Enxeñería Cerámica – A clave das solucións industriais avanzadas

A cerámica de enxeñería é dura, materiais non metálicos deseñados para soportar temperaturas extremas, dende baldosas cerámicas utilizadas nos transbordadores espaciais ata coroas dentais. A cerámica de enxeñería ten moitas aplicacións desde o aeroespacial ata a odontoloxía.

A cerámica técnica avanzada consiste en óxidos puros, carburos e nitruros como a alúmina (Al2O3), carburo de silicio, SiC e circonio, facéndoos difíciles de mecanizar sen coñecementos especiais e equipos de profesionais da enxeñaría cerámica.

Alúmina

Alúmina (óxido de aluminio, Al2O3) é unha das cerámicas de enxeñería máis utilizadas. É altamente adaptable, duro, e as propiedades illantes fan que sexa apta para condicións de funcionamento duras que desbordarían as cerámicas máis sofisticadas, e moitas veces o atoparás en produtos brancos ou en compoñentes de alta tecnoloxía como revestimentos de fornos ou crisols.

Cando se traballa con cerámica de alúmina, a súa microestrutura global está determinada polas materias primas utilizadas, procesos de fabricación empregados e técnicas de conformación utilizadas. Isto finalmente afecta a súa durabilidade e precisión dimensional.

Unha vez obtida a forma e o tamaño desexados, a alúmina pódese densificar mediante sinterización. Isto implica colocar o obxecto rugoso unido con cola nun forno onde a difusión atómica e molecular reduce a porosidade., producindo un produto máis denso con maior resistencia e tenacidade á fractura.

Os enxeñeiros adoitan incorporar outros ingredientes á cerámica a base de alúmina, dependendo da aplicación. Os aditivos comúns inclúen:

Silicio

As cerámicas de nitruro de silicio presentan baixa expansión térmica e resistencia ao choque térmico, con excelentes propiedades de illamento eléctrico e cero problemas de corrosión e oxidación. Debido a estes atributos, a cerámica de nitruro de silicio é un excelente material industrial; en particular, a súa capacidade para soportar altas temperaturas fainos aptos para boquillas de combustión e chamas, chorro e tubos refractarios en plantas de desulfuración de gases de combustión, rodamentos/troqueles cerámicos para traballar metal, así como pezas de contacto que deben soportar a fricción continua contra partículas abrasivas duras que se atopan fluíndo en ambientes de alta velocidade/presión. – todas as características do uso de materiais de calidade!

Enxeñería cerámica’ propiedades distintivas levaron á invención de moitos novos produtos innovadores utilizados na defensa nacional, aeroespacial, industrias de automoción e maquinaria – convertendo o mercado cerámico mundial nun $60 mil millóns de negocios!

As propiedades do material cerámico están determinadas pola súa química e microestrutura. O seu rendemento pódese alterar mediante técnicas de procesamento variadas ou engadindo elementos á súa estrutura cerámica básica, coas súas propiedades modificadas mediante o uso de diferentes técnicas de procesado ou engadindo elementos á súa estrutura cerámica básica. As partículas cerámicas a nanoescala tamén afectan o comportamento a granel en termos de composición química e reactividade, así como propiedades mecánicas como a tenacidade á fractura. – segundo o modelo de Faber-Evans predixo que o endurecemento cerámico aumenta coa deflexión da greta ou a curvatura das partículas de segunda fase dentro da súa matriz e a distribución da morfoloxía das partículas., relación de aspecto ou espazamento entre partículas – dando lugar ás súas propiedades de endurecemento que contribúen en gran medida á desviación ou curvatura da greta, a deflexión/inclinación da fisura mellorouse aínda máis pola distribución da morfoloxía das partículas/relación de aspecto/factores de espazamento entre partículas. O endurecemento tamén aumentou mediante o uso de varias técnicas de procesamento que engaden elementos á súa composición/estructura/compilación cerámica básica.

Boro

Como estudante de enxeñaría cerámica, gañarás experiencia práctica traballando con diversos materiais e procesos. Comezando no segundo ano, tomarás catro clases básicas de laboratorio, participar en proxectos innovadores de investigación de grao, acceso Minas’ tenda de vidro quente no campus para tiradas de produción e traballar en estreita colaboración cos asesores da facultade para desenvolver cerámicas novas e melloradas para o seu proxecto de tese senior.

A cerámica de enxeñería experimentou un rápido desenvolvemento nas últimas décadas, obtendo unha ampla selección de materiais altamente versátiles que poden soportar unha variedade de temperaturas e ambientes. As súas propiedades dependen tanto da súa composición, microestrutura e condicións de uso – facendo que cada cerámica sexa diferente segundo a súa composición exacta, microestrutura ou condicións de uso.

Os procesos de sinterización que forman compoñentes cerámicos xogan un papel importante na configuración das súas características físicas finais. O crecemento dos grans xoga un papel fundamental, repercutindo na súa estrutura final e nas súas prestacións mecánicas; calquera distribución irregular do tamaño dos grans pode alterar drasticamente tanto as estruturas como as propiedades mecánicas dos produtos cerámicos finais.

O carburo de boro é un material indispensable para aplicacións cerámicas de alto estrés, como ferramentas de corte, matrices e perforadoras de rochas, segundo só o diamante en termos de dureza. O carburo de Boroni tamén presenta unha excelente condutividade térmica e propiedades de illamento eléctrico, o que o converte no material ideal para dispositivos electrónicos de alta potencia e revestimentos resistentes ao desgaste para equipos de minería e procesamento de minerais..

Boride

O boro pode mellorar significativamente a estabilidade a alta temperatura dos óxidos metálicos. Ademais, este material serve como fase cerámica de reforzo nos compostos de matriz metálica; concretamente cerámicas de carburo de boro (BCN), carburo de hafnio-tántalo (HfTaC), ou circonio para usar como aplicacións de protección contra o desgaste.

As cerámicas que conteñen boro poden ser fráxiles, aínda así, a súa maior dureza á fractura permítelles absorber unha maior enerxía de impacto sen romper. Ademais, estes materiais ofrecen unha excelente resistencia química e un rendemento á abrasión que lles permite substituír os metais duros en moitas aplicacións.

Debido ás súas propiedades de enlace iónico ou covalente, a maioría das cerámicas non presentan deformación plástica a temperatura ambiente e, polo tanto, posúen menos ductilidade que os metais. Con todo, a cerámica aínda pode presentar deformacións plásticas significativas a temperaturas máis altas onde os mecanismos de fractura difieren significativamente dos metais.

As cerámicas a base de boro combinan unha baixa gravidade específica cunha forte resistencia mecánica para facelos atractivos para o seu uso en moitas aplicacións diferentes.. A súa resistencia ao desgaste permítelles substituír metais duros en medios transportados a altas velocidades, presións ou taxas de cavitación; mellorando a eficiencia e durabilidade dos equipos de minería e procesamento de minerais, así como os sistemas de recollida de po para a extracción, moenda, sistemas de transporte e recollida de po. Ademais, estes materiais poden aumentar a fiabilidade no aceite & gas e industrias químicas a través de pezas estruturais rotativas feitas con estas cerámicas.