Keramiska material

Moderna keramiska material är en ny typ av keramik som är utvecklad från traditionell keramik baserad på speciell keramik och har utmärkande egenskaper som skiljer sig från traditionell keramik. Det har länge gått bortom konceptet och omfattningen av traditionell keramik. Det är en produkt av hög och ny teknik. Därför är keramiska material ett urgammalt och ungt ämne.

De så kallade moderna keramiska materialen är oorganiska icke-metalliska material. Det är en av de tre huvudkategorierna av moderna material vid sidan av metaller och organiska material. Det är också ett allmänt erkännande av alla material utom metallmaterial och organiska material. Diskussionsobjektet i detta kapitel är moderna keramiska material eller moderna oorganiska icke-metalliska material.

Moderna keramiska material har högteknologiska konnotationer. Jämfört med traditionella material. Den har huvudsakligen följande tre egenskaper:

(1) Baserat på kraven från modern vetenskaplig och teknisk utveckling. Det är produkten av utvecklingen av modern vetenskap och teknik och är en högteknologisk produkt.

(2) Tillverkningsprocessen är komplex och kräver vägledning av moderna vetenskapliga och tekniska landvinningar. Därför är det en teknisk kunskapsintensiv produkt.

(3) Den har utmärkta och speciella egenskaper och kan uppfylla kraven från kommersiella och nyteknologiska industrier.

Klassificering av keramiska material

Med utvecklingen av produktion och vetenskap och teknik. Typerna av keramiska material och produkter ökar dag för dag. För att underlätta förståelsen av egenskaperna hos olika material eller produkter klassificeras de vanligtvis från olika vinklar.

1. Klassificering efter kemisk sammansättning

(1) Oxidkeramik. Det finns många typer av oxidkeramik, som intar en mycket viktig position i den keramiska familjen. De mest använda oxidkeramerna är Al2O3, SiO2, MgO, ZrO3, CeO2, CaO. Cr2O3, mullit (3Al2O3.2SiO4) och spinell (MgAl2O3), etc. Al2O3 och SiO2 i keramer används lika mycket som stål och aluminiumlegeringar i metalliska material. Vissa oxidkeramer listas i Tabell 11.1. Silikater tillhör också oxidserien. Såsom ZrsiO4. Samtalet har väntat. Det finns också kompositoxider som BaT, CgyiO; etc. hör också till denna kategori.

Keramiska material klassificeras efter kemisk sammansättning

(2) Karbidkeramik. Karbidkeramer har i allmänhet en högre smältpunkt än oxider. De vanligaste är SIC, SC, Phoenix C. TIC etc. Hårdmetallkeramik bör ha atmosfärsskydd under beredningsprocessen.

(3) Amidkeramik. Den mest använda kloriden är a-ji, som har utmärkta omfattande mekaniska egenskaper och hög temperaturbeständighet. Dessutom blir tillämpningarna av TZN-, BN- och AI-nitridkeramik allt mer utbredd. C3N4, som precis har dykt upp nyligen, förväntas ha bättre prestanda än Si3O4.

(4) Fyra kemiska keramer. Tillämpningarna av boridkeramik är inte särskilt breda. De används främst som djupa tillsatser eller andra faser för att läggas till andra keramiska matriser för att förbättra prestandan. Vanligt använda sådana inkluderar Ti, Zr&, etc.

2. Klassificering efter prestanda och användning

(1) Strukturell keramik. Strukturell keramik används som konstruktionsmaterial för att tillverka konstruktionsdelar. Använd främst dess mekaniska egenskaper. Förbättrad hållfasthet, seghet, hårdhet, modul, slitstyrka, hög temperaturbeständighet (hög temperaturhållfasthet, termisk chockbeständighet, ablationsbeständighet), etc. De flesta av de fyra keramikerna som klassificeras efter kärnkemisk sammansättning som nämns ovan är strukturkeramik. Såsom AjZQ-sten. 3N4 och ZX är representativa strukturella keramiska material med överlägsna mekaniska egenskaper.

