Keramische Werkstoffe

Modern Keramische Werkstoffe sind eine neue Art von Keramik, die aus traditioneller Keramik auf Basis spezieller Keramik entwickelt wurde und charakteristische Eigenschaften aufweist, die sich von denen traditioneller Keramik unterscheiden. Sie geht längst über das Konzept und den Anwendungsbereich traditioneller Keramik hinaus. Sie ist ein Produkt hochentwickelter und neuer Technologie. Daher sind keramische Materialien ein altes und junges Thema.

Die sogenannten modernen keramischen Werkstoffe sind anorganische nichtmetallische Werkstoffe. Sie stellen neben Metallen und organischen Werkstoffen eine der drei Hauptkategorien moderner Werkstoffe dar. Sie umfassen im Allgemeinen alle Werkstoffe außer metallischen und organischen Werkstoffen. Gegenstand dieses Kapitels sind moderne keramische Werkstoffe bzw. moderne anorganische nichtmetallische Werkstoffe.

Moderne Keramikmaterialien haben Hightech-Konnotationen. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien weist es hauptsächlich die folgenden drei Eigenschaften auf:

(1) Basierend auf den Anforderungen der modernen wissenschaftlichen und technologischen EntwicklungPmEs ist das Produkt der Entwicklung moderner Wissenschaft und Technologie und ein Hightech-Produkt.

(2) Der Herstellungsprozess ist komplex und erfordert die Unterstützung moderner wissenschaftlicher und technologischer Errungenschaften. Daher handelt es sich um ein technisch wissensintensives Produkt.

(3) Es verfügt über hervorragende und besondere Eigenschaften und kann die Anforderungen der kommerziellen und neuen Technologiebranche erfüllen.

Klassifizierung keramischer Werkstoffe

Mit der Entwicklung von Produktion, Wissenschaft und Technologie nimmt die Vielfalt keramischer Materialien und Produkte täglich zu. Um das Verständnis der Eigenschaften verschiedener Materialien oder Produkte zu erleichtern, werden diese üblicherweise aus verschiedenen Blickwinkeln klassifiziert.

1. Klassifizierung nach chemischer Zusammensetzung

(1) Oxidkeramiken. Es gibt viele Arten von Oxidkeramiken, die in der Keramikfamilie eine sehr wichtige Stellung einnehmen. Die am häufigsten verwendeten Oxidkeramiken sind Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO, Cr2O3, Mullit (3Al2O3.2SiO4) und Spinell (MgAl2O3) usw. Al2O3 und SiO2 werden in Keramiken ebenso häufig verwendet wie Stahl und Aluminiumlegierungen in metallischen Werkstoffen. Einige Oxidkeramiken sind in Tabelle 11.1 aufgeführt. Silikate gehören ebenfalls zur Oxidreihe. Wie ZrsiO4. Anruf hat gewartet. Es gibt auch Mischoxide wie BaT, CgyiO usw. fallen ebenfalls in diese Kategorie.

Keramische Werkstoffe werden nach ihrer chemischen Zusammensetzung klassifiziert

(2) Hartmetallkeramiken. Hartmetallkeramiken haben im Allgemeinen einen höheren Schmelzpunkt als Oxide. Die am häufigsten verwendeten sind SIC, SC, Phoenix C, TIC usw. Hartmetallkeramiken sollten während des Herstellungsprozesses atmosphärisch geschützt werden.

(3) Amidkeramik. Das am häufigsten verwendete Chlorid ist a-ji, das hervorragende mechanische Eigenschaften und hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Darüber hinaus finden TZN-, BN- und AI-Nitridkeramiken zunehmend Anwendung. Das erst kürzlich erschienene C3N4 soll eine bessere Leistung als Si3O4 aufweisen.

(4) Vier chemische Keramiken. Boridkeramiken haben nicht viele Anwendungsmöglichkeiten. Sie werden hauptsächlich als Tiefenzusätze oder Zweitphasen verwendet, die anderen Keramikmatrizen zur Leistungssteigerung hinzugefügt werden. Häufig verwendete Materialien sind Ti, Zr&, etc.

2. Klassifizierung nach Leistung und Verwendung

(1) Strukturkeramik. Strukturkeramik wird als Strukturmaterial zur Herstellung von Strukturteilen verwendet. Hauptsächlich werden ihre mechanischen Eigenschaften genutzt. Verbesserte Festigkeit, Zähigkeit, Härte, Elastizitätsmodul, Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit (Hochtemperaturfestigkeit, Thermoschockbeständigkeit, Ablationsbeständigkeit) usw. Die meisten der vier oben genannten Keramiken, die nach ihrer nuklearchemischen Zusammensetzung klassifiziert sind, sind Strukturkeramiken. Beispielsweise sind AjZQ-Stein, 3N4 und ZX repräsentative Strukturkeramikmaterialien mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften.

