Vật liệu gốm

Hiện đại Vật liệu gốm sứ là một loại gốm sứ mới được phát triển từ gốm sứ truyền thống dựa trên nền tảng gốm sứ đặc biệt, mang những đặc điểm riêng biệt, khác biệt với gốm sứ truyền thống. Nó đã vượt ra khỏi khái niệm và phạm vi của gốm sứ truyền thống từ lâu. Nó là sản phẩm của công nghệ cao và mới. Do đó, vật liệu gốm sứ là một lĩnh vực vừa cổ xưa vừa trẻ trung.

Vật liệu gốm hiện đại là vật liệu vô cơ phi kim loại. Đây là một trong ba loại vật liệu hiện đại chính, bên cạnh kim loại và vật liệu hữu cơ. Nó cũng là sự công nhận chung cho tất cả các vật liệu, ngoại trừ vật liệu kim loại và vật liệu hữu cơ. Đối tượng thảo luận trong chương này là vật liệu gốm hiện đại hoặc vật liệu vô cơ phi kim loại hiện đại.

Vật liệu gốm sứ hiện đại mang hàm ý công nghệ cao. So với vật liệu truyền thống, vật liệu gốm sứ hiện đại có ba đặc điểm chính sau:

(1) Dựa trên yêu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đạiChiềuent. Nó là sản phẩm của sự phát triển khoa học công nghệ hiện đại và là sản phẩm công nghệ cao.

(2) Quy trình sản xuất phức tạp, đòi hỏi sự chỉ đạo của thành tựu khoa học công nghệ hiện đại, do đó là sản phẩm đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao.

(3) Có tính chất tuyệt vời và đặc biệt, có thể đáp ứng được yêu cầu của ngành công nghiệp thương mại và công nghệ mới.

Phân loại vật liệu gốm

Với sự phát triển của sản xuất và khoa học công nghệ, các loại vật liệu và sản phẩm gốm sứ ngày càng đa dạng. Để giúp người dùng dễ dàng hiểu được đặc tính của từng loại vật liệu hoặc sản phẩm, chúng thường được phân loại theo nhiều góc độ khác nhau.

1. Phân loại theo thành phần hóa học

(1) Gốm oxit. Có nhiều loại gốm oxit, chiếm một vị trí rất quan trọng trong họ gốm. Các loại gốm oxit được sử dụng phổ biến nhất là Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mullite (3Al2O3.2SiO4) và spinel (MgAl2O3), v.v. Al2O3 và SiO2 trong gốm được sử dụng rộng rãi như hợp kim thép và nhôm trong vật liệu kim loại. Một số gốm oxit được liệt kê trong Bảng 11.1. Silicat cũng thuộc nhóm oxit. Chẳng hạn như ZrsiO4. Cuộc gọi đã chờ. Ngoài ra còn có các oxit tổng hợp như BaT, CgyiO; v.v. cũng thuộc nhóm này.

Vật liệu gốm được phân loại theo thành phần hóa học

(2) Gốm carbide. Gốm carbide thường có nhiệt độ nóng chảy cao hơn oxit. Các loại gốm được sử dụng phổ biến nhất là SIC, SC, Phoenix C, TIC, v.v. Gốm carbide cần được bảo vệ khỏi khí quyển trong quá trình chế tạo.

(3) Gốm amit. Clorua được sử dụng rộng rãi nhất là a-ji, có tính chất cơ học toàn diện tuyệt vời và khả năng chịu nhiệt độ cao. Ngoài ra, ứng dụng của gốm nitrua TZN, BN và AI ngày càng phổ biến. C3N4, mới xuất hiện gần đây, được kỳ vọng sẽ có hiệu suất tốt hơn Si3O4.

(4) Bốn loại gốm hóa học. Ứng dụng của gốm boride không rộng lắm. Chúng chủ yếu được sử dụng làm phụ gia sâu hoặc pha thứ hai để thêm vào các nền gốm khác nhằm cải thiện hiệu suất. Các loại thường được sử dụng bao gồm Ti, Zr, v.v.

2. Phân loại theo hiệu suất và mục đích sử dụng

(1) Gốm kết cấu. Gốm kết cấu được sử dụng làm vật liệu kết cấu để chế tạo các bộ phận kết cấu. Chủ yếu sử dụng các tính chất cơ học của nó. Cường độ, độ dẻo dai, độ cứng, mô đun đàn hồi, khả năng chống mài mòn, khả năng chịu nhiệt độ cao (độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống sốc nhiệt, khả năng chống ăn mòn), v.v. được cải thiện. Hầu hết bốn loại gốm được phân loại theo thành phần hóa học hạt nhân nêu trên đều là gốm kết cấu. Chẳng hạn như đá AjZQ. 3N4 và ZX là những vật liệu gốm kết cấu tiêu biểu có tính chất cơ học vượt trội.

