Керамические материалы

Современный Керамические материалы – это новый вид керамики, созданный на основе традиционной керамики, созданной на основе специальной керамики и обладающий уникальными характеристиками, отличающими её от традиционной. Керамические материалы давно вышли за рамки традиционной керамики. Это продукт высоких и новых технологий. Поэтому керамические материалы – это одновременно и древняя, и молодая тема.

Так называемые современные керамические материалы – это неорганические неметаллические материалы. Это одна из трёх основных категорий современных материалов наряду с металлами и органическими материалами. Это также общепризнанный класс всех материалов, за исключением металлов и органических материалов. Предметом обсуждения в данной главе являются современные керамические материалы, или современные неорганические неметаллические материалы.

Современные керамические материалы ассоциируются с высокими технологиями. В отличие от традиционных материалов, они обладают тремя основными характеристиками:

(1) Исходя из требований современного научно-технического развитияВечерент. Является продуктом развития современной науки и техники и представляет собой высокотехнологичную продукцию.

(2) Технологический процесс изготовления сложен и требует использования современных научно-технических достижений. Следовательно, это технически наукоёмкий продукт.

(3) Он обладает превосходными и особыми свойствами и может отвечать требованиям коммерческих и новых технологических отраслей.

Классификация керамических материалов

С развитием производства, науки и техники виды керамических материалов и изделий постоянно расширяются. Для облегчения понимания характеристик различных материалов и изделий их обычно классифицируют с разных точек зрения.

1. Классификация по химическому составу

(1) Оксидная керамика. Существует множество типов оксидной керамики, занимающих важное место в семействе керамики. Наиболее распространенными оксидными керамиками являются Al₂O₃, SiO₂, MgO, ZrO₃, CeO₂, CaO, Cr₂O₃, муллит (3Al₂O₃.2SiO₂) и шпинель (MgAl₂O₃) и т. д. Al₂O₃ и SiO₂ в керамике используются так же широко, как сталь и алюминиевые сплавы в металлических материалах. Некоторые виды оксидной керамики перечислены в таблице 11.1. Силикаты также относятся к оксидному ряду, например, ZrsiO₂. Вызов подождал. Существуют также сложные оксиды, такие как BaT₂, CgyiO₂ и т. д., которые также попадают в эту категорию.

Керамические материалы классифицируются по химическому составу

(2) Карбидная керамика. Карбидная керамика, как правило, имеет более высокую температуру плавления, чем оксидная. Наиболее часто используются керамики типа SIC, SC, Phoenix C, TIC и т.д. Карбидная керамика должна быть защищена от воздействия атмосферы в процессе изготовления.

(3) Амидная керамика. Наиболее широко используемым хлоридом является a-ji, обладающий превосходными комплексными механическими свойствами и высокой термостойкостью. Кроме того, всё более широкое применение находят нитридные керамики на основе TZN, BN и Al. Ожидается, что недавно появившийся C3N4 будет обладать лучшими характеристиками, чем Si3O4.

(4) Четыре вида химической керамики. Применение боридной керамики не очень широко. Она в основном используется в качестве глубокой добавки или второй фазы для добавления в другие керамические матрицы для улучшения характеристик. Наиболее часто используемые материалы включают Ti, Zr и др.

2. Классификация по производительности и использованию

(1) Конструкционная керамика. Конструкционная керамика используется в качестве конструкционного материала для изготовления деталей конструкций. В основном, используются её механические свойства: повышенная прочность, ударная вязкость, твёрдость, модуль упругости, износостойкость, термостойкость (высокая жаропрочность, термостойкость, стойкость к абляции) и т. д. Большинство из четырёх видов керамики, классифицированных по ядерно-химическому составу, упомянутых выше, относятся к конструкционной керамике. Например, камень AjZQ. 3N4 и ZX являются типичными конструкционными керамическими материалами с превосходными механическими свойствами.

(2) Функциональная керамика. Функциональная керамика используется в качестве функциональных материалов для изготовления функциональных устройств, в основном благодаря своим физическим свойствам, таким как электромагнитные, тепловые, оптические, биологические свойства и т. д. Например, феррит. Сегнетоэлектрическая керамика используется в основном благодаря своим электромагнитным свойствам. Она используется для изготовления электромагнитных компонентов, диэлектрическая керамика – для изготовления конденсаторов, а пьезоэлектрическая керамика – для изготовления датчиков перемещения или давления. Керамика на основе твердого электролита может использоваться для изготовления кислородных датчиков, благодаря своим свойствам переноса ионов. Биокерамика используется для изготовления искусственных костей и зубов. Сверхпроводящие материалы и оптические волокна также относятся к категории функциональной керамики.

Стоит отметить, что приведенная выше классификация также условна. Вместо того, чтобы быть абсолютной, иногда не существует строгой границы между структурной керамикой и функциональной керамикой. Для некоторых керамических материалов существуют и то, и другое. Пьезоэлектрическая керамика. Хотя ее можно классифицировать как функциональную керамику, к ней также предъявляются определенные требования к ее механическим свойствам, таким как прочность, ударная вязкость, твердость и модуль упругости. Прежде всего, она должна обладать достаточной прочностью, чтобы предотвратить повреждение при выдерживании силы E, чтобы можно было достичь обычных пьезоэлектрических характеристик. Кроме того, такие как высокотемпературная структурная керамика или термостойкая и огнестойкая керамика для теплозащитных деталей космических аппаратов, хотя они и относятся к категории конструкционной керамики. Однако сопротивление тепловому расширению определяется не только ее собственной прочностью, ударной вязкостью и модулем, но теплопроводность и коэффициент теплового расширения также такие же, как и механические свойства, которые оказывают очень важное влияние на стойкость к тепловому удару. Коррозионная стойкость — важная характеристика химической керамики (например, кислотостойких насосов), но для соответствия требованиям промышленности она должна обладать определёнными механическими свойствами. Сверхпроводящие материалы сложно изготавливать в виде проводов из-за их высокой жирности. Поэтому они пока не нашли практического применения. Подводя итог, можно сказать, что механические свойства — это основополагающие свойства керамических материалов, будь то конструкционная или функциональная керамика. Просто требования к механическим свойствам различаются в зависимости от области применения.

В этой главе в основном обсуждается конструкционная керамика.

Преимущества керамики

1. Эксплуатационные характеристики керамических материалов

Как мы все знаем, химические связи металлических материалов (чистого золота или сплавов) в основном металлические. Они состоят из положительных атомов металла и заполняющих их электронных облаков. Металлические связи не имеют направленности. Поэтому металл обладает хорошими свойствами пластической деформации. Что касается керамики, которая игнорирует неметаллические соединения, ее химические свойства выше, чем у здоровых и ковалентных связей. Эта химия обладает сильной направленностью и высокой энергией связи. Поэтому керамические материалы трудно подвергаются пластической деформации. Высокая хрупкость и сильная чувствительность к трещинам. Это ахиллесова пята керамических материалов. Но именно благодаря этому типу химической связи конструкционная керамика обладает рядом особых свойств, которые превосходят металлические материалы.

①Высокая твердость обуславливает его отличную износостойкость;

②Высокая температура возгорания. Установлено, что материал обладает исключительной термостойкостью;

③Высокая химическая стабильность. Это определяет хорошую коррозионную стойкость.

Несмотря на все эти превосходные преимущества, керамические материалы, однако, обладают существенным недостатком — хрупкостью, что ограничивает их эксплуатационные характеристики и практическое применение. Поэтому упрочнение керамики стало ключевой темой в области исследований керамических материалов, привлекающей внимание во всем мире (подробнее см. в разделе «Упрочнение керамики»).

2. Сравнение современной (продвинутой) керамики с традиционной керамикой

Современная керамика в сравнении с традиционной. Существуют значительные различия в составе сырья, процессе изготовления, организационной структуре и производительности.

Контраст между традиционной керамикой и современной керамикой