مواد سرامیکی

مدرن مواد سرامیکی نوع جدیدی از سرامیک هستند که از سرامیک‌های سنتی مبتنی بر سرامیک‌های ویژه توسعه یافته‌اند و ویژگی‌های متمایزی دارند که با سرامیک‌های سنتی متفاوت است. مدت‌هاست که از مفهوم و دامنه سرامیک‌های سنتی فراتر رفته است. این محصول فناوری پیشرفته و جدید است. بنابراین، مواد سرامیکی موضوعی باستانی و جوان هستند.

مواد سرامیکی مدرن، مواد غیرفلزی معدنی هستند. این مواد در کنار فلزات و مواد آلی، یکی از سه دسته اصلی مواد مدرن هستند. همچنین به عنوان شناخت کلی همه مواد به جز مواد فلزی و مواد آلی شناخته می‌شوند. موضوع بحث در این فصل، مواد سرامیکی مدرن یا مواد غیرفلزی معدنی مدرن است.

مواد سرامیکی مدرن در مقایسه با مواد سنتی، دارای مفاهیم پیشرفته‌ای هستند. این مواد عمدتاً دارای سه ویژگی زیر هستند:

(1) بر اساس الزامات توسعه علمی و فناوری مدرنبعد از ظهراین محصول توسعه علم و فناوری مدرن است و یک محصول با فناوری پیشرفته محسوب می‌شود.

(2) فرآیند تولید پیچیده است و نیاز به راهنمایی دستاوردهای علمی و فناوری مدرن دارد. بنابراین، این محصول به دانش فنی زیادی نیاز دارد.

(3) دارای خواص عالی و ویژه‌ای است و می‌تواند الزامات صنایع تجاری و فناوری جدید را برآورده کند.

طبقه بندی مواد سرامیکی

با توسعه تولید و علم و فناوری، انواع مواد و محصولات سرامیکی روز به روز در حال افزایش است. به منظور تسهیل درک ویژگی‌های مواد یا محصولات مختلف، معمولاً آنها را از زوایای مختلف طبقه‌بندی می‌کنند.

۱. طبقه‌بندی بر اساس ترکیب شیمیایی

(1) سرامیک‌های اکسیدی. انواع مختلفی از سرامیک‌های اکسیدی وجود دارد که جایگاه بسیار مهمی در خانواده سرامیک‌ها دارند. رایج‌ترین سرامیک‌های اکسیدی مورد استفاده عبارتند از Al2O3، SiO2، MgO، ZrO3، CeO2، CaO. Cr2O3، مولایت (3Al2O3.2SiO4) و اسپینل (MgAl2O3) و غیره. Al2O3 و SiO2 در سرامیک‌ها به اندازه فولاد و آلیاژهای آلومینیوم در مواد فلزی کاربرد دارند. برخی از سرامیک‌های اکسیدی در جدول 11.1 فهرست شده‌اند. سیلیکات‌ها نیز به سری اکسیدها تعلق دارند. مانند ZrsiO4. منتظر تماس باشید. همچنین اکسیدهای کامپوزیتی مانند BaT، CgyiO و غیره نیز در این دسته قرار می‌گیرند.

مواد سرامیکی بر اساس ترکیب شیمیایی طبقه‌بندی می‌شوند

(2) سرامیک‌های کاربیدی. سرامیک‌های کاربیدی عموماً نقطه ذوب بالاتری نسبت به اکسیدها دارند. رایج‌ترین آنها SIC، SC، Phoenix C. TIC و غیره هستند. سرامیک‌های کاربیدی باید در طول فرآیند آماده‌سازی تحت حفاظت اتمسفری قرار گیرند.

(3) سرامیک‌های آمیدی. پرکاربردترین کلرید a-ji است که خواص مکانیکی جامع عالی و مقاومت در برابر دمای بالا دارد. علاوه بر این، کاربردهای سرامیک‌های نیتریدی TZN، BN و AI به طور فزاینده‌ای در حال گسترش است. C3N4 که اخیراً ظاهر شده است، انتظار می‌رود عملکرد بهتری نسبت به Si3O4 داشته باشد.

(4) چهار سرامیک شیمیایی. کاربردهای سرامیک‌های بوریدی خیلی گسترده نیست. آن‌ها عمدتاً به عنوان افزودنی‌های عمیق یا فازهای دوم برای افزودن به سایر ماتریس‌های سرامیکی جهت بهبود عملکرد استفاده می‌شوند. موارد رایج مورد استفاده شامل Ti، Zr و غیره هستند.

۲. طبقه‌بندی بر اساس عملکرد و کاربرد

(1) سرامیک‌های ساختاری. سرامیک‌های ساختاری به عنوان مواد ساختاری برای ساخت قطعات ساختاری استفاده می‌شوند. عمدتاً از خواص مکانیکی آن استفاده می‌شود. استحکام، چقرمگی، سختی، مدول، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر دمای بالا (استحکام در دمای بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی، مقاومت در برابر فرسایش) و غیره افزایش یافته است. اکثر چهار سرامیکی که بر اساس ترکیب شیمیایی هسته‌ای ذکر شده در بالا طبقه‌بندی شده‌اند، سرامیک‌های ساختاری هستند. مانند سنگ AjZQ. 3N4 و ZX مواد سرامیکی ساختاری نمونه‌ای با خواص مکانیکی برتر هستند.

