Engineering Keramik – Nøglen til avancerede industrielle løsninger

Engineering keramik er hårdt, ikke-metalliske materialer designet til at modstå ekstreme temperaturer, fra keramiske fliser brugt på rumfærger til tandkroner. Engineering keramik har mange anvendelser fra rumfart til tandpleje.

Avanceret teknisk keramik består af rene oxider, carbider og nitrider såsom aluminiumoxid (Al2O3), siliciumcarbid, SiC og zirconia, gør dem svære at bearbejde uden særlig viden og udstyr fra keramiske ingeniører.

Alumina

Alumina (aluminiumoxid, Al2O3) er en af ​​de mest anvendte ingeniørkeramik. Det er meget tilpasningsdygtigt, hård, og isolerende egenskaber gør den velegnet til barske driftsforhold, der ville overvælde mere sofistikeret keramik, og du finder det ofte i hvidevareprodukter eller højteknologiske komponenter som ovnforinger eller digler.

Når du arbejder med aluminiumoxidkeramik, deres overordnede mikrostruktur bestemmes af de anvendte råmaterialer, anvendte fremstillingsprocesser og anvendte formgivningsteknikker. Dette påvirker i sidste ende dets holdbarhed og dimensionelle nøjagtighed.

Når den ønskede form og størrelse er opnået, aluminiumoxid kan fortættes ved hjælp af sintring. Dette involverer at placere den ru genstand holdt sammen med lim i en ovn, hvor atom- og molekylær diffusion reducerer porøsiteten, producerer et tættere produkt med øget styrke og brudsejhed.

Ingeniører inkorporerer ofte andre ingredienser i aluminiumoxidbaseret keramik afhængigt af anvendelsen. Almindelige tilsætningsstoffer omfatter:

Silicium

Siliciumnitridkeramik har lav termisk udvidelse og modstandsdygtighed over for termisk stød, med fremragende elektrisk isoleringsegenskaber og ingen korrosions- og oxidationsproblemer. På grund af disse egenskaber, Siliciumnitridkeramik udgør et fremragende industrielt materiale; især deres evne til at modstå høje temperaturer gør dem velegnede til forbrændingsdyser og flammer, jet- og ildfaste rør i røggasafsvovlingsanlæg, keramiske lejer/matricer til metalbearbejdning samt kontaktdele, der skal modstå kontinuerlig friktion mod hårde slibende partikler, der flyder med høj hastighed/tryk miljøer – alle kendetegn ved kvalitetsmaterialebrug!

Engineering keramik’ karakteristiske egenskaber har ført til opfindelsen af ​​mange innovative nye produkter, der anvendes i det nationale forsvar, rumfart, bil- og maskinindustrien – at gøre det globale keramikmarked til et $60 milliard forretning!

Keramiske materialers egenskaber bestemmes af dets kemi og mikrostruktur. Deres ydeevne kan ændres gennem forskellige behandlingsteknikker eller tilføjelse af elementer til dens grundlæggende keramiske struktur, med dets egenskaber modificeret ved at bruge forskellige forarbejdningsteknikker eller tilføje elementer til dens grundlæggende keramiske struktur. Keramiske partikler i nanoskala påvirker også bulkadfærd med hensyn til kemisk sammensætning og reaktivitet samt mekaniske egenskaber som brudsejhed – ifølge Faber-Evans model forudsagde, at keramisk hærdning øges med revneafbøjning eller bøjning af anden fase partikler i deres matrix og fordeling af partikelmorfologi, billedformat eller interpartikelafstand – giver anledning til deres hærdeegenskaber, der i høj grad bidrager til revneafbøjning eller bøjning, revneafbøjning/bøjning forbedres yderligere ved fordeling af partikelmorfologi/formatforhold/interpartikelafstandsfaktorer. Hærdning øgedes også ved at bruge forskellige forarbejdningsteknikker, der tilføjer elementer til dens grundlæggende keramiske sammensætning/struktur/kompilering.

Bor

Som keramisk ingeniørstuderende, du får praktisk erfaring med at arbejde med forskellige materialer og processer. Starter på dit andet år, du vil tage fire kerne laboratorieklasser, deltage i innovative bachelorforskningsprojekter, få adgang til miner’ on-campus glas hot shop til produktionskørsler og arbejde tæt sammen med fakultetsrådgivere for at udvikle ny og forbedret keramik til dit seniorafhandlingsprojekt.

Engineering keramik har gennemgået en rivende udvikling i løbet af de seneste årtier, giver et stort udvalg af meget alsidige materialer, der kan modstå en række temperaturer og miljøer. Deres egenskaber afhænger af begge deres sammensætning, mikrostruktur og brugsforhold – gør hver keramik forskellig afhængig af dens nøjagtige sammensætning, mikrostruktur eller brugsforhold.

Sintringsprocesser, der danner keramiske komponenter, spiller en væsentlig rolle i udformningen af ​​deres endelige fysiske egenskaber. Kornvækst spiller en central rolle, påvirker dens endelige struktur og mekaniske ydeevne; enhver uregelmæssig kornstørrelsesfordeling kan dramatisk ændre både strukturer og mekaniske egenskaber af endelige keramiske produkter.

Borcarbid er et uundværligt materiale til keramiske applikationer med høj belastning, såsom skærende værktøjer, matricer og klippebor, kun næst efter diamant med hensyn til hårdhed. Boronicarbid har også fremragende termisk ledningsevne og elektrisk isoleringsegenskaber, hvilket gør det til det ideelle materiale til højeffekt elektroniske enheder og slidbestandige belægninger til minedrift og mineralforarbejdningsudstyr.

Boride

Bor kan væsentligt forbedre højtemperaturstabiliteten af ​​metaloxider. Desuden, dette materiale tjener som en forstærkende keramisk fase i metalmatrixkompositter; specielt keramik lavet af borcarbid (BCN), hafnium-tantalcarbidid (HfTaC), eller zirconia til brug som slidbeskyttelsesapplikationer.

Keramik, der indeholder bor, kan være skrøbeligt, alligevel giver deres højere brudsejhed dem mulighed for at absorbere større slagenergi uden at gå i stykker. Desuden, disse materialer tilbyder fremragende kemisk resistens og slidstyrke, hvilket gør det muligt for dem at erstatte hårde metaller i mange applikationer.

På grund af deres ioniske eller kovalente bindingsegenskaber, det meste keramik udviser ikke plastisk deformation ved stuetemperatur og har derfor mindre duktilitet end metaller. Ikke desto mindre, keramik kan stadig udvise betydelige plastikbelastninger ved højere temperaturer, hvor brudmekanismer adskiller sig væsentligt fra metaller.

Bor-baseret keramik kombinerer lav vægtfylde med stærk mekanisk styrke for at gøre dem attraktive til brug i mange forskellige applikationer. Deres slidstyrke giver dem mulighed for at erstatte hårde metaller i medier, der transporteres ved høje hastigheder, tryk eller kavitationshastigheder; forbedring af minedrift og mineralforarbejdningsudstyrs effektivitet og holdbarhed samt støvopsamlingssystemer til udsugning, slibning, transport- og støvopsamlingssystemer. Desuden, disse materialer kan øge pålideligheden i olie & gas- og kemiske industrier gennem strukturelle roterende dele lavet med disse keramik.