(2) Funktionell keramik. Funktionell keramik används som funktionella material för att tillverka funktionella enheter, främst med hjälp av deras fysikaliska egenskaper såsom elektromagnetiska egenskaper, termiska egenskaper, optiska egenskaper, biologiska egenskaper etc. Till exempel ferrit. Ferroelektrisk keramik används främst för sina elektromagnetiska egenskaper. Det används för att tillverka elektromagnetiska komponenter, dielektrisk keramik används för att tillverka kondensatorer och piezoelektrisk keramik används för att göra förskjutnings- eller trycksensorer. Fast elektrolytkeramik kan användas för att tillverka syredetektorer med hjälp av deras jonöverföringsegenskaper. Biokeramik används för att tillverka konstgjorda ben och konstgjorda tänder. Även supraledande material och optiska fibrer tillhör kategorin funktionell keramik.

Det är värt att nämna att klassificeringen ovan också är relativ. Istället för att vara absolut finns det ibland ingen strikt gräns mellan strukturell keramik och funktionell keramik. För vissa keramiska material finns både och. Piezoelektrisk keramik. Även om det kan klassificeras som funktionell keramik, har det också vissa krav på sina mekaniska egenskaper, såsom hållfasthet, seghet, hårdhet och elasticitetsmodul. Först och främst måste den ha tillräcklig styrka för att förhindra skador när den motstår E-kraft, så att gemensamma piezoelektriska egenskaper kan uppnås. Dessutom, såsom högtemperaturstrukturkeramik eller termisk stötbeständig och brandbeständig keramik för värmebeständiga delar av rymdfarkoster, även om de tillhör kategorin strukturkeramik. Det termiska expansionsmotståndet bestäms dock inte bara av dess egen styrka, seghet och modul, utan värmeledningsförmågan och värmeutvidgningskoefficienten är också desamma som de mekaniska egenskaperna, som har en mycket viktig inverkan på värmechockmotståndet. Korrosionsbeständighet är en viktig prestanda för kemisk keramik (som syrabeständiga pumpar), men den måste ha vissa mekaniska egenskaper för att uppfylla industrins krav. Supraledande material är svåra att göra till trådar eftersom de är mycket feta. Därför kan den ännu inte gå in i det praktiska tillämpningsstadiet. Sammanfattningsvis, oavsett om det är strukturell keramik eller funktionell keramik, är mekaniska egenskaper de mest grundläggande egenskaperna hos keramiska material. Det är bara det att olika användningsområden har olika krav på mekaniska egenskaper.

Detta kapitel diskuterar främst strukturell keramik.

Fördelar med keramik

1. Prestandaegenskaper hos keramiska material

Som vi alla vet är de kemiska bindningarna av metalliska material (rent guld eller legeringar) mestadels metaller. De består av positiva metallatomer och elektronmoln som fyller dem. Metallbindningar har ingen riktning. Därför har metallen goda plastiska deformationsegenskaper. När det gäller keramik som ignorerar icke-metalliska föreningar, är deras kemiska egenskaper högre än hälsa och kovalenta bindningar. Denna kemi har stark riktning och hög bindningsenergi. Därför är det svårt för keramiska material att genomgå plastisk deformation. Hög sprödhet och stark sprickkänslighet. Detta är akilleshälen av keramiska material. Men det är just på grund av denna kemiska bindningstyp som strukturkeramik har en rad speciella egenskaper som är överlägsna metalliska material.

①Hög hårdhet avgör dess utmärkta slitstyrka;

②Hög flampunkt. Fastställt att den har enastående värmebeständighet;

③Hög kemisk stabilitet. Den avgör att den har god korrosionsbeständighet.

Även om keramiska material har så utmärkta fördelar. Dess fatala nackdel – sprödhet – begränsar dock dess prestanda och praktiska tillämpningar. Därför har härdning av keramik blivit ett kärnämne inom området för forskning om keramiska material som väcker uppmärksamhet över hela världen (se avsnittet om härdning av keramik för detaljer).

2. Jämförelse mellan modern (avancerad) keramik och traditionell keramik

Modern keramik jämfört med traditionell keramik. Det finns betydande skillnader i råvarusammansättning, beredningsprocess, organisationsstruktur och prestanda.

Kontrast mellan traditionell keramik och modern keramik