Kerámia anyagok

A modern kerámia anyagok egy új típusú kerámia, amelyet a speciális kerámiákon alapuló hagyományos kerámiákból fejlesztettek ki, és a hagyományos kerámiáktól eltérő jellegzetes tulajdonságokkal rendelkeznek. Régóta túlmutat a hagyományos kerámia fogalmán és hatókörén. Magas és új technológia terméke. Ezért a kerámia anyagok ősi és fiatal téma.

Az úgynevezett modern kerámia anyagok szervetlen nemfémes anyagok. A modern anyagok három fő kategóriájának egyike a fémek és szerves anyagok mellett. Ez az összes anyag általános elismerése is, kivéve a fémeket és a szerves anyagokat. Ebben a fejezetben a vita tárgya a modern kerámia anyagok vagy a modern szervetlen nemfémes anyagok.

A modern kerámia anyagoknak csúcstechnológiás konnotációi vannak. A hagyományos anyagokhoz képest. Főleg a következő három tulajdonsággal rendelkezik:

(1) A modern tudományos és technológiai fejlődés követelményei alapján. A modern tudomány és technológia fejlődésének terméke, és csúcstechnológiás termék.

(2) A gyártási folyamat összetett, és a modern tudományos és technológiai vívmányok irányítását igényli. Ezért ez egy technikai tudásintenzív termék.

(3) Kiváló és különleges tulajdonságokkal rendelkezik, és megfelel a kereskedelmi és új technológiai iparágak követelményeinek.

Kerámia anyagok osztályozása

A termelés és a tudomány és a technológia fejlődésével. A kerámia anyagok és termékek fajtái napról napra növekszenek. A különféle anyagok vagy termékek jellemzőinek megértésének megkönnyítése érdekében ezeket általában különböző szempontok szerint osztályozzák.

1. Osztályozás kémiai összetétel szerint

(1) Oxid kerámia. Sokféle oxidkerámia létezik, amelyek nagyon fontos helyet foglalnak el a kerámiacsaládban. A leggyakrabban használt oxidkerámiák az Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mullit (3Al2O3.2SiO4) és spinell (MgAl2O3) stb. Az Al2O3 és SiO2 a kerámiában ugyanolyan széles körben használatos, mint az acél és az alumíniumötvözetek fémes anyagokban. Néhány oxidkerámia a 11.1. táblázatban található. A szilikátok is az oxidok sorozatába tartoznak. Ilyen például a ZrsiO4. A hívás várt. Vannak olyan összetett oxidok is, mint a BaT, CgyiO; stb. is ebbe a kategóriába tartoznak.

A kerámia anyagokat kémiai összetétel szerint osztályozzák

(2) Keményfém kerámiák. A karbid kerámiák általában magasabb olvadásponttal rendelkeznek, mint az oxidok. A leggyakrabban használtak a SIC, SC, Phoenix C. TIC stb. A keményfém kerámiáknak légkörvédelmet kell biztosítani az előkészítés során.

(3) Amid kerámia. A legszélesebb körben használt klorid az a-ji, amely kiváló átfogó mechanikai tulajdonságokkal és magas hőmérsékleti ellenállással rendelkezik. Emellett a TZN, BN és AI nitrid kerámiák alkalmazásai egyre elterjedtebbek. A nemrég megjelent C3N4 várhatóan jobb teljesítményt nyújt, mint a Si3O4.

(4) Négy vegyi kerámia. A borid kerámiák alkalmazásai nem túl szélesek. Főleg mély adalékanyagként vagy második fázisként használják más kerámia mátrixokhoz a teljesítmény javítása érdekében. Az általánosan használtak a Ti, Zr& stb.

2. Osztályozás teljesítmény és felhasználás szerint

(1) Szerkezeti kerámia. A szerkezeti kerámiákat szerkezeti anyagokként használják szerkezeti alkatrészek gyártásához. Főleg mechanikai tulajdonságait használja. Fokozott szilárdság, szívósság, keménység, modulus, kopásállóság, magas hőmérsékleti ellenállás (nagy hőmérsékleti szilárdság, hősokkállóság, ablációs ellenállás) stb. A fent említett, magkémiai összetétel szerint osztályozott négy kerámia közül a legtöbb szerkezeti kerámia. Ilyen például az AjZQ kő. A 3N4 és a ZX reprezentatív szerkezeti kerámia anyagok kiváló mechanikai tulajdonságokkal.

