Inženjerska keramika – Ključ naprednih industrijskih rješenja

Tehnička keramika je tvrda, nemetalni materijali dizajnirani da izdrže ekstremne temperature, od keramičkih pločica koje se koriste na svemirskim letjelicama do zubnih krunica. Inženjerska keramika ima mnoge primjene od zrakoplovstva do stomatologije.

Napredna tehnička keramika sastoji se od čistih oksida, karbidi i nitridi kao što je glinica (Al2O3), silicijev karbid, SiC i cirkonij, što ih čini teškim za strojnu obradu bez posebnog znanja i opreme stručnjaka za keramičko inženjerstvo.

Glinica

Glinica (aluminijev oksid, Al2O3) je jedna od najčešće korištenih inženjerskih keramika. Vrlo je prilagodljiv, teško, i izolacijska svojstva čine ga prikladnim za teške uvjete rada koji bi nadjačali sofisticiraniju keramiku, a često ćete ga pronaći u bijelim proizvodima ili visokotehnološkim komponentama poput obloga peći ili lonaca.

Pri radu s aluminij keramikom, njihovu cjelokupnu mikrostrukturu određuju korištene sirovine, korištenih proizvodnih procesa i korištenih tehnika oblikovanja. To u konačnici utječe na njegovu trajnost i točnost dimenzija.

Nakon što se postigne željeni oblik i veličina, glinica se može zgusnuti sinteriranjem. To uključuje stavljanje grubog predmeta spojenog ljepilom u peć gdje atomska i molekularna difuzija smanjuje poroznost, proizvodeći gušći proizvod s povećanom čvrstoćom i otpornošću na lom.

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

Silicij

Silicij nitrid keramika ima nisko toplinsko širenje i otpornost na toplinski udar, s izvrsnim svojstvima električne izolacije i bez problema s korozijom i oksidacijom. Zbog ovih atributa, Silicijev nitrid keramika izvrstan je industrijski materijal; posebice njihova sposobnost da izdrže visoke temperature čini ih prikladnima za mlaznice za izgaranje 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 protiv tvrdih abrazivnih čestica koje teku okruženjima velike brzine/tlaka – sve karakteristike kvalitetne upotrebe materijala!

Tehnička keramika’ karakteristična svojstva dovela su do izuma mnogih inovativnih novih proizvoda koji se koriste u nacionalnoj obrani, zrakoplovstvo, automobilskoj i strojarskoj industriji – pretvarajući globalno tržište keramike u a $60 milijardski posao!

Svojstva keramičkog materijala određena su njegovom kemijom i mikrostrukturom. Njihova izvedba se može mijenjati različitim tehnikama obrade ili dodavanjem elemenata u osnovnu strukturu keramike, čija su svojstva modificirana korištenjem različitih tehnika obrade ili dodavanjem elemenata u osnovnu strukturu keramike. Keramičke čestice u nano razmjerima također utječu na ponašanje mase u smislu kemijskog sastava i reaktivnosti, kao i mehaničkih svojstava poput žilavosti loma – prema Faber-Evansovom modelu predvidio je da se očvrsnuće keramike povećava s otklonom pukotine ili savijanjem čestica druge faze unutar njihove matrice i raspodjelom morfologije čestica, odnos stranica ili razmak između čestica – čime se povećavaju njihova svojstva žilavosti koja uvelike doprinose skretanju pukotina ili savijanju, defleksija pukotine/izvijanje dodatno se pojačava distribucijom morfologije čestica/omjera/faktora razmaka među česticama. Kaljenje se također povećalo upotrebom različitih tehnika obrade koje dodaju elemente u osnovni keramički sastav/strukturu/sastav.

Bor

Kao student keramičkog inženjerstva, steći ćete praktično iskustvo rada s različitim materijalima i procesima. Počevši od druge godine, pohađat ćete četiri osnovne laboratorijske nastave, sudjelovati u inovativnim preddiplomskim istraživačkim projektima, pristup rudnicima’ staklena vruća radionica na kampusu za proizvodnju i bliska suradnja sa savjetnicima fakulteta na razvoju nove i poboljšane keramike za vaš završni rad.

Tehnička keramika doživjela je brzi razvoj tijekom posljednjih desetljeća, dajući veliki izbor vrlo svestranih materijala koji mogu izdržati niz temperatura i okruženja. Njihova svojstva ovise o sastavu, mikrostruktura i uvjeti uporabe – čineći svaku keramiku različitom ovisno o njezinom točnom sastavu, mikrostruktura ili uvjeti uporabe.

Procesi sinteriranja koji oblikuju keramičke komponente igraju značajnu ulogu u oblikovanju njihovih konačnih fizičkih karakteristika. Rast zrna ima ključnu ulogu, što utječe na njegovu konačnu strukturu i mehaničku izvedbu; svaka nepravilna raspodjela veličine zrna mogla bi dramatično promijeniti i strukturu i mehanička svojstva konačnih keramičkih proizvoda.

Bor karbid nezamjenjiv je materijal za keramičke primjene pod visokim opterećenjem kao što su alati za rezanje, matrice i bušilice za stijene, po tvrdoći odmah iza dijamanta. Boroni karbid također ima izvrsnu toplinsku vodljivost i električna izolacijska svojstva što ga čini idealnim materijalom za elektroničke uređaje velike snage i premaze otporne na habanje za opremu za rudarstvo i obradu minerala.

borid

Bor može značajno poboljšati visokotemperaturnu stabilnost metalnih oksida. Nadalje, ovaj materijal služi kao ojačavajuća keramička faza u kompozitima s metalnom matricom; konkretno keramika od bor karbida (BCN), hafnij-tantal karbidid (HfTaC), ili cirkonij za upotrebu kao zaštita od habanja.

Keramika koja sadrži bor može biti lomljiva, no njihova veća otpornost na lom omogućuje im da apsorbiraju veću udarnu energiju bez loma. Nadalje, ovi materijali nude izvrsnu kemijsku otpornost i performanse abrazije što im omogućuje zamjenu tvrdih metala u mnogim primjenama.

Zbog svojih svojstava ionske ili kovalentne veze, većina keramike ne pokazuje plastičnu deformaciju na sobnim temperaturama i stoga ima manju duktilnost od metala. Usprkos tome, keramika još uvijek može pokazivati ​​značajna plastična naprezanja na višim temperaturama gdje se mehanizmi loma značajno razlikuju od metala.

Keramika na bazi bora kombinira nisku specifičnu težinu s velikom mehaničkom čvrstoćom kako bi bila privlačna za upotrebu u mnogim različitim primjenama. Njihova otpornost na trošenje omogućuje im zamjenu tvrdih metala u medijima koji se prenose velikim brzinama, pritisaka ili stope kavitacije; poboljšanje učinkovitosti i trajnosti opreme za rudarstvo i preradu minerala kao i sustava za sakupljanje prašine za ekstrakciju, mljevenje, sustavi prijenosa i sakupljanja prašine. Nadalje, ovi materijali mogu povećati pouzdanost u ulju & plinske i kemijske industrije preko strukturnih rotirajućih dijelova izrađenih od te keramike.