

①De hoge hardheid bepaalt de uitstekende slijtvastheid;

② Hoog vlampunt. Er is vastgesteld dat het een uitstekende hittebestendigheid heeft;

③Hoge chemische stabiliteit. Dit betekent dat het een goede corrosiebestendigheid heeft.

Hoewel keramische materialen zulke uitstekende voordelen hebben, beperkt het fatale nadeel ervan – broosheid – de prestaties en praktische toepassingen. Daarom is het versterken van keramiek een kernthema geworden in het onderzoek naar keramische materialen dat wereldwijd de aandacht trekt (zie de sectie over het versterken van keramiek voor meer informatie).

2. Vergelijking tussen moderne (geavanceerde) keramiek en traditionele keramiek

Moderne keramiek vergeleken met traditionele keramiek. Er zijn aanzienlijke verschillen in de samenstelling van de grondstoffen, het bereidingsproces, de organisatiestructuur en de prestaties.

Contrast tussen traditioneel keramiek en modern keramiek