Materiały ceramiczne

Nowoczesny Materiały ceramiczne To nowy rodzaj ceramiki, który powstał na bazie ceramiki tradycyjnej, opartej na specjalnych materiałach ceramicznych i charakteryzuje się wyjątkowymi cechami, różniącymi go od ceramiki tradycyjnej. Od dawna wykracza on poza koncepcję i zakres tradycyjnej ceramiki. Jest produktem zaawansowanych i nowoczesnych technologii. Dlatego materiały ceramiczne są tematem starożytnym i młodym.

Tak zwane nowoczesne materiały ceramiczne to nieorganiczne materiały niemetaliczne. Stanowią one jedną z trzech głównych kategorii nowoczesnych materiałów, obok metali i materiałów organicznych. Jest to również ogólne określenie wszystkich materiałów z wyjątkiem materiałów metalicznych i organicznych. Przedmiotem dyskusji w tym rozdziale są nowoczesne materiały ceramiczne, czyli nowoczesne nieorganiczne materiały niemetaliczne.

Nowoczesne materiały ceramiczne kojarzą się z zaawansowanymi technologiami. W porównaniu z materiałami tradycyjnymi, charakteryzują się trzema głównymi cechami:

(1) W oparciu o wymagania współczesnego rozwoju naukowego i technologicznegoPo południuJest produktem rozwoju współczesnej nauki i techniki i jest produktem high-tech.

(2) Proces produkcyjny jest złożony i wymaga wykorzystania nowoczesnych osiągnięć naukowych i technologicznych. W związku z tym jest to produkt wymagający dużej wiedzy technicznej.

(3) Posiada doskonałe i szczególne właściwości i może spełniać wymagania przemysłu komercyjnego i nowych technologii.

Klasyfikacja materiałów ceramicznych

Wraz z rozwojem produkcji, nauki i technologii, rodzaje materiałów i wyrobów ceramicznych z dnia na dzień rosną. Aby ułatwić zrozumienie właściwości różnych materiałów lub produktów, zazwyczaj klasyfikuje się je pod różnymi kątami.

1. Klasyfikacja według składu chemicznego

(1) Ceramika tlenkowa. Istnieje wiele rodzajów ceramiki tlenkowej, które zajmują bardzo ważne miejsce w rodzinie ceramiki. Najczęściej stosowanymi ceramikami tlenkowymi są Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO, Cr2O3, mulit (3Al2O3, 2SiO4) i spinele (MgAl2O3) itp. Al2O3 i SiO2 w ceramice są tak samo szeroko stosowane, jak stopy stali i aluminium w materiałach metalicznych. Niektóre ceramiki tlenkowe wymieniono w tabeli 11.1. Krzemiany również należą do szeregu tlenków, takie jak ZrsiO4. Połączenie zostało wstrzymane. Istnieją również tlenki kompozytowe, takie jak BaT, CgyiO; itp., które również należą do tej kategorii.

Materiały ceramiczne klasyfikuje się według składu chemicznego

(2) Ceramika węglikowa. Ceramika węglikowa ma zazwyczaj wyższą temperaturę topnienia niż tlenki. Najczęściej stosowane to SIC, SC, Phoenix C, TIC itp. Ceramika węglikowa powinna być zabezpieczona atmosferą podczas procesu przygotowania.

(3) Ceramika amidowa. Najpowszechniej stosowanym chlorkiem jest a-ji, który charakteryzuje się doskonałymi, kompleksowymi właściwościami mechanicznymi i wysoką odpornością na temperaturę. Ponadto, zastosowania ceramiki azotkowej TZN, BN i AI stają się coraz powszechniejsze. Oczekuje się, że C3N4, który pojawił się niedawno, będzie miał lepsze właściwości niż Si3O4.

(4) Cztery rodzaje ceramiki chemicznej. Zastosowania ceramiki borkowej nie są zbyt szerokie. Stosuje się ją głównie jako dodatki głęboko penetrujące lub drugą fazę dodawaną do innych matryc ceramicznych w celu poprawy ich właściwości. Do najczęściej stosowanych należą Ti, Zr& itp.

2. Klasyfikacja według wydajności i zastosowania

(1) Ceramika konstrukcyjna. Ceramika konstrukcyjna jest stosowana jako materiał konstrukcyjny do produkcji elementów konstrukcyjnych. Wykorzystuje się głównie jej właściwości mechaniczne. Zwiększona wytrzymałość, udarność, twardość, moduł sprężystości, odporność na zużycie, odporność na wysokie temperatury (wytrzymałość na wysokie temperatury, odporność na szok termiczny, odporność na ablację) itp. Większość z czterech wyżej wymienionych ceramik klasyfikowanych według składu chemicznego jądra atomowego to ceramika konstrukcyjna. Na przykład kamień AjZQ. 3N4 i ZX to reprezentatywne materiały ceramiczne o doskonałych właściwościach mechanicznych.