(2) Funkcionális kerámia. A funkcionális kerámiákat funkcionális anyagokként használják funkcionális eszközök gyártásához, főként azok fizikai tulajdonságainak felhasználásával, például elektromágneses tulajdonságokkal, termikus tulajdonságokkal, optikai tulajdonságokkal, biológiai tulajdonságokkal stb. Például ferrit. A ferroelektromos kerámiákat elsősorban elektromágneses tulajdonságaik miatt használják. Elektromágneses alkatrészek, dielektromos kerámiákból kondenzátorok, piezoelektromos kerámiákból pedig elmozdulás- vagy nyomásérzékelőket készítenek belőle. A szilárd elektrolit kerámiából iontranszfer tulajdonságaik felhasználásával oxigéndetektorok készíthetők. A biokerámiából mesterséges csontokat és műfogakat készítenek. A funkcionális kerámiák kategóriájába tartoznak a szupravezető anyagok és az optikai szálak is.

Érdemes megemlíteni, hogy a fenti besorolás is relatív. Ahelyett, hogy abszolút lenne, néha nincs szigorú határ a szerkezeti kerámiák és a funkcionális kerámiák között. Egyes kerámia anyagoknál mindkettő létezik. Piezoelektromos kerámia. Bár a funkcionális kerámiák közé sorolható, mechanikai tulajdonságaira, például szilárdságára, szívósságára, keménységére és rugalmassági modulusára vonatkozóan is vannak bizonyos követelmények. Mindenekelőtt elegendő szilárdságúnak kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a károsodást az E erővel szemben, hogy a közös piezoelektromos karakterisztikákat el lehessen érni. Ezen túlmenően, mint például a magas hőmérsékletű szerkezeti kerámiák vagy az űrhajók hőálló részeinek hőütésálló és tűzálló kerámiái, bár ezek a szerkezeti kerámiák kategóriájába tartoznak. A hőtágulási ellenállást azonban nem csak a saját szilárdsága, szívóssága és modulusa határozza meg, hanem a hővezető képesség és a hőtágulási együttható is megegyezik a mechanikai tulajdonságokkal, amelyek nagyon fontos hatással vannak a hősokkállóságra. A korrózióállóság a vegyi kerámiák (például a saválló szivattyúk) egyik fontos tulajdonsága, de bizonyos mechanikai tulajdonságokkal kell rendelkeznie ahhoz, hogy megfeleljen az ipar követelményeinek. A szupravezető anyagokból nehéz huzalt készíteni, mert erősen zsírosak. Ezért még nem léphet be a gyakorlati alkalmazás szakaszába. Összefoglalva, legyen szó szerkezeti kerámiáról vagy funkcionális kerámiáról, a mechanikai tulajdonságok a kerámia anyagok legalapvetőbb tulajdonságai. Csak arról van szó, hogy a különböző felhasználások eltérő követelményeket támasztanak a mechanikai tulajdonságokkal szemben.

Ez a fejezet elsősorban a szerkezeti kerámiákat tárgyalja.

A kerámia előnyei

1. Kerámia anyagok teljesítményjellemzői

Mint mindannyian tudjuk, a fémes anyagok (tiszta arany vagy ötvözetek) kémiai kötései többnyire fémek. Fém pozitív atomokból és az őket kitöltő elektronfelhőkből állnak. A fémkötéseknek nincs irányítottsága. Ezért a fém jó képlékeny alakváltozási tulajdonságokkal rendelkezik. Ami a nemfémes vegyületeket figyelmen kívül hagyó kerámiákat illeti, kémiai tulajdonságaik magasabbak, mint az egészségi és kovalens kötéseké. Ez a kémia erős irányultsággal és magas kötési energiával rendelkezik. Ezért a kerámia anyagok nehezen képlékeny alakváltozáson mennek keresztül. Magas törékenység és erős repedésérzékenység. Ez a kerámia anyagok Achilles-sarka. De éppen ennek a kémiai kötéstípusnak köszönhető, hogy a szerkezeti kerámiák egy sor különleges tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek felülmúlják a fémes anyagokat.

①A nagy keménység határozza meg a kiváló kopásállóságát;

②Magas lángpont. Megállapította, hogy kiváló hőállósággal rendelkezik;

③ Magas kémiai stabilitás. Meghatározza, hogy jó korrózióállósággal rendelkezik.

Bár a kerámia anyagoknak olyan kiváló előnyei vannak. Azonban végzetes hátránya – a ridegsége – korlátozza teljesítményét és gyakorlati alkalmazását. Ezért a kerámia keményítése a kerámiaanyag-kutatás olyan központi témájává vált, amely világszerte felkelti a figyelmet (a részletekért lásd a kerámia edzése című részt).

2. A modern (fejlett) kerámia és a hagyományos kerámia összehasonlítása

Modern kerámia a hagyományos kerámiával összehasonlítva. Jelentős különbségek vannak az alapanyag-összetételben, az előkészítési folyamatban, a szervezeti felépítésben és a teljesítményben.

A hagyományos kerámia és a modern kerámia kontrasztja