Seramik malzemeler

Modern Seramik Malzemeler Özel seramiklere dayanan geleneksel seramiklerden geliştirilen ve geleneksel seramiklerden farklı, kendine özgü özelliklere sahip yeni bir seramik türüdür. Geleneksel seramik kavramının ve kapsamının çok ötesine geçmiştir. Yüksek ve yeni bir teknolojinin ürünüdür. Bu nedenle seramik malzemeler kadim ve genç bir konudur.

Modern seramik malzemeler olarak adlandırılanlar, inorganik metal dışı malzemelerdir. Metaller ve organik malzemelerle birlikte modern malzemelerin üç ana kategorisinden biridir. Ayrıca, metal malzemeler ve organik malzemeler hariç tüm malzemelerin genel tanımıdır. Bu bölümdeki tartışmanın konusu modern seramik malzemeler veya modern inorganik metal dışı malzemelerdir.

Modern seramik malzemeler, geleneksel malzemelerle karşılaştırıldığında yüksek teknoloji çağrışımları taşır. Temel olarak aşağıdaki üç özelliğe sahiptir:

(1) Modern bilimsel ve teknolojik gelişmenin gereklerine dayanarakÖğleden sonraModern bilim ve teknolojinin gelişmesinin ürünü olup ileri teknoloji ürünüdür.

(2) Üretim süreci karmaşıktır ve modern bilimsel ve teknolojik gelişmelerin rehberliğini gerektirir. Bu nedenle, teknik bilgi yoğun bir üründür.

(3) Mükemmel ve özel özelliklere sahiptir ve ticari ve yeni teknoloji endüstrilerinin gereksinimlerini karşılayabilir.

Seramik malzemelerin sınıflandırılması

Üretim, bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte seramik malzeme ve ürün çeşitleri her geçen gün artmaktadır. Çeşitli malzeme veya ürünlerin özelliklerinin anlaşılmasını kolaylaştırmak için genellikle farklı açılardan sınıflandırılırlar.

1. Kimyasal bileşime göre sınıflandırma

(1) Oksit seramikler. Seramik ailesinde çok önemli bir yere sahip birçok oksit seramik türü vardır. En yaygın kullanılan oksit seramikler Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO, Cr2O3, mullit (3Al2O3, 2SiO4) ve spinel (MgAl2O3) vb.dir. Seramiklerdeki Al2O3 ve SiO2, metalik malzemelerde çelik ve alüminyum alaşımları kadar yaygın olarak kullanılır. Bazı oksit seramikler Tablo 11.1'de listelenmiştir. Silikatlar da oksit serisine aittir. ZrsiO4 gibi. Çağrı bekledi. BaT, CgyiO gibi kompozit oksitler de bu kategoriye girer.

Seramik malzemeler kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırılır

(2) Karbür seramikler. Karbür seramikler genellikle oksitlerden daha yüksek bir erime noktasına sahiptir. En yaygın kullanılanlar SIC, SC, Phoenix C. TIC vb.'dir. Karbür seramikler, hazırlama işlemi sırasında atmosfer korumasına sahip olmalıdır.

(3) Amid seramikleri. En yaygın kullanılan klorür, mükemmel kapsamlı mekanik özelliklere ve yüksek sıcaklık direncine sahip olan a-ji'dir. Ayrıca, TZN, BN ve AI nitrür seramiklerinin uygulamaları giderek yaygınlaşmaktadır. Yakın zamanda ortaya çıkan C3N4'ün, Si3O4'ten daha iyi performans göstermesi beklenmektedir.

(4) Dört kimyasal seramik. Borür seramiklerinin uygulama alanları çok geniş değildir. Çoğunlukla, performansı artırmak için diğer seramik matrislere eklenecek derin katkı maddeleri veya ikinci fazlar olarak kullanılırlar. Yaygın olarak kullanılanlar arasında Ti, Zr& vb. bulunur.

2. Performans ve kullanıma göre sınıflandırma

(1) Yapısal seramikler. Yapısal seramikler, yapısal parçaların üretiminde yapısal malzeme olarak kullanılır. Esas olarak mekanik özelliklerinden yararlanırlar. Geliştirilmiş mukavemet, tokluk, sertlik, modül, aşınma direnci, yüksek sıcaklık dayanımı (yüksek sıcaklık dayanımı, termal şok direnci, ablasyon direnci) vb. Yukarıda belirtilen nükleer kimyasal bileşime göre sınıflandırılan dört seramiğin çoğu yapısal seramiktir. AjZQ taşı gibi. 3N4 ve ZX, üstün mekanik özelliklere sahip temsili yapısal seramik malzemelerdir.