(2) Ceramika funkcjonalna. Ceramika funkcjonalna jest wykorzystywana jako materiał funkcjonalny do produkcji urządzeń funkcjonalnych, wykorzystując głównie jej właściwości fizyczne, takie jak właściwości elektromagnetyczne, termiczne, optyczne, biologiczne itp. Na przykład ferryt. Ceramika ferroelektryczna jest wykorzystywana głównie ze względu na swoje właściwości elektromagnetyczne. Jest wykorzystywana do produkcji elementów elektromagnetycznych, ceramika dielektryczna do produkcji kondensatorów, a ceramika piezoelektryczna do produkcji czujników przemieszczenia lub ciśnienia. Ceramika z elektrolitem stałym może być wykorzystywana do produkcji detektorów tlenu, wykorzystując swoje właściwości przenoszenia jonów. Bioceramika jest wykorzystywana do produkcji sztucznych kości i zębów. Materiały nadprzewodzące i światłowody również należą do kategorii ceramiki funkcjonalnej.

Warto wspomnieć, że powyższa klasyfikacja jest również względna. Zamiast być absolutną, czasami nie ma ścisłej granicy między ceramiką konstrukcyjną a funkcjonalną. W przypadku niektórych materiałów ceramicznych występują obie. Ceramika piezoelektryczna. Chociaż można ją sklasyfikować jako ceramikę funkcjonalną, ma ona również pewne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych, takich jak wytrzymałość, udarność, twardość i moduł sprężystości. Przede wszystkim musi mieć wystarczającą wytrzymałość, aby zapobiec uszkodzeniom podczas wytrzymywania siły E, aby można było uzyskać typowe właściwości piezoelektryczne. Ponadto, takie jak wysokotemperaturowa ceramika konstrukcyjna lub ceramika odporna na szok termiczny i ognioodporna do żaroodpornych części statków kosmicznych, chociaż należą one do kategorii ceramiki konstrukcyjnej. Jednak odporność na rozszerzalność cieplną jest określana nie tylko przez jej własną wytrzymałość, udarność i moduł sprężystości, ale także przez przewodność cieplną i współczynnik rozszerzalności cieplnej, które są takie same jak właściwości mechaniczne, które mają bardzo istotny wpływ na odporność na szok termiczny. Odporność na korozję jest ważną cechą ceramiki chemicznej (takiej jak pompy kwasoodporne), ale musi ona posiadać określone właściwości mechaniczne, aby sprostać wymaganiom przemysłu. Materiały nadprzewodzące są trudne do przetworzenia w przewody ze względu na dużą zawartość tłuszczu. Dlatego nie mogą jeszcze wejść w fazę praktycznego zastosowania. Podsumowując, niezależnie od tego, czy chodzi o ceramikę konstrukcyjną, czy funkcjonalną, właściwości mechaniczne są najbardziej podstawowymi właściwościami materiałów ceramicznych. Po prostu różne zastosowania mają różne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych.

W tym rozdziale omówiono głównie ceramikę konstrukcyjną.

Zalety ceramiki

1. Charakterystyka użytkowa materiałów ceramicznych

Jak wszyscy wiemy, wiązania chemiczne w materiałach metalicznych (czystym złocie lub stopach) są w większości metaliczne. Składają się one z dodatnich atomów metalu i wypełniających je chmur elektronowych. Wiązania metalowe nie mają kierunkowości. Dlatego metal ma dobre właściwości odkształcalności plastycznej. Ceramika ignorująca związki niemetaliczne ma lepsze właściwości chemiczne niż wiązania kowalencyjne i kowalencyjne. Taka chemia charakteryzuje się silną kierunkowością i wysoką energią wiązania. Dlatego materiały ceramiczne są trudne do odkształcenia plastycznego. Wysoka kruchość i duża podatność na pęknięcia to pięta achillesowa materiałów ceramicznych. Ale to właśnie dzięki temu rodzajowi wiązania chemicznego ceramika konstrukcyjna ma szereg szczególnych właściwości, które przewyższają materiały metaliczne.

①Wysoka twardość decyduje o doskonałej odporności na zużycie;

②Wysoka temperatura zapłonu. Stwierdzono, że ma wyjątkową odporność na ciepło;

③Wysoka stabilność chemiczna. Oznacza to dobrą odporność na korozję.

Chociaż materiały ceramiczne mają tak doskonałe zalety, ich zasadnicza wada – kruchość – ogranicza ich wydajność i praktyczne zastosowania. Dlatego hartowanie ceramiki stało się kluczowym tematem badań nad materiałami ceramicznymi, który przyciąga uwagę całego świata (szczegóły w sekcji poświęconej hartowaniu ceramiki).

2. Porównanie ceramiki nowoczesnej (zaawansowanej) i tradycyjnej

Nowoczesna ceramika w porównaniu z tradycyjną. Istnieją istotne różnice w składzie surowców, procesie przygotowania, strukturze organizacyjnej i wydajności.

Kontrast między ceramiką tradycyjną a ceramiką nowoczesną