세라믹 소재

현대의 세라믹 소재 특수 세라믹을 기반으로 전통 세라믹에서 발전된 새로운 유형의 세라믹으로, 전통 세라믹과는 다른 독특한 특성을 지닙니다. 이는 전통 세라믹의 개념과 범위를 이미 오래전부터 넘어섰으며, 첨단 기술의 산물입니다. 따라서 세라믹 소재는 유구하면서도 새로운 주제입니다.

현대 세라믹 재료는 무기 비금속 재료입니다. 이는 금속 및 유기 재료와 함께 현대 재료의 세 가지 주요 범주 중 하나입니다. 또한 금속 재료와 유기 재료를 제외한 모든 재료를 일반적으로 지칭합니다. 이 장에서 논의하는 대상은 현대 세라믹 재료 또는 현대 무기 비금속 재료입니다.

현대 세라믹 소재는 첨단 기술의 의미를 담고 있습니다. 기존 소재와 비교했을 때, 세라믹 소재는 주로 다음 세 가지 특징을 가지고 있습니다.

(1) 현대 과학기술 발전의 요구에 따라오후이는 현대 과학과 기술 발전의 산물이며, 첨단기술 제품입니다.

(2) 제조 공정이 복잡하고 현대 과학기술 성과의 지도를 필요로 하므로 기술 지식 집약적 제품입니다.

(3) 우수하고 특수한 성능을 갖추고 있어 상업 및 신기술 산업의 요구를 충족시킬 수 있습니다.

세라믹 재료의 분류

생산과 과학 기술의 발전으로 세라믹 소재와 제품의 종류도 날로 다양해지고 있습니다. 다양한 소재나 제품의 특성을 이해하기 쉽게 하기 위해, 일반적으로 다양한 관점에서 분류합니다.

1. 화학성분에 따른 분류

(1) 산화물 세라믹. 다양한 종류의 산화물 세라믹이 있으며, 세라믹 계열에서 매우 중요한 위치를 차지합니다. 가장 일반적으로 사용되는 산화물 세라믹은 Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO, Cr2O3, 멀라이트(3Al2O3, 2SiO4), 스피넬(MgAl2O3) 등입니다. 세라믹에서 Al2O3와 SiO2는 금속 재료에서 강철 및 알루미늄 합금만큼 널리 사용됩니다. 일부 산화물 세라믹은 표 11.1에 나열되어 있습니다. 규산염도 산화물 계열에 속합니다. ZrSiO4가 그 예입니다. 문의가 접수되었습니다. BaT, CgyiO 등과 같은 복합 산화물도 이 범주에 속합니다.

세라믹 소재는 화학적 조성에 따라 분류됩니다.

(2) 카바이드 세라믹. 카바이드 세라믹은 일반적으로 산화물보다 녹는점이 높습니다. 가장 일반적으로 사용되는 것으로는 SIC, SC, Phoenix C, TIC 등이 있습니다. 카바이드 세라믹은 제조 공정 중 대기 보호가 필요합니다.

(3) 아미드 세라믹. 가장 널리 사용되는 염화물은 a-ji이며, 우수한 종합적인 기계적 특성과 고온 내성을 가지고 있습니다. 또한, TZN, BN, Al 질화물 세라믹의 응용 분야가 점차 확대되고 있습니다. 최근 등장한 C3N4는 Si3O4보다 더 우수한 성능을 가질 것으로 예상됩니다.

(4) 4가지 화학 세라믹. 붕소화물 세라믹의 응용 분야는 그리 넓지 않습니다. 주로 다른 세라믹 매트릭스에 첨가하여 성능을 향상시키는 심층 첨가제 또는 2차상으로 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 것으로는 Ti, Zr 등이 있습니다.

2. 성능 및 용도별 분류

(1) 구조용 세라믹. 구조용 세라믹은 구조 부품을 제조하는 구조재로 사용됩니다. 주로 기계적 성질을 향상시킵니다. 강도, 인성, 경도, 탄성률, 내마모성, 고온 강도(고온 강도, 내열충격성, 내삭마성) 등이 향상됩니다. 위에서 언급한 핵화학 조성으로 분류되는 네 가지 세라믹은 대부분 구조용 세라믹입니다. AjZQ 석재, 3N4, ZX 석재는 우수한 기계적 성질을 가진 대표적인 구조용 세라믹 재료입니다.