(2) Funktionskeramik. Funktionskeramik wird als Funktionsmaterial zur Herstellung funktionaler Geräte verwendet, wobei hauptsächlich ihre physikalischen Eigenschaften wie elektromagnetische, thermische, optische und biologische Eigenschaften genutzt werden. Ein Beispiel hierfür ist Ferrit. Ferroelektrische Keramik wird hauptsächlich aufgrund ihrer elektromagnetischen Eigenschaften zur Herstellung elektromagnetischer Komponenten verwendet, dielektrische Keramik zur Herstellung von Kondensatoren und piezoelektrische Keramik zur Herstellung von Weg- oder Drucksensoren. Festelektrolytkeramik kann aufgrund ihrer Ionentransporteigenschaften zur Herstellung von Sauerstoffdetektoren verwendet werden. Biokeramik wird zur Herstellung künstlicher Knochen und Zähne verwendet. Supraleitende Materialien und optische Fasern gehören ebenfalls zur Kategorie der Funktionskeramik.

Es ist erwähnenswert, dass die obige Klassifizierung relativ ist. Strukturkeramik und Funktionskeramik sind nicht absolut, sondern fließend. Manche Keramikmaterialien umfassen beides. Piezoelektrische Keramik kann zwar als Funktionskeramik klassifiziert werden, stellt aber auch bestimmte Anforderungen an ihre mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit, Härte und Elastizitätsmodul. Um die üblichen piezoelektrischen Eigenschaften zu erreichen, muss sie zunächst eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um Schäden durch E-Kraft zu vermeiden. Darüber hinaus gehören Hochtemperatur-Strukturkeramiken oder thermoschockbeständige und feuerfeste Keramiken für hitzebeständige Teile von Raumfahrzeugen zur Kategorie der Strukturkeramiken. Die Wärmeausdehnungsbeständigkeit wird jedoch nicht nur durch Festigkeit, Zähigkeit und Elastizitätsmodul bestimmt, sondern auch durch Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient, die zusammen mit den mechanischen Eigenschaften einen entscheidenden Einfluss auf die Thermoschockbeständigkeit haben. Korrosionsbeständigkeit ist eine wichtige Eigenschaft chemischer Keramiken (z. B. säurebeständiger Pumpen), muss aber bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden. Supraleitende Materialien lassen sich aufgrund ihres hohen Fettgehalts nur schwer zu Drähten verarbeiten. Daher ist die praktische Anwendung noch nicht möglich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die mechanischen Eigenschaften von Keramikmaterialien, egal ob Strukturkeramik oder Funktionskeramik, die grundlegendsten Eigenschaften darstellen. Unterschiedliche Anwendungen stellen jedoch unterschiedliche Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften.

In diesem Kapitel geht es hauptsächlich um Strukturkeramik.

Vorteile von Keramik

1. Leistungsmerkmale keramischer Werkstoffe

Wie wir alle wissen, sind die chemischen Bindungen metallischer Werkstoffe (reines Gold oder Legierungen) meist metallischer Natur. Sie bestehen aus positiven Metallatomen und einer Elektronenwolke, die diese ausfüllt. Metallische Bindungen sind nicht gerichtet. Daher weisen Metalle gute plastische Verformungseigenschaften auf. Keramiken, die keine nichtmetallischen Verbindungen enthalten, weisen höhere chemische Eigenschaften auf als gesunde und kovalente Bindungen. Diese Chemie weist eine starke Richtungsabhängigkeit und eine hohe Bindungsenergie auf. Daher ist es für keramische Werkstoffe schwierig, sich plastisch zu verformen. Sie sind sehr spröde und rissempfindlich. Dies ist die Achillesferse keramischer Werkstoffe. Doch gerade aufgrund dieser Art chemischer Bindungen weisen Strukturkeramiken eine Reihe besonderer Eigenschaften auf, die metallischen Werkstoffen überlegen sind.

①Die hohe Härte bestimmt seine hervorragende Verschleißfestigkeit;

②Hoher Flammpunkt. Festgestellt, dass es eine hervorragende Hitzebeständigkeit aufweist;

③Hohe chemische Stabilität. Dies bedeutet, dass es eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Obwohl keramische Werkstoffe über hervorragende Vorteile verfügen, schränkt ihr fataler Nachteil – ihre Sprödigkeit – ihre Leistungsfähigkeit und praktische Anwendung ein. Daher ist die Härtung von Keramik zu einem zentralen Thema der keramischen Materialforschung geworden, das weltweite Aufmerksamkeit erregt (weitere Informationen finden Sie im Abschnitt „Härtung von Keramik“).

2. Vergleich zwischen moderner (fortgeschrittener) Keramik und traditioneller Keramik

Moderne Keramik im Vergleich zu traditioneller Keramik. Es gibt erhebliche Unterschiede in der Zusammensetzung der Rohstoffe, dem Herstellungsprozess, der Organisationsstruktur und der Leistung.

Kontrast zwischen traditioneller Keramik und moderner Keramik