Κεραμικά υλικά

Τα σύγχρονα κεραμικά υλικά είναι ένας νέος τύπος κεραμικών που αναπτύσσονται από παραδοσιακά κεραμικά βασισμένα σε ειδικά κεραμικά και έχουν διακριτικά χαρακτηριστικά που διαφέρουν από τα παραδοσιακά κεραμικά. Έχει ξεπεράσει από καιρό την έννοια και το πεδίο εφαρμογής της παραδοσιακής κεραμικής. Είναι προϊόν υψηλής και νέας τεχνολογίας. Επομένως, τα κεραμικά υλικά είναι ένα αρχαίο και νέο θέμα.

Τα λεγόμενα σύγχρονα κεραμικά υλικά είναι ανόργανα μη μεταλλικά υλικά. Είναι μία από τις τρεις μεγάλες κατηγορίες σύγχρονων υλικών μαζί με τα μέταλλα και τα οργανικά υλικά. Είναι επίσης η γενική αναγνώριση όλων των υλικών εκτός από τα μεταλλικά υλικά και τα οργανικά υλικά. Αντικείμενο συζήτησης σε αυτό το κεφάλαιο είναι τα σύγχρονα κεραμικά υλικά ή τα σύγχρονα ανόργανα μη μεταλλικά υλικά.

Τα σύγχρονα κεραμικά υλικά έχουν χροιές υψηλής τεχνολογίας. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά. Έχει κυρίως τα ακόλουθα τρία χαρακτηριστικά:

(1) Με βάση τις απαιτήσεις της σύγχρονης επιστημονικής και τεχνολογικής ανάπτυξης. Είναι προϊόν ανάπτυξης της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας και είναι προϊόν υψηλής τεχνολογίας.

(2) Η διαδικασία παραγωγής είναι πολύπλοκη και απαιτεί την καθοδήγηση των σύγχρονων επιστημονικών και τεχνολογικών επιτευγμάτων. Ως εκ τούτου, είναι ένα προϊόν έντασης τεχνικών γνώσεων.

(3) Έχει εξαιρετικές και ιδιαίτερες ιδιότητες και μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις των εμπορικών και νέων βιομηχανιών τεχνολογίας.

Ταξινόμηση κεραμικών υλικών

Με την ανάπτυξη της παραγωγής και της επιστήμης και της τεχνολογίας. Τα είδη των κεραμικών υλικών και προϊόντων αυξάνονται μέρα με τη μέρα. Προκειμένου να διευκολυνθεί η κατανόηση των χαρακτηριστικών διαφόρων υλικών ή προϊόντων, συνήθως ταξινομούνται από διαφορετικές οπτικές γωνίες.

1. Ταξινόμηση ανά χημική σύνθεση

(1) Οξείδια κεραμικά. Υπάρχουν πολλά είδη οξειδίων κεραμικών, τα οποία κατέχουν πολύ σημαντική θέση στην οικογένεια των κεραμικών. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα κεραμικά οξειδίων είναι τα Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Το Cr2O3, ο μουλλίτης (3Al2O3.2SiO4) και το σπινέλιο (MgAl2O3), κ.λπ. Τα Al2O3 και SiO2 στα κεραμικά χρησιμοποιούνται ευρέως όπως ο χάλυβας και τα κράματα αλουμινίου σε μεταλλικά υλικά. Ορισμένα κεραμικά οξειδίου παρατίθενται στον Πίνακα 11.1. Στη σειρά των οξειδίων ανήκουν και τα πυριτικά. Όπως το ZrsiO4. Η κλήση περίμενε. Υπάρχουν επίσης σύνθετα οξείδια όπως BaT, CgyiO. κ.λπ. ανήκουν επίσης σε αυτή την κατηγορία.

Τα κεραμικά υλικά ταξινομούνται κατά χημική σύνθεση

(2) Καρβιδικά κεραμικά. Τα κεραμικά καρβιδίου έχουν γενικά υψηλότερο σημείο τήξης από τα οξείδια. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι τα SIC, SC, Phoenix C. TIC κ.λπ. Τα κεραμικά καρβιδίου θα πρέπει να έχουν προστασία ατμόσφαιρας κατά τη διαδικασία προετοιμασίας.