(2) 기능성 세라믹. 기능성 세라믹은 전자기적 특성, 열적 특성, 광학적 특성, 생물학적 특성 등의 물리적 특성을 이용하여 기능성 소자를 제조하는 기능성 소재로 사용됩니다. 예를 들어 페라이트가 있습니다. 강유전체 세라믹은 주로 전자기적 특성 때문에 사용됩니다. 강유전체 세라믹은 전자기 부품을 만드는 데 사용되고, 유전체 세라믹은 커패시터를 만드는 데 사용되며, 압전 세라믹은 변위 센서나 압력 센서를 만드는 데 사용됩니다. 고체 전해질 세라믹은 이온 전달 특성을 이용하여 산소 검출기를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 바이오 세라믹은 인공 뼈와 인공 치아를 만드는 데 사용됩니다. 초전도 재료와 광섬유 또한 기능성 세라믹의 범주에 속합니다.

위의 분류는 상대적이라는 점을 언급할 가치가 있습니다. 절대적이기보다는 구조용 세라믹과 기능성 세라믹 사이에 엄격한 경계가 없는 경우가 있습니다. 일부 세라믹 재료의 경우 두 가지가 모두 있습니다. 압전 세라믹. 기능성 세라믹으로 분류될 수 있지만 강도, 인성, 경도 및 탄성 계수와 같은 기계적 특성에 대한 특정 요구 사항도 있습니다. 우선, E 힘을 견딜 때 손상을 방지할 수 있는 충분한 강도가 있어야 일반적인 압전 특성을 얻을 수 있습니다. 또한 고온 구조용 세라믹이나 우주선 내열 부품용 내열 및 내화 세라믹과 같은 구조용 세라믹 범주에 속하지만 열팽창 저항성은 자체 강도, 인성 및 탄성 계수에 의해서만 결정되는 것이 아니라 열전도도와 열팽창 계수도 기계적 특성과 동일하며 이는 열충격 저항성에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 내식성은 화학 세라믹(예: 내산성 펌프)의 중요한 성능이지만, 산업 요구 사항을 충족하려면 특정 기계적 특성을 가져야 합니다. 초전도 재료는 지방 함량이 높아 와이어로 만들기가 어렵습니다. 따라서 아직 실용화 단계에 이르지 못했습니다. 요약하자면, 구조용 세라믹이든 기능성 세라믹이든 기계적 특성은 세라믹 재료의 가장 기본적인 특성입니다. 단지 용도에 따라 기계적 특성에 대한 요구 사항이 다를 뿐입니다.

이 장에서는 주로 구조용 세라믹에 대해 논의합니다.

세라믹의 장점

1. 세라믹 소재의 성능 특성

우리 모두 알다시피, 금속 재료(순금이나 합금)의 화학 결합은 대부분 금속입니다. 금속은 금속의 양전하를 띤 원자와 그 안을 채우는 전자 구름으로 구성됩니다. 금속 결합은 방향성이 없습니다. 따라서 금속은 우수한 소성 변형 특성을 갖습니다. 비금속 화합물을 무시하는 세라믹의 경우, 화학적 특성이 공유 결합이나 비금속 화합물을 무시하는 세라믹보다 높습니다. 이러한 화학적 결합은 강한 방향성과 높은 결합 에너지를 가지고 있습니다. 따라서 세라믹 재료는 소성 변형이 어렵습니다. 높은 취성과 강한 균열 민감성을 갖는 것이 세라믹 재료의 아킬레스건입니다. 하지만 바로 이러한 화학 결합 유형 덕분에 구조용 세라믹은 금속 재료보다 우수한 여러 가지 특수 특성을 가지게 됩니다.

① 높은 경도로 인해 내마모성이 우수합니다.

② 난연점이 높아 내열성이 우수한 것으로 확인됨

③ 화학적 안정성이 우수하여 내식성이 우수함을 나타냅니다.

세라믹 소재는 이처럼 뛰어난 장점을 가지고 있습니다. 그러나 치명적인 단점인 취성으로 인해 성능과 실제 적용에 제약이 따릅니다. 따라서 세라믹의 강화는 세라믹 소재 연구 분야의 핵심 주제로 자리 잡았으며, 전 세계적으로 주목을 받고 있습니다(자세한 내용은 세라믹 강화 섹션 참조).

2. 현대(고급)도자와 전통도자 비교

현대 도자기와 전통 도자기를 비교해보면, 원료 구성, 제조 과정, 조직 구조 및 성능 면에서 상당한 차이가 있습니다.

전통도자와 현대도자의 대비