Keramiske materialer

Moderne keramiske materialer er en ny type keramikk som er utviklet fra tradisjonell keramikk basert på spesialkeramikk og har særegne egenskaper som er forskjellige fra tradisjonell keramikk. Det har lenge gått utover konseptet og omfanget av tradisjonell keramikk. Det er et produkt av høy og ny teknologi. Derfor er keramiske materialer et eldgammelt og ungt emne.

De såkalte moderne keramiske materialene er uorganiske ikke-metalliske materialer. Det er en av de tre hovedkategoriene av moderne materialer sammen med metaller og organiske materialer. Det er også den generelle anerkjennelsen av alle materialer unntatt metallmaterialer og organiske materialer. Diskusjonsobjektet i dette kapittelet er moderne keramiske materialer eller moderne uorganiske ikke-metalliske materialer.

Moderne keramiske materialer har høyteknologiske konnotasjoner. Sammenlignet med tradisjonelle materialer. Den har hovedsakelig følgende tre egenskaper:

(1) Basert på kravene til moderne vitenskapelig og teknologisk utvikling. Det er et produkt av utviklingen av moderne vitenskap og teknologi og er et høyteknologisk produkt.

(2) Produksjonsprosessen er kompleks og krever veiledning av moderne vitenskapelige og teknologiske prestasjoner. Derfor er det et teknisk kunnskapsintensivt produkt.

(3) Den har utmerkede og spesielle egenskaper og kan oppfylle kravene til kommersiell og ny teknologiindustri.

Klassifisering av keramiske materialer

Med utvikling av produksjon og vitenskap og teknologi. Typen av keramiske materialer og produkter øker dag for dag. For å lette forståelsen av egenskapene til ulike materialer eller produkter, klassifiseres de vanligvis fra forskjellige vinkler.

1. Klassifisering etter kjemisk sammensetning

(1) Oksydkeramikk. Det finnes mange typer oksidkeramikk, som inntar en svært viktig posisjon i den keramiske familien. De mest brukte oksidkeramene er Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mullitt (3Al2O3.2SiO4) og spinell (MgAl2O3), etc. Al2O3 og SiO2 i keramikk er like mye brukt som stål og aluminiumslegeringer i metalliske materialer. Noen oksidkeramikk er oppført i tabell 11.1. Silikater tilhører også oksidserien. Slik som ZrsiO4. Samtalen har ventet. Det finnes også komposittoksider som BaT, CgyiO; osv. faller også inn i denne kategorien.

Keramiske materialer er klassifisert etter kjemisk sammensetning

(2) Karbidkeramikk. Karbidkeramikk har generelt et høyere smeltepunkt enn oksider. De mest brukte er SIC, SC, Phoenix C. TIC etc. Karbidkeramikk bør ha atmosfærebeskyttelse under forberedelsesprosessen.

(3) Amide keramikk. Det mest brukte kloridet er a-ji, som har utmerkede omfattende mekaniske egenskaper og høy temperaturbestandighet. I tillegg blir bruken av TZN, BN og AI nitridkeramikk stadig mer utbredt. C3N4, som nettopp har dukket opp nylig, forventes å ha bedre ytelse enn Si3O4.

(4) Fire kjemiske keramikk. Bruksområdene for boridkeramikk er ikke veldig brede. De brukes hovedsakelig som dype tilsetningsstoffer eller andre faser som skal legges til andre keramiske matriser for å forbedre ytelsen. Vanlige brukte inkluderer Ti, Zr&, etc.

2. Klassifisering etter ytelse og bruk

(1) Strukturell keramikk. Strukturell keramikk brukes som strukturelle materialer for å produsere strukturelle deler. Bruk hovedsakelig dens mekaniske egenskaper. Forbedret styrke, seighet, hardhet, modul, slitestyrke, høy temperaturbestandighet (høy temperaturstyrke, termisk sjokkmotstand, ablasjonsmotstand), etc. De fleste av de fire keramikkene klassifisert etter kjernekjemisk sammensetning nevnt ovenfor er strukturkeramikk. Slik som AjZQ stein. 3N4 og ZX er representative strukturelle keramiske materialer med overlegne mekaniske egenskaper.

