Mérnöki kerámia – A fejlett ipari megoldások kulcsa
A műszaki kerámia nehéz, nem fémes anyagok, amelyeket úgy terveztek, hogy ellenálljanak a szélsőséges hőmérsékleteknek, az űrsiklókon használt kerámialapoktól a fogkoronákig. A műszaki kerámiának számos felhasználási területe van az űrkutatástól a fogászatig.
A fejlett műszaki kerámiák tiszta oxidokból állnak, karbidok és nitridek, például alumínium-oxid (Al2O3), szilícium-karbid, SiC és cirkónia, megnehezítve megmunkálhatóságukat a kerámiamérnökök speciális ismeretei és felszerelése nélkül.
Alumínium-oxid
Alumínium-oxid (alumínium-oxid, Al2O3) az egyik leggyakrabban használt műszaki kerámia. Nagyon alkalmazkodó, kemény, és szigetelő tulajdonságai alkalmassá teszik olyan zord üzemi körülményekre, amelyek túlterhelnék a kifinomultabb kerámiákat, és gyakran megtalálható fehér termékekben vagy csúcstechnológiás alkatrészekben, például kemencebélésekben vagy tégelyekben.
Alumínium-oxid kerámiával végzett munka során, teljes mikroszerkezetüket a felhasznált nyersanyagok határozzák meg, az alkalmazott gyártási eljárások és az alkalmazott formázási technikák. Ez végső soron befolyásolja a tartósságát és a méretpontosságát.
Miután megkapta a kívánt formát és méretet, az alumínium-oxid szinterezéssel sűríthető. Ez azt jelenti, hogy a ragasztóval összetartott durva tárgyat egy kemencébe helyezik, ahol az atomi és molekuláris diffúzió csökkenti a porozitást., sűrűbb, fokozott szilárdságú és törési szilárdságú termék előállítása.
A mérnökök az alkalmazástól függően gyakran más összetevőket is beépítenek az alumínium-oxid alapú kerámiákba. A gyakori adalékanyagok közé tartozik:
Szilícium
A szilícium-nitrid kerámiák alacsony hőtágulással és hősokkállósággal rendelkeznek, kiváló elektromos szigetelési tulajdonságokkal és nulla korróziós és oxidációs problémákkal. Ezen tulajdonságok miatt, A szilícium-nitrid kerámia kiváló ipari anyag; különösen a magas hőmérsékletnek ellenálló képességük teszi alkalmassá égető fúvókákhoz és lángokhoz, sugár- és tűzálló csövek füstgáz-kéntelenítő üzemekben, kerámia csapágyak/matricák fémmegmunkáláshoz, valamint olyan érintkező alkatrészek, amelyeknek ellenállniuk kell a nagy sebességű/nyomású környezetben áramló kemény koptató részecskékkel szembeni folyamatos súrlódásnak – a minőségi anyaghasználat minden ismertetőjele!
Mérnöki kerámia’ jellegzetes tulajdonságai számos innovatív, honvédelemben használt új termék feltalálásához vezettek, űrrepülés, autó- és gépipar – a globális kerámiapiacot a $60 milliárdos üzlet!
A kerámia anyag tulajdonságait kémiája és mikroszerkezete határozza meg. Teljesítményük megváltoztatható különféle feldolgozási technikákkal vagy elemek hozzáadásával a kerámia alapszerkezetéhez, tulajdonságait különböző feldolgozási technikák alkalmazásával, vagy a kerámia alapszerkezetéhez hozzáadott elemekkel módosították. A nanoméretű kerámia részecskék szintén befolyásolják a tömeg viselkedését a kémiai összetétel és reakcióképesség, valamint a mechanikai tulajdonságok, például a törési szilárdság tekintetében – Faber-Evans modellje szerint a kerámia keményedése növekszik a repedések elhajlásával vagy a második fázis részecskék meghajlásával a mátrixukon belül, és a részecskemorfológia eloszlásával, képarány vagy részecskék közötti távolság – szilárdító tulajdonságaikat eredményezve, ami nagymértékben hozzájárul a repedések elhajlásához vagy meghajlásához, a repedés elhajlása/hajlása tovább fokozódik a részecskemorfológia/méretarány/részecskék közötti távolságtényezők eloszlásával. Az edzettség is nőtt a különféle feldolgozási technikák alkalmazásával, amelyek elemekkel egészítik ki a kerámia alapösszetételét/szerkezetét/összeállítását..
Bór
Kerámiamérnök hallgatóként, gyakorlati tapasztalatot szerezhet különféle anyagokkal és folyamatokkal való munkavégzés során. A második évtől kezdve, négy alapvető laboratóriumi osztályt veszel, vegyen részt innovatív egyetemi kutatási projektekben, hozzáférés a bányákhoz’ az egyetemen lévő üvegmelegítő műhely a gyártási folyamatokhoz, és szorosan együttműködik a kar tanácsadóival, hogy új és továbbfejlesztett kerámiákat fejlesszenