Engineering Ceramics – Ključ za napredna industrijska rješenja

Inženjerska keramika je tvrda, nemetalni materijali dizajnirani da izdrže ekstremne temperature, od keramičkih pločica koje se koriste na svemirskim šatlovima do zubnih krunica. Inženjerska keramika ima mnogo primjena, od aeronautike do stomatologije.

Napredna tehnička keramika sastoji se od čistih oksida, karbidi i nitridi kao što je glinica (Al2O3), silicijum karbida, SiC i cirkonijum, što ih čini teškim za mašinsku obradu bez posebnog znanja i opreme profesionalaca u keramičkom inženjerstvu.

Alumina

Alumina (aluminijum oksid, Al2O3) je jedna od najčešće korišćenih inženjerskih keramika. Veoma je prilagodljiv, teško, i izolacijska svojstva čine ga pogodnim za oštre radne uvjete koji bi preplavili sofisticiraniju keramiku, i često ćete ga naći u proizvodima od bijelog posuđa ili komponentama visoke tehnologije kao što su obloge peći ili lonci.

Pri radu sa aluminijskom keramikom, njihova ukupna mikrostruktura je određena sirovinama koje se koriste, primijenjeni proizvodni procesi i korištene tehnike oblikovanja. To u konačnici utječe na njegovu trajnost i točnost dimenzija.

Nakon što se dobije željeni oblik i veličina, glinica se može zgusnuti sinteriranjem. Ovo uključuje stavljanje grubog predmeta spojenog ljepilom u peć u kojoj atomska i molekularna difuzija smanjuje poroznost, proizvodnju gušćeg proizvoda sa povećanom čvrstoćom i žilavošću na lom.

Inženjeri često uključuju druge sastojke u keramiku na bazi glinice ovisno o primjeni. Uobičajeni aditivi uključuju:

Silicijum

Keramika od silicijum nitrida ima nisko termičko širenje i otpornost na termički udar, sa odličnim svojstvima električne izolacije i bez problema korozije i oksidacije. Zbog ovih atributa, Keramika od silicijum nitrida je odličan industrijski materijal; posebno njihova sposobnost da izdrže visoke temperature čini ih pogodnim za mlaznice za sagorevanje i plamen, mlazne i vatrostalne cijevi u postrojenjima za odsumporavanje dimnih plinova, keramički ležajevi/matrice za obradu metala, kao i kontaktni dijelovi koji moraju izdržati kontinuirano trenje o tvrdim abrazivnim česticama koje teku u okruženju velike brzine/pritiska – sva obilježja korištenja kvalitetnog materijala!

Inženjerska keramika’ karakteristična svojstva dovela su do pronalaska mnogih inovativnih novih proizvoda koji se koriste u nacionalnoj obrani, vazduhoplovstvo, automobilskoj i mašinskoj industriji – pretvaranje globalnog tržišta keramike u a $60 milijardi poslovanja!

Svojstva keramičkog materijala određuju njegova kemija i mikrostruktura. Njihove performanse mogu se mijenjati kroz različite tehnike obrade ili dodavanjem elemenata njegovoj osnovnoj keramičkoj strukturi, sa svojim svojstvima modificiranim korištenjem različitih tehnika obrade ili dodavanjem elemenata njegovoj osnovnoj keramičkoj strukturi. Keramičke čestice nano razmjera također utječu na ponašanje u rasutom stanju u smislu hemijskog sastava i reaktivnosti, kao i mehaničkih svojstava kao što je žilavost loma – prema Faber-Evansovom modelu predviđa da se ojačanje keramike povećava s otklonom pukotine ili savijanjem čestica druge faze unutar njihove matrice i distribucijom morfologije čestica, omjer stranica ili razmak između čestica – što dovodi do njihovih svojstava kaljenja koja uvelike doprinose skretanju ili savijanju pukotina, otklon pukotine/savijanje se dodatno poboljšava distribucijom morfologije čestica/omjera stranica/faktora razmaka među česticama. Ojačanje se takođe povećava korišćenjem različitih tehnika obrade koje dodaju elemente njegovoj osnovnoj keramičkoj kompoziciji/strukturi/kompilaciji.

Bor

Kao student keramičkog inženjerstva, steći ćete praktično iskustvo u radu s različitim materijalima i procesima. Počevši od druge godine, pohađat ćete četiri osnovne laboratorijske nastave, učestvuje u inovativnim dodiplomskim istraživačkim projektima, pristup rudnicima’ Hot shop na kampusu za proizvodnju stakla i blisku suradnju sa fakultetskim savjetnicima na razvoju nove i poboljšane keramike za vaš projekt završne teze.

Inženjerska keramika je doživjela brzi razvoj u posljednjih nekoliko decenija, yielding a vast selection of highly versatile materials that can withstand an array of temperatures and environments. Their properties depend on both their composition, microstructure and use conditions – making each ceramic different depending on its exact composition, microstructure or use conditions.

Sintering processes that form ceramic components play a significant role in shaping their final physical characteristics. Grain growth plays a pivotal role, impacting on its final structure and mechanical performance; any irregular grain size distribution could alter dramatically both structures and mechanical properties of final ceramic products.

Boron carbide is an indispensable material for high-stress ceramic applications such as cutting tools, dies and rock drills, second only to diamond in terms of hardness. Boroni karbid takođe ima odličnu toplotnu provodljivost i svojstva električne izolacije što ga čini idealnim materijalom za elektronske uređaje velike snage i premaze otporne na habanje za opremu za rudarstvo i obradu minerala.

Boride

Bor može značajno poboljšati stabilnost metalnih oksida na visokim temperaturama. Nadalje, ovaj materijal služi kao ojačavajuća keramička faza u kompozitima metalne matrice; posebno keramika od borovog karbida (BCN), hafnij-tantal karbidida (HfTaC), ili cirkonijum za upotrebu kao zaštita od habanja.

Keramika koja sadrži bor može biti krhka, ali njihova veća otpornost na lom omogućava im da apsorbuju veću energiju udara bez lomljenja. Nadalje, ovi materijali nude odličnu hemijsku otpornost i performanse na abraziju što im omogućava da zamene tvrde metale u mnogim primenama.

Zbog svojstava jonskog ili kovalentnog vezivanja, većina keramike ne pokazuje plastičnu deformaciju na sobnoj temperaturi i stoga ima manju duktilnost od metala. Ipak, keramika još uvijek može pokazati značajna plastična naprezanja na višim temperaturama gdje se mehanizmi loma značajno razlikuju od metala.

Keramika na bazi bora kombinuje nisku specifičnu težinu sa jakom mehaničkom čvrstoćom kako bi bila privlačna za upotrebu u raznim aplikacijama. Njihova otpornost na habanje im omogućava da zamene tvrde metale u medijima koji se transportuju velikim brzinama, pritiska ili brzine kavitacije; poboljšanje efikasnosti i trajnosti opreme za rudarstvo i preradu minerala, kao i sistema za sakupljanje prašine za ekstrakciju, brušenje, sistemi za transport i sakupljanje prašine. Nadalje, ovi materijali mogu povećati pouzdanost ulja & gasne i hemijske industrije kroz strukturne rotirajuće delove napravljene od ove keramike.