(2) Funksjonell keramikk. Funksjonell keramikk brukes som funksjonelle materialer for å produsere funksjonelle enheter, hovedsakelig ved å bruke deres fysiske egenskaper som elektromagnetiske egenskaper, termiske egenskaper, optiske egenskaper, biologiske egenskaper osv. For eksempel ferritt. Ferroelektrisk keramikk brukes hovedsakelig for sine elektromagnetiske egenskaper. Det brukes til å lage elektromagnetiske komponenter, dielektrisk keramikk brukes til å lage kondensatorer, og piezoelektrisk keramikk brukes til å lage forskyvnings- eller trykksensorer. Solid elektrolyttkeramikk kan brukes til å lage oksygendetektorer ved å bruke deres ioneoverføringsegenskaper. Biokeramikk brukes til å lage kunstige bein og kunstige tenner. Superledende materialer og optiske fibre tilhører også kategorien funksjonell keramikk.

Det er verdt å nevne at klassifiseringen ovenfor også er relativ. I stedet for å være absolutt, er det noen ganger ingen streng grense mellom strukturell keramikk og funksjonell keramikk. For noen keramiske materialer er det begge deler. Piezoelektrisk keramikk. Selv om den kan klassifiseres som funksjonell keramikk, har den også visse krav til sine mekaniske egenskaper, som styrke, seighet, hardhet og elastisitetsmodul. Først og fremst må den ha tilstrekkelig styrke til å forhindre skade når den tåler E-kraft, slik at vanlige piezoelektriske egenskaper kan oppnås. I tillegg, for eksempel høytemperatur strukturell keramikk eller termisk støtbestandig og brannbestandig keramikk for romfartøy varmebestandige deler, selv om de tilhører kategorien strukturell keramikk. Den termiske ekspansjonsmotstanden bestemmes imidlertid ikke bare av sin egen styrke, seighet og modul, men den termiske ledningsevnen og termiske ekspansjonskoeffisienten er også de samme som de mekaniske egenskapene, som har en svært viktig innvirkning på den termiske sjokkmotstanden. Korrosjonsbestandighet er en viktig ytelse av kjemisk keramikk (som syrefaste pumper), men den må ha visse mekaniske egenskaper for å oppfylle kravene til industrien. Superledende materialer er vanskelige å lage til ledninger fordi de er svært fete. Derfor kan den ennå ikke gå inn i den praktiske søknadsfasen. For å oppsummere, enten det er strukturkeramikk eller funksjonell keramikk, er mekaniske egenskaper de mest grunnleggende egenskapene til keramiske materialer. Det er bare det at ulike bruksområder har ulike krav til mekaniske egenskaper.

Dette kapittelet omtaler hovedsakelig strukturell keramikk.

Fordeler med keramikk

1. Ytelsesegenskaper for keramiske materialer

Som vi alle vet, er de kjemiske bindingene til metalliske materialer (rent gull eller legeringer) for det meste metaller. De er sammensatt av positive metallatomer og elektronskyer som fyller dem. Metallbindinger har ingen retningsbestemthet. Derfor har metallet gode plastiske deformasjonsegenskaper. Når det gjelder keramikk som ignorerer ikke-metalliske forbindelser, er deres kjemiske egenskaper høyere enn helse og kovalente bindinger. Denne kjemien har sterk retningsevne og høy bindingsenergi. Derfor er det vanskelig for keramiske materialer å gjennomgå plastisk deformasjon. Høy sprøhet og sterk sprekkfølsomhet. Dette er akilleshælen av keramiske materialer. Men det er nettopp på grunn av denne kjemiske bindingstypen at strukturkeramikk har en rekke spesielle egenskaper som er overlegne metalliske materialer.

①Høy hardhet bestemmer dens utmerkede slitestyrke;

②Høyt flammepunkt. Fastslått at den har enestående varmebestandighet;

③Høy kjemisk stabilitet. Den fastslår at den har god korrosjonsbestandighet.

Selv om keramiske materialer har så gode fordeler. Imidlertid begrenser dens fatale ulempe - sprøhet - ytelsen og praktiske anvendelser. Derfor har herding av keramikk blitt et kjernetema innen forskning på keramiske materialer som tiltrekker seg verdensomspennende oppmerksomhet (se avsnittet om herding av keramikk for detaljer).

2. Sammenligning mellom moderne (avansert) keramikk og tradisjonell keramikk

Moderne keramikk sammenlignet med tradisjonell keramikk. Det er betydelige forskjeller i råvaresammensetning, forberedelsesprosess, organisasjonsstruktur og ytelse.

Kontrast mellom tradisjonell keramikk og moderne keramikk