(2) Gốm chức năng. Gốm chức năng được sử dụng làm vật liệu chức năng để chế tạo các thiết bị chức năng, chủ yếu dựa trên các tính chất vật lý của chúng như tính chất điện từ, tính chất nhiệt, tính chất quang học, tính chất sinh học, v.v. Ví dụ như ferit. Gốm sắt điện chủ yếu được sử dụng vì tính chất điện từ của chúng. Nó được sử dụng để chế tạo các linh kiện điện từ, gốm điện môi được sử dụng để chế tạo tụ điện, và gốm áp điện được sử dụng để chế tạo cảm biến dịch chuyển hoặc cảm biến áp suất. Gốm điện phân rắn có thể được sử dụng để chế tạo máy dò oxy nhờ tính chất truyền ion của chúng. Gốm sinh học được sử dụng để chế tạo xương nhân tạo và răng nhân tạo. Vật liệu siêu dẫn và sợi quang cũng thuộc nhóm gốm chức năng.

Cần lưu ý rằng cách phân loại trên cũng chỉ mang tính tương đối. Thay vì tuyệt đối, đôi khi không có ranh giới rõ ràng giữa gốm cấu trúc và gốm chức năng. Đối với một số vật liệu gốm, có cả hai. Gốm áp điện. Mặc dù có thể được phân loại là gốm chức năng, nhưng nó cũng có những yêu cầu nhất định về tính chất cơ học, chẳng hạn như độ bền, độ dẻo dai, độ cứng và mô đun đàn hồi. Trước hết, nó phải có đủ độ bền để ngăn ngừa hư hỏng khi chịu lực E, để có thể đạt được các đặc tính áp điện thông thường. Ngoài ra, chẳng hạn như gốm cấu trúc chịu nhiệt độ cao hoặc gốm chịu sốc nhiệt và chống cháy dùng cho các bộ phận chịu nhiệt của tàu vũ trụ, mặc dù chúng thuộc nhóm gốm cấu trúc. Tuy nhiên, khả năng chống giãn nở nhiệt không chỉ được xác định bởi độ bền, độ dẻo dai và mô đun riêng của nó, mà độ dẫn nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt cũng giống như các tính chất cơ học, có tác động rất quan trọng đến khả năng chống sốc nhiệt. Khả năng chống ăn mòn là một đặc tính quan trọng của gốm hóa học (chẳng hạn như bơm chịu axit), nhưng nó phải có một số tính chất cơ học nhất định để đáp ứng các yêu cầu của ngành. Vật liệu siêu dẫn rất khó chế tạo thành dây vì chúng có hàm lượng chất béo cao. Do đó, chúng vẫn chưa thể bước vào giai đoạn ứng dụng thực tế. Tóm lại, dù là gốm cấu trúc hay gốm chức năng, tính chất cơ học vẫn là tính chất cơ bản nhất của vật liệu gốm. Chỉ là mỗi ứng dụng khác nhau sẽ có yêu cầu về tính chất cơ học khác nhau.

Chương này chủ yếu thảo luận về gốm sứ kết cấu.

Ưu điểm của gốm sứ

1. Đặc tính hiệu suất của vật liệu gốm

Như chúng ta đã biết, liên kết hóa học của vật liệu kim loại (vàng nguyên chất hoặc hợp kim) chủ yếu là kim loại. Chúng được tạo thành từ các nguyên tử kim loại dương và các đám mây electron lấp đầy chúng. Liên kết kim loại không có tính định hướng. Do đó, kim loại có tính biến dạng dẻo tốt. Đối với gốm sứ không phụ thuộc vào các hợp chất phi kim loại, tính chất hóa học của chúng cao hơn liên kết bền vững và liên kết cộng hóa trị. Tính chất hóa học này có tính định hướng mạnh và năng lượng liên kết cao. Do đó, vật liệu gốm khó bị biến dạng dẻo. Độ giòn cao và độ nhạy nứt mạnh. Đây là điểm yếu của vật liệu gốm sứ. Nhưng chính vì loại liên kết hóa học này mà gốm sứ cấu trúc có một loạt các tính chất đặc biệt vượt trội hơn vật liệu kim loại.

①Độ cứng cao quyết định khả năng chống mài mòn tuyệt vời của nó;

②Điểm cháy cao. Được xác định là có khả năng chịu nhiệt vượt trội;

③ Độ ổn định hóa học cao. Điều này chứng tỏ sản phẩm có khả năng chống ăn mòn tốt.

Mặc dù vật liệu gốm có những ưu điểm tuyệt vời như vậy, nhưng nhược điểm chí mạng của nó—độ giòn—đã hạn chế hiệu suất và ứng dụng thực tế. Do đó, việc tôi luyện gốm đã trở thành một chủ đề cốt lõi trong lĩnh vực nghiên cứu vật liệu gốm, thu hút sự chú ý trên toàn thế giới (xem phần tôi tôi luyện gốm để biết thêm chi tiết).

2. So sánh giữa gốm sứ hiện đại (tiên tiến) và gốm sứ truyền thống

So sánh gốm sứ hiện đại với gốm sứ truyền thống. Có sự khác biệt đáng kể về thành phần nguyên liệu, quy trình chế biến, cấu trúc tổ chức và hiệu suất.

Sự tương phản giữa gốm sứ truyền thống và gốm sứ hiện đại