Keraamilised materjalid

Kaasaegsed keraamilised materjalid on uut tüüpi keraamika, mis on välja töötatud traditsioonilisest keraamikast, mis põhineb spetsiaalsel keraamikal ja millel on traditsioonilisest keraamikast erinevad omadused. See on juba ammu ületanud traditsioonilise keraamika kontseptsiooni ja ulatust. See on kõrge ja uue tehnoloogia toode. Seetõttu on keraamilised materjalid iidne ja noor teema.

Niinimetatud kaasaegsed keraamilised materjalid on anorgaanilised mittemetallilised materjalid. See on metallide ja orgaaniliste materjalide kõrval üks kolmest peamisest kaasaegsete materjalide kategooriast. See on ka kõigi materjalide üldine tunnustus, välja arvatud metallmaterjalid ja orgaanilised materjalid. Selle peatüki arutluse objektiks on kaasaegsed keraamilised materjalid või kaasaegsed anorgaanilised mittemetallilised materjalid.

Kaasaegsetel keraamilistel materjalidel on kõrgtehnoloogilised varjundid. Võrreldes traditsiooniliste materjalidega. Sellel on peamiselt kolm järgmist omadust:

(1) Lähtudes kaasaegse teaduse ja tehnoloogia arengu nõuetest. See on kaasaegse teaduse ja tehnoloogia arengu toode ning kõrgtehnoloogiline toode.

(2) Tootmisprotsess on keeruline ja nõuab kaasaegsete teaduse ja tehnika saavutuste juhendamist. Seetõttu on tegemist tehniliste teadmistemahuka tootega.

(3) Sellel on suurepärased ja erilised omadused ning see vastab kommerts- ja uue tehnoloogiatööstuse nõuetele.

Keraamiliste materjalide klassifikatsioon

Tootmise ning teaduse ja tehnoloogia arenguga. Keraamiliste materjalide ja toodete hulk suureneb iga päevaga. Erinevate materjalide või toodete omaduste mõistmise hõlbustamiseks klassifitseeritakse need tavaliselt erinevate nurkade alt.

1. Klassifikatsioon keemilise koostise järgi

(1) Oksiidkeraamika. Oksiidkeraamikat on palju liike, millel on keraamika perekonnas väga oluline koht. Enimkasutatavad oksiidkeraamika on Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mulliit (3Al2O3.2SiO4) ja spinell (MgAl2O3) jne. Al2O3 ja SiO2 kasutatakse keraamikas sama laialdaselt kui terast ja alumiiniumisulameid metallmaterjalides. Mõned oksiidkeraamika materjalid on loetletud tabelis 11.1. Oksiidide sarja kuuluvad ka silikaadid. Näiteks ZrsiO4. Kõne on oodanud. Samuti on olemas komposiitoksiidid nagu BaT, CgyiO; jne kuuluvad ka sellesse kategooriasse.

Keraamilised materjalid klassifitseeritakse keemilise koostise järgi

(2) Karbiidkeraamika. Karbiidkeraamikal on üldiselt kõrgem sulamistemperatuur kui oksiididel. Kõige sagedamini kasutatavad on SIC, SC, Phoenix C. TIC jne. Karbiidkeraamikal peab olema ettevalmistusprotsessi ajal atmosfäärikaitse.

(3) Amiidkeraamika. Kõige laialdasemalt kasutatav kloriid on a-ji, millel on suurepärased terviklikud mehaanilised omadused ja kõrge temperatuuritaluvus. Lisaks on TZN, BN ja AI nitriidkeraamika rakendused muutumas üha laiemaks. Hiljuti ilmunud C3N4-l on eeldatavasti parem jõudlus kui Si3O4-l.

(4) Neli keemilist keraamikat. Boriidkeraamika kasutusalad pole kuigi laiad. Neid kasutatakse peamiselt sügavate lisanditena või teise faasina, mis lisatakse teistele keraamilistele maatriksitele jõudluse parandamiseks. Tavaliselt kasutatavad on Ti, Zr& jne.

2. Klassifikatsioon jõudluse ja kasutuse järgi

(1) Konstruktsioonikeraamika. Struktuurkeraamikat kasutatakse konstruktsioonimaterjalina konstruktsiooniosade valmistamisel. Peamiselt kasutatakse selle mehaanilisi omadusi. Suurenenud tugevus, sitkus, kõvadus, moodul, kulumiskindlus, vastupidavus kõrgele temperatuurile (kõrgetemperatuuriline tugevus, soojuslöögikindlus, ablatsioonikindlus) jne. Enamik neljast ülalmainitud tuumakeemilise koostise järgi klassifitseeritud keraamikast on struktuurkeraamika. Näiteks AjZQ kivi. 3N4 ja ZX on tüüpilised struktuursed keraamilised materjalid, millel on suurepärased mehaanilised omadused.

