วัสดุเซรามิก

ทันสมัย วัสดุเซรามิก เป็นเซรามิกชนิดใหม่ที่พัฒนามาจากเซรามิกแบบดั้งเดิม โดยอาศัยวัสดุเซรามิกชนิดพิเศษ มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างจากเซรามิกแบบดั้งเดิม เซรามิกชนิดนี้ได้ก้าวข้ามแนวคิดและขอบเขตของเซรามิกแบบดั้งเดิมมาอย่างยาวนาน เป็นผลิตภัณฑ์จากเทคโนโลยีขั้นสูงและใหม่ ดังนั้นวัสดุเซรามิกจึงเป็นหัวข้อที่เก่าแก่และเพิ่งเกิดขึ้นใหม่

วัสดุเซรามิกสมัยใหม่ที่เรียกกันว่าวัสดุอโลหะและอนินทรีย์ เป็นหนึ่งในสามประเภทหลักของวัสดุสมัยใหม่ นอกเหนือไปจากโลหะและวัสดุอินทรีย์ นอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักกันดีในวงกว้างถึงวัสดุทุกชนิด ยกเว้นวัสดุโลหะและวัสดุอินทรีย์ หัวข้อของการอภิปรายในบทนี้คือวัสดุเซรามิกสมัยใหม่หรือวัสดุอโลหะและอนินทรีย์สมัยใหม่

วัสดุเซรามิกสมัยใหม่มีนัยยะทางเทคโนโลยีขั้นสูง เมื่อเทียบกับวัสดุแบบดั้งเดิม เซรามิกมีคุณสมบัติหลัก 3 ประการ ดังนี้

(1) บนพื้นฐานของข้อกำหนดการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่พีเอ็มent. เป็นผลผลิตจากการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่และเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีเทคโนโลยีสูง

(2) กระบวนการผลิตมีความซับซ้อนและต้องอาศัยคำแนะนำจากความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ ดังนั้นจึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องใช้ความรู้ทางเทคนิคอย่างเข้มข้น

(3) มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมและพิเศษและสามารถตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมเชิงพาณิชย์และเทคโนโลยีใหม่ได้

การจำแนกประเภทของวัสดุเซรามิก

ด้วยการพัฒนาด้านการผลิต วิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี ประเภทของวัสดุและผลิตภัณฑ์เซรามิกจึงเพิ่มขึ้นทุกวัน เพื่อให้สามารถเข้าใจคุณลักษณะเฉพาะของวัสดุหรือผลิตภัณฑ์ต่างๆ ได้ง่ายขึ้น จึงมีการจำแนกประเภทจากมุมมองที่แตกต่างกัน

1. การจำแนกตามองค์ประกอบทางเคมี

(1) เซรามิกออกไซด์ เซรามิกออกไซด์มีหลายประเภท ซึ่งมีบทบาทสำคัญในตระกูลเซรามิก เซรามิกออกไซด์ที่นิยมใช้มากที่สุด ได้แก่ Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO Cr2O3, มัลไลต์ (3Al2O3.2SiO4) และสปิเนล (MgAl2O3) เป็นต้น Al2O3 และ SiO2 ในเซรามิกมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นเดียวกับโลหะผสมเหล็กและอะลูมิเนียมในวัสดุโลหะ เซรามิกออกไซด์บางชนิดแสดงอยู่ในตารางที่ 11.1 ซิลิเกตก็จัดอยู่ในกลุ่มออกไซด์เช่นกัน เช่น ZrsiO4 ยังคงมีการรอคอย นอกจากนี้ยังมีออกไซด์คอมโพสิต เช่น BaT, CgyiO ฯลฯ ก็จัดอยู่ในกลุ่มนี้เช่นกัน

วัสดุเซรามิกแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี

(2) เซรามิกคาร์ไบด์ โดยทั่วไปเซรามิกคาร์ไบด์จะมีจุดหลอมเหลวสูงกว่าออกไซด์ เซรามิกที่ใช้กันมากที่สุด ได้แก่ SIC, SC, Phoenix C, TIC เป็นต้น เซรามิกคาร์ไบด์ควรมีชั้นบรรยากาศป้องกันระหว่างกระบวนการเตรียม

(3) เซรามิกอะไมด์ คลอไรด์ที่นิยมใช้มากที่สุดคือ a-ji ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมและทนต่ออุณหภูมิสูง นอกจากนี้ เซรามิกไนไตรด์ TZN, BN และ AI กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ คาดว่า C3N4 ซึ่งเพิ่งเปิดตัวเมื่อไม่นานมานี้จะมีประสิทธิภาพดีกว่า Si3O4

(4) เซรามิกเคมีสี่ชนิด เซรามิกโบไรด์มีการใช้งานไม่กว้างขวางนัก ส่วนใหญ่ใช้เป็นสารเติมแต่งเชิงลึกหรือเฟสที่สองเพื่อเติมลงในเซรามิกเมทริกซ์อื่นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เซรามิกที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ Ti, Zr& เป็นต้น

2. การจำแนกตามประสิทธิภาพและการใช้งาน

(1) เซรามิกโครงสร้าง เซรามิกโครงสร้างใช้เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับผลิตชิ้นส่วนโครงสร้าง เซรามิกโครงสร้างส่วนใหญ่ใช้คุณสมบัติเชิงกล เช่น ความแข็งแรง ความเหนียว ความแข็ง โมดูลัส ความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง (เช่น ความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความต้านทานการสึกกร่อน) เป็นต้น เซรามิกสี่ชนิดที่จำแนกตามองค์ประกอบทางเคมีนิวเคลียร์ที่กล่าวถึงข้างต้นส่วนใหญ่จัดเป็นเซรามิกโครงสร้าง เช่น หิน AjZQ เซรามิก 3N4 และ ZX ถือเป็นวัสดุเซรามิกโครงสร้างที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า

(2) เซรามิกฟังก์ชัน เซรามิกฟังก์ชันใช้เป็นวัสดุฟังก์ชันในการผลิตอุปกรณ์ฟังก์ชัน โดยส่วนใหญ่ใช้คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติทางความร้อน คุณสมบัติทางแสง คุณสมบัติทางชีวภาพ เป็นต้น ตัวอย่างเช่น เฟอร์ไรต์ เซรามิกเฟอร์โรอิเล็กทริกส่วนใหญ่ใช้คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า เซรามิกเหล่านี้ใช้ในการผลิตส่วนประกอบแม่เหล็กไฟฟ้า เซรามิกไดอิเล็กทริกใช้ในการผลิตตัวเก็บประจุ และเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกใช้ในการผลิตเซ็นเซอร์การเคลื่อนที่หรือเซ็นเซอร์ความดัน เซรามิกอิเล็กโทรไลต์แข็งสามารถใช้ในการผลิตเครื่องตรวจจับออกซิเจนโดยใช้คุณสมบัติการถ่ายโอนไอออน เซรามิกชีวภาพใช้ในการผลิตกระดูกเทียมและฟันเทียม วัสดุตัวนำยิ่งยวดและเส้นใยแก้วนำแสงก็จัดอยู่ในประเภทเซรามิกฟังก์ชันเช่นกัน

ควรกล่าวถึงว่าการจำแนกประเภทข้างต้นเป็นลักษณะสัมพัทธ์เช่นกัน แทนที่จะเป็นแบบสัมบูรณ์ บางครั้งอาจไม่มีขอบเขตตายตัวระหว่างเซรามิกโครงสร้างและเซรามิกฟังก์ชัน สำหรับวัสดุเซรามิกบางชนิดมีทั้งสองอย่าง เซรามิกเพียโซอิเล็กทริก แม้ว่าเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกจะสามารถจำแนกประเภทเป็นเซรามิกฟังก์ชันได้ แต่ก็มีข้อกำหนดบางประการเกี่ยวกับคุณสมบัติเชิงกล เช่น ความแข็งแรง ความเหนียว ความแข็ง และโมดูลัสยืดหยุ่น ประการแรก เซรามิกต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะป้องกันความเสียหายเมื่อรับแรง E เพื่อให้มีคุณสมบัติเพียโซอิเล็กทริกทั่วไปได้ นอกจากนี้ เซรามิกโครงสร้างที่ทนความร้อนสูง หรือเซรามิกที่ทนต่อแรงกระแทกและทนไฟสำหรับชิ้นส่วนทนความร้อนของยานอวกาศ แม้จะจัดอยู่ในประเภทของเซรามิกโครงสร้างก็ตาม อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการขยายตัวทางความร้อนไม่ได้ถูกกำหนดโดยความแข็งแรง ความเหนียว และโมดูลัสของเซรามิกเพียงอย่างเดียว แต่ค่าการนำความร้อนและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนก็เหมือนกับคุณสมบัติเชิงกล ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อความต้านทานการขยายตัวทางความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อนเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของเซรามิกเคมี (เช่น ปั๊มทนกรด) แต่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติเชิงกลบางประการเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของอุตสาหกรรม วัสดุตัวนำยิ่งยวดนั้นยากต่อการนำมาผลิตเป็นลวดเนื่องจากมีไขมันสูง ดังนั้นจึงยังไม่สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้จริง สรุปได้ว่า ไม่ว่าจะเป็นเซรามิกโครงสร้างหรือเซรามิกเชิงหน้าที่ คุณสมบัติเชิงกลถือเป็นคุณสมบัติพื้นฐานที่สุดของวัสดุเซรามิก เพียงแต่การใช้งานที่แตกต่างกันมีข้อกำหนดด้านคุณสมบัติเชิงกลที่แตกต่างกัน

บทนี้จะกล่าวถึงเซรามิกโครงสร้างเป็นหลัก

ข้อดีของเซรามิก

1. ลักษณะการทำงานของวัสดุเซรามิก

อย่างที่ทราบกันดีว่า พันธะเคมีของวัสดุโลหะ (ทองคำบริสุทธิ์หรือโลหะผสม) ส่วนใหญ่เป็นโลหะ ประกอบด้วยอะตอมของโลหะบวกและกลุ่มอิเล็กตรอนที่เติมเต็ม พันธะโลหะไม่มีทิศทาง ดังนั้น โลหะจึงมีคุณสมบัติการเสียรูปพลาสติกที่ดี สำหรับเซรามิกที่ไม่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอโลหะ คุณสมบัติทางเคมีของมันจะสูงกว่าพันธะเฮลธ์และพันธะโควาเลนต์ พันธะเคมีนี้มีทิศทางที่แข็งแกร่งและพลังงานยึดเหนี่ยวสูง ดังนั้นวัสดุเซรามิกจึงเกิดการเสียรูปพลาสติกได้ยาก มีความเปราะบางสูงและไวต่อแรงแตกร้าวสูง นี่คือจุดอ่อนของวัสดุเซรามิก แต่ด้วยพันธะเคมีประเภทนี้เอง เซรามิกโครงสร้างจึงมีคุณสมบัติพิเศษหลายประการที่เหนือกว่าวัสดุโลหะ

①ความแข็งสูงเป็นตัวกำหนดความทนทานต่อการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม

② จุดติดไฟสูง พิสูจน์แล้วว่าทนความร้อนได้ดีเยี่ยม

③มีความเสถียรทางเคมีสูง แสดงให้เห็นว่ามีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี

แม้ว่าวัสดุเซรามิกจะมีข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้ แต่ข้อเสียร้ายแรงอย่างความเปราะบางกลับเป็นข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพและการใช้งานจริง ดังนั้น การเสริมความแข็งแกร่งให้กับเซรามิกจึงกลายเป็นหัวข้อหลักในสาขาการวิจัยวัสดุเซรามิกที่ดึงดูดความสนใจจากทั่วโลก (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อการเสริมความแข็งแกร่งให้กับเซรามิก)

2. การเปรียบเทียบระหว่างเซรามิกสมัยใหม่ (ขั้นสูง) กับเซรามิกแบบดั้งเดิม

เซรามิกสมัยใหม่เปรียบเทียบกับเซรามิกแบบดั้งเดิม มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในด้านองค์ประกอบของวัตถุดิบ กระบวนการเตรียม โครงสร้างองค์กร และประสิทธิภาพ

ความแตกต่างระหว่างเซรามิกแบบดั้งเดิมและเซรามิกสมัยใหม่