(2) سرامیک‌های کاربردی. سرامیک‌های کاربردی به عنوان مواد کاربردی برای ساخت دستگاه‌های کاربردی، عمدتاً با استفاده از خواص فیزیکی آنها مانند خواص الکترومغناطیسی، خواص حرارتی، خواص نوری، خواص بیولوژیکی و غیره استفاده می‌شوند. به عنوان مثال فریت. سرامیک‌های فروالکتریک عمدتاً به دلیل خواص الکترومغناطیسی خود مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنها برای ساخت اجزای الکترومغناطیسی، سرامیک‌های دی‌الکتریک برای ساخت خازن‌ها و سرامیک‌های پیزوالکتریک برای ساخت حسگرهای جابجایی یا فشار استفاده می‌شود. سرامیک‌های الکترولیت جامد را می‌توان با استفاده از خواص انتقال یون آنها برای ساخت آشکارسازهای اکسیژن استفاده کرد. بیوسرامیک‌ها برای ساخت استخوان‌های مصنوعی و دندان‌های مصنوعی استفاده می‌شوند. مواد ابررسانا و فیبرهای نوری نیز به دسته سرامیک‌های کاربردی تعلق دارند.

شایان ذکر است که طبقه‌بندی فوق نیز نسبی است. به جای مطلق بودن، گاهی اوقات مرز دقیقی بین سرامیک‌های ساختاری و سرامیک‌های کاربردی وجود ندارد. برای برخی از مواد سرامیکی، هر دو وجود دارد. سرامیک‌های پیزوالکتریک. اگرچه می‌توان آن را به عنوان سرامیک‌های کاربردی طبقه‌بندی کرد، اما برای خواص مکانیکی آن، مانند استحکام، چقرمگی، سختی و مدول الاستیک، الزامات خاصی نیز دارد. اول از همه، باید استحکام کافی برای جلوگیری از آسیب در هنگام تحمل نیروی E داشته باشد تا بتوان به ویژگی‌های پیزوالکتریک رایج دست یافت. علاوه بر این، مانند سرامیک‌های ساختاری با دمای بالا یا سرامیک‌های مقاوم در برابر شوک حرارتی و مقاوم در برابر آتش برای قطعات مقاوم در برابر حرارت فضاپیما، اگرچه آنها به دسته سرامیک‌های ساختاری تعلق دارند. با این حال، مقاومت در برابر انبساط حرارتی نه تنها با استحکام، چقرمگی و مدول خود تعیین می‌شود، بلکه رسانایی حرارتی و ضریب انبساط حرارتی نیز همانند خواص مکانیکی هستند که تأثیر بسیار مهمی بر مقاومت در برابر شوک حرارتی دارند. مقاومت در برابر خوردگی یک عملکرد مهم سرامیک‌های شیمیایی (مانند پمپ‌های مقاوم در برابر اسید) است، اما باید خواص مکانیکی خاصی داشته باشد تا الزامات صنعت را برآورده کند. تبدیل مواد ابررسانا به سیم دشوار است زیرا بسیار چرب هستند. بنابراین، هنوز نمی‌تواند وارد مرحله کاربرد عملی شود. به طور خلاصه، چه سرامیک‌های ساختاری باشد و چه سرامیک‌های کاربردی، خواص مکانیکی اساسی‌ترین خواص مواد سرامیکی هستند. فقط کاربردهای مختلف، الزامات متفاوتی برای خواص مکانیکی دارند.

این فصل عمدتاً سرامیک‌های ساختاری را مورد بحث قرار می‌دهد.

مزایای سرامیک

۱. ویژگی‌های عملکردی مواد سرامیکی

همانطور که همه ما می‌دانیم، پیوندهای شیمیایی مواد فلزی (طلای خالص یا آلیاژها) عمدتاً فلز هستند. آنها از اتم‌های مثبت فلز و ابرهای الکترونی که آنها را پر می‌کنند، تشکیل شده‌اند. پیوندهای فلزی هیچ جهت‌گیری ندارند. بنابراین، فلز خواص تغییر شکل پلاستیک خوبی دارد. در مورد سرامیک‌هایی که ترکیبات غیرفلزی را نادیده می‌گیرند، خواص شیمیایی آنها بالاتر از پیوندهای سلامت و کووالانسی است. این شیمی دارای جهت‌گیری قوی و انرژی اتصال بالایی است. بنابراین، تغییر شکل پلاستیک برای مواد سرامیکی دشوار است. شکنندگی بالا و حساسیت شدید به ترک. این پاشنه آشیل مواد سرامیکی است. اما دقیقاً به دلیل همین نوع پیوند شیمیایی است که سرامیک‌های ساختاری دارای مجموعه‌ای از خواص ویژه هستند که نسبت به مواد فلزی برتر هستند.

① سختی بالا، مقاومت عالی در برابر سایش را تعیین می‌کند.

② نقطه شعله بالا. مشخص شد که مقاومت حرارتی فوق‌العاده‌ای دارد.

③ پایداری شیمیایی بالا. این نشان می‌دهد که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد.

اگرچه مواد سرامیکی مزایای بسیار خوبی دارند، اما عیب مهلک آنها - شکنندگی - عملکرد و کاربردهای عملی آنها را محدود می‌کند. بنابراین، سخت شدن سرامیک‌ها به یک موضوع اصلی در زمینه تحقیقات مواد سرامیکی تبدیل شده است که توجه جهانی را به خود جلب می‌کند (برای جزئیات بیشتر به بخش سخت شدن سرامیک‌ها مراجعه کنید).

۲. مقایسه بین سرامیک‌های مدرن (پیشرفته) و سرامیک‌های سنتی

سرامیک‌های مدرن در مقایسه با سرامیک‌های سنتی. تفاوت‌های قابل توجهی در ترکیب مواد اولیه، فرآیند آماده‌سازی، ساختار سازمانی و عملکرد وجود دارد.

مقایسه سرامیک‌های سنتی و سرامیک‌های مدرن