(2) Funktsionaalne keraamika. Funktsionaalset keraamikat kasutatakse funktsionaalsete seadmete valmistamisel funktsionaalsete materjalidena, kasutades peamiselt nende füüsikalisi omadusi, nagu elektromagnetilised omadused, termilised omadused, optilised omadused, bioloogilised omadused jne. Näiteks ferriit. Ferroelektrilist keraamikat kasutatakse peamiselt nende elektromagnetiliste omaduste tõttu. Sellest valmistatakse elektromagnetilisi komponente, dielektrilisest keraamikast kondensaatoreid ja piesoelektrilisest keraamikast nihke- või rõhuandureid. Tahket elektrolüütkeraamikat saab kasutada hapnikudetektorite valmistamiseks, kasutades nende iooniülekande omadusi. Biokeraamikat kasutatakse kunstluude ja kunsthammaste valmistamiseks. Funktsionaalse keraamika kategooriasse kuuluvad ka ülijuhtivad materjalid ja optilised kiud.

Tasub mainida, et ka ülaltoodud klassifikatsioon on suhteline. Selle asemel, et olla absoluutne, ei ole mõnikord struktuurse keraamika ja funktsionaalse keraamika vahel ranget piiri. Mõne keraamilise materjali puhul on olemas mõlemad. Piesoelektriline keraamika. Kuigi seda võib liigitada funktsionaalseks keraamikaks, on sellel ka teatud nõuded selle mehaanilistele omadustele, nagu tugevus, sitkus, kõvadus ja elastsusmoodul. Esiteks peab sellel olema piisav tugevus, et vältida kahjustusi, kui see talub E jõudu, et oleks võimalik saavutada ühised piesoelektrilised omadused. Lisaks näiteks kõrge temperatuuriga konstruktsioonikeraamika või termošoki- ja tulekindel keraamika kosmoselaevade kuumakindlate osade jaoks, kuigi need kuuluvad konstruktsioonikeraamika kategooriasse. Soojuspaisumistakistust ei määra aga mitte ainult selle tugevus, sitkus ja moodul, vaid soojusjuhtivus ja soojuspaisumiskoefitsient on ka samad, mis mehaanilised omadused, millel on väga oluline mõju soojuslöögikindlusele. Korrosioonikindlus on keemilise keraamika (nagu happekindlad pumbad) oluline jõudlus, kuid sellel peavad olema teatud mehaanilised omadused, et see vastaks tööstuse nõuetele. Ülijuhtivaid materjale on raske juhtmeteks valmistada, kuna need on väga rasvased. Seetõttu ei saa see veel siseneda praktilise rakendusetappi. Kokkuvõtteks olgu tegemist struktuurkeraamika või funktsionaalkeraamikaga, mehhaanilised omadused on keraamiliste materjalide kõige põhilisemad omadused. Lihtsalt erinevatel kasutusaladel on erinevad nõuded mehaanilistele omadustele.

Selles peatükis käsitletakse peamiselt struktuurkeraamikat.

Keraamika eelised

1. Keraamiliste materjalide tööomadused

Nagu me kõik teame, on metalliliste materjalide (puhas kuld või sulamid) keemilised sidemed enamasti metallid. Need koosnevad metalli positiivsetest aatomitest ja neid täitvatest elektronpilvedest. Metallsidemetel puudub suund. Seetõttu on metallil head plastilised deformatsiooniomadused. Mis puutub keraamikasse, mis eirab mittemetallilisi ühendeid, siis nende keemilised omadused on paremad kui tervislikel ja kovalentsetel sidemetel. Sellel keemial on tugev suundumus ja kõrge sidumisenergia. Seetõttu on keraamilistel materjalidel raske plastilist deformatsiooni. Kõrge rabedus ja tugev pragude tundlikkus. See on keraamiliste materjalide Achilleuse kand. Kuid just selle keemilise sideme tüübi tõttu on struktuurkeraamikal rida eriomadusi, mis on metallmaterjalidest paremad.

①Kõrge kõvadus määrab selle suurepärase kulumiskindluse;

② Kõrge leegipunkt. otsustas, et sellel on suurepärane kuumakindlus;

③ Kõrge keemiline stabiilsus. See määrab, et sellel on hea korrosioonikindlus.

Kuigi keraamilistel materjalidel on sellised suurepärased eelised. Kuid selle saatuslik puudus - rabedus - piirab selle jõudlust ja praktilisi rakendusi. Seetõttu on keraamika karmistamisest saanud keraamiliste materjalide uurimise valdkonna keskne teema, mis tõmbab kogu maailmas tähelepanu (vt täpsemalt keraamika karastamist käsitlevast jaotisest).

2. Kaasaegse (täiustatud) keraamika ja traditsioonilise keraamika võrdlus

Kaasaegne keraamika võrreldes traditsioonilise keraamikaga. Tooraine koostises, valmistamisprotsessis, organisatsioonilises struktuuris ja jõudluses on olulisi erinevusi.

Kontrast traditsioonilise keraamika ja kaasaegse keraamika vahel