(3) Κεραμικά αμιδίου. Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο χλωρίδιο είναι το a-ji, το οποίο έχει εξαιρετικές περιεκτικές μηχανικές ιδιότητες και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, οι εφαρμογές των κεραμικών νιτριδίων TZN, BN και AI γίνονται όλο και πιο διαδεδομένες. Το C3N4, που μόλις εμφανίστηκε πρόσφατα, αναμένεται να έχει καλύτερες επιδόσεις από το Si3O4.

(4) Τέσσερα χημικά κεραμικά. Οι εφαρμογές των κεραμικών βοριδίου δεν είναι πολύ ευρείες. Χρησιμοποιούνται κυρίως ως βαθιά πρόσθετα ή δεύτερες φάσεις για προσθήκη σε άλλες κεραμικές μήτρες για βελτίωση της απόδοσης. Τα κοινά χρησιμοποιούμενα περιλαμβάνουν Ti, Zr&, κ.λπ.

2. Ταξινόμηση ανά απόδοση και χρήση

(1) Δομική κεραμική. Τα δομικά κεραμικά χρησιμοποιούνται ως δομικά υλικά για την κατασκευή δομικών μερών. Χρησιμοποιήστε κυρίως τις μηχανικές του ιδιότητες. Ενισχυμένη αντοχή, σκληρότητα, σκληρότητα, συντελεστής, αντοχή στη φθορά, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες (αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή σε θερμικό σοκ, αντίσταση κατάλυσης) κ.λπ. Τα περισσότερα από τα τέσσερα κεραμικά που ταξινομούνται σύμφωνα με την πυρηνική χημική σύνθεση που αναφέρονται παραπάνω είναι δομικά κεραμικά. Όπως η πέτρα AjZQ. Τα 3N4 και ZX είναι αντιπροσωπευτικά δομικά κεραμικά υλικά με ανώτερες μηχανικές ιδιότητες.

(2) Λειτουργικά κεραμικά. Τα λειτουργικά κεραμικά χρησιμοποιούνται ως λειτουργικά υλικά για την κατασκευή λειτουργικών συσκευών, χρησιμοποιώντας κυρίως τις φυσικές τους ιδιότητες όπως ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες, θερμικές ιδιότητες, οπτικές ιδιότητες, βιολογικές ιδιότητες κ.λπ. Για παράδειγμα φερρίτη. Τα σιδηροηλεκτρικά κεραμικά χρησιμοποιούνται κυρίως για τις ηλεκτρομαγνητικές τους ιδιότητες. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή ηλεκτρομαγνητικών εξαρτημάτων, τα διηλεκτρικά κεραμικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πυκνωτών και τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά για την κατασκευή αισθητήρων μετατόπισης ή πίεσης. Τα κεραμικά στερεών ηλεκτρολυτών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ανιχνευτών οξυγόνου χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες μεταφοράς ιόντων. Τα βιοκεραμικά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τεχνητών οστών και τεχνητών δοντιών. Στην κατηγορία των λειτουργικών κεραμικών ανήκουν επίσης τα υπεραγώγιμα υλικά και οι οπτικές ίνες.

Αξίζει να σημειωθεί ότι και η παραπάνω ταξινόμηση είναι σχετική. Αντί να είναι απόλυτο, μερικές φορές δεν υπάρχει αυστηρό όριο μεταξύ δομικών κεραμικών και λειτουργικών κεραμικών. Για ορισμένα κεραμικά υλικά, υπάρχουν και τα δύο. Πιεζοηλεκτρικά κεραμικά. Αν και μπορεί να ταξινομηθεί ως λειτουργικά κεραμικά, έχει επίσης ορισμένες απαιτήσεις για τις μηχανικές του ιδιότητες, όπως αντοχή, σκληρότητα, σκληρότητα και συντελεστή ελαστικότητας. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να έχει επαρκή αντοχή για την αποφυγή ζημιών όταν αντέχει τη δύναμη E, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται κοινά πιεζοηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Επιπλέον, όπως δομικά κεραμικά υψηλής θερμοκρασίας ή κεραμικά ανθεκτικά σε θερμικούς κραδασμούς και πυρίμαχα για θερμοανθεκτικά μέρη διαστημικών σκαφών, αν και ανήκουν στην κατηγορία των δομικών κεραμικών. Ωστόσο, η αντίσταση θερμικής διαστολής δεν καθορίζεται μόνο από τη δική της δύναμη, σκληρότητα και συντελεστή, αλλά η θερμική αγωγιμότητα και ο συντελεστής θερμικής διαστολής είναι επίσης ίδιες με τις μηχανικές ιδιότητες, οι οποίες έχουν πολύ σημαντικό αντίκτυπο στην αντίσταση σε θερμικό σοκ. Η αντοχή στη διάβρωση είναι μια σημαντική απόδοση των χημικών κεραμικών (όπως οι αντλίες ανθεκτικές στα οξέα), αλλά πρέπει να έχει ορισμένες μηχανικές ιδιότητες για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της βιομηχανίας. Τα υπεραγώγιμα υλικά είναι δύσκολο να γίνουν σύρματα επειδή είναι πολύ λιπαρά. Επομένως, δεν μπορεί ακόμη να εισέλθει στο στάδιο της πρακτικής εφαρμογής. Συνοψίζοντας, είτε πρόκειται για δομικά κεραμικά είτε για λειτουργικά κεραμικά, οι μηχανικές ιδιότητες είναι οι πιο βασικές ιδιότητες των κεραμικών υλικών. Απλώς διαφορετικές χρήσεις έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για μηχανικές ιδιότητες.

Αυτό το κεφάλαιο πραγματεύεται κυρίως δομικά κεραμικά.

Πλεονεκτήματα των κεραμικών

1. Χαρακτηριστικά απόδοσης κεραμικών υλικών

Όπως όλοι γνωρίζουμε, οι χημικοί δεσμοί των μεταλλικών υλικών (καθαρός χρυσός ή κράματα) είναι κυρίως μέταλλα. Αποτελούνται από θετικά άτομα μετάλλου και ηλεκτρονιακά νέφη που τα γεμίζουν. Οι μεταλλικοί δεσμοί δεν έχουν κατεύθυνση. Επομένως, το μέταλλο έχει καλές ιδιότητες πλαστικής παραμόρφωσης. Όσον αφορά τα κεραμικά που αγνοούν τις μη μεταλλικές ενώσεις, οι χημικές τους ιδιότητες είναι υψηλότερες από τους υγιείς και τους ομοιοπολικούς δεσμούς. Αυτή η χημεία έχει ισχυρή κατευθυντικότητα και υψηλή δεσμευτική ενέργεια. Ως εκ τούτου, είναι δύσκολο για τα κεραμικά υλικά να υποστούν πλαστική παραμόρφωση. Υψηλή ευθραυστότητα και ισχυρή ευαισθησία στις ρωγμές. Αυτή είναι η αχίλλειος πτέρνα από κεραμικά υλικά. Αλλά ακριβώς λόγω αυτού του τύπου χημικού δεσμού τα δομικά κεραμικά έχουν μια σειρά από ειδικές ιδιότητες που είναι ανώτερες από τα μεταλλικά υλικά.

① Η υψηλή σκληρότητα καθορίζει την εξαιρετική αντοχή στη φθορά.

②Υψηλό σημείο φλόγας. Διαπιστώθηκε ότι έχει εξαιρετική αντοχή στη θερμότητα.

③ Υψηλή χημική σταθερότητα. Καθορίζει ότι έχει καλή αντοχή στη διάβρωση.

Αν και τα κεραμικά υλικά έχουν τέτοια εξαιρετικά πλεονεκτήματα. Ωστόσο, το μοιραίο μειονέκτημά του - ευθραυστότητα - περιορίζει την απόδοση και τις πρακτικές εφαρμογές του. Ως εκ τούτου, η σκλήρυνση των κεραμικών έχει γίνει ένα βασικό θέμα στον τομέα της έρευνας κεραμικών υλικών που προσελκύει την παγκόσμια προσοχή (δείτε την ενότητα σκλήρυνση κεραμικών για λεπτομέρειες).

2. Σύγκριση μεταξύ της σύγχρονης (προηγμένης) κεραμικής και της παραδοσιακής κεραμικής

Σύγχρονα κεραμικά σε σύγκριση με τα παραδοσιακά κεραμικά. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές στη σύνθεση της πρώτης ύλης, στη διαδικασία προετοιμασίας, στην οργανωτική δομή και στην απόδοση.

Αντίθεση μεταξύ της παραδοσιακής κεραμικής και της σύγχρονης κεραμικής