(2) Fonksiyonel seramikler. Fonksiyonel seramikler, esas olarak elektromanyetik özellikler, termal özellikler, optik özellikler, biyolojik özellikler vb. gibi fiziksel özelliklerini kullanarak fonksiyonel cihazlar üretmek için fonksiyonel malzemeler olarak kullanılır. Örneğin ferrit. Ferroelektrik seramikler esas olarak elektromanyetik özellikleri nedeniyle kullanılır. Elektromanyetik bileşenler yapmak için kullanılırlar, dielektrik seramikler kapasitör yapmak için kullanılır ve piezoelektrik seramikler deplasman veya basınç sensörleri yapmak için kullanılır. Katı elektrolit seramikler, iyon transfer özelliklerini kullanarak oksijen dedektörleri yapmak için kullanılabilir. Biyoseramikler ise yapay kemik ve yapay diş yapmak için kullanılır. Süperiletken malzemeler ve optik fiberler de fonksiyonel seramikler kategorisine girer.

Yukarıdaki sınıflandırmanın göreceli olduğunu da belirtmekte fayda var. Mutlak olmaktan ziyade, yapısal seramikler ile fonksiyonel seramikler arasında bazen kesin bir sınır yoktur. Bazı seramik malzemeler için her ikisi de mevcuttur. Piezoelektrik seramikler. Fonksiyonel seramik olarak sınıflandırılabilmesine rağmen, mukavemet, tokluk, sertlik ve elastikiyet modülü gibi mekanik özellikleri için belirli gerekliliklere de sahiptir. Her şeyden önce, ortak piezoelektrik özelliklere ulaşılabilmesi için E kuvvetine dayandığında hasarı önleyecek yeterli mukavemete sahip olmalıdır. Ayrıca, yapısal seramik kategorisine ait olmalarına rağmen, uzay aracı ısı geçirmez parçaları için yüksek sıcaklığa dayanıklı yapısal seramikler veya termal şoka dayanıklı ve yangına dayanıklı seramikler gibi. Bununla birlikte, termal genleşme direnci yalnızca kendi mukavemeti, tokluğu ve modülü tarafından belirlenmez, aynı zamanda termal iletkenlik ve termal genleşme katsayısı da termal şok direnci üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olan mekanik özelliklerle aynıdır. Korozyon direnci, kimyasal seramiklerin (aside dayanıklı pompalar gibi) önemli bir performansıdır, ancak endüstrinin gereksinimlerini karşılamak için belirli mekanik özelliklere sahip olmalıdır. Süperiletken malzemeler, oldukça yağlı oldukları için tel haline getirilmesi zordur. Bu nedenle henüz pratik uygulama aşamasına geçememektedir. Özetle, ister yapısal seramik ister fonksiyonel seramik olsun, mekanik özellikler seramik malzemelerin en temel özellikleridir. Ancak farklı kullanımların farklı mekanik özellikler gerektirmesi de bir gerçektir.

Bu bölümde ağırlıklı olarak yapısal seramikler ele alınmaktadır.

Seramiklerin avantajları

1. Seramik malzemelerin performans özellikleri

Hepimizin bildiği gibi, metalik malzemelerin (saf altın veya alaşımlar) kimyasal bağları çoğunlukla metaldir. Pozitif metal atomları ve onları dolduran elektron bulutlarından oluşurlar. Metal bağlarının yönlülüğü yoktur. Bu nedenle, metal iyi plastik deformasyon özelliklerine sahiptir. Metalik olmayan bileşikleri içermeyen seramiklerin kimyasal özellikleri ise sağlıklı ve kovalent bağlardan daha yüksektir. Bu kimya güçlü yönlülüğe ve yüksek bağlanma enerjisine sahiptir. Bu nedenle, seramik malzemelerin plastik deformasyona uğraması zordur. Yüksek kırılganlık ve güçlü çatlama hassasiyeti. Bu, seramik malzemelerin Aşil topuğudur. Ancak tam da bu kimyasal bağ türü sayesinde yapısal seramikler, metalik malzemelerden üstün bir dizi özelliğe sahiptir.

①Yüksek sertlik, mükemmel aşınma direncini belirler;

②Yüksek alev noktası. Olağanüstü ısı direncine sahip olduğu tespit edilmiştir;

③Yüksek kimyasal kararlılığa sahiptir. Bu, iyi korozyon direncine sahip olduğunu gösterir.

Seramik malzemeler bu kadar mükemmel avantajlara sahip olsa da, ölümcül dezavantajı olan kırılganlığı, performansını ve pratik uygulamalarını sınırlar. Bu nedenle, seramiklerin sertleştirilmesi, seramik malzeme araştırmaları alanında dünya çapında ilgi gören temel bir konu haline gelmiştir (ayrıntılar için seramiklerin sertleştirilmesi bölümüne bakınız).

2. Modern (gelişmiş) seramikler ile geleneksel seramikler arasındaki karşılaştırma

Modern seramikler, geleneksel seramiklerle karşılaştırıldığında; hammadde bileşimi, hazırlama süreci, organizasyon yapısı ve performans açısından önemli farklılıklar göstermektedir.

Geleneksel seramikler ile modern seramikler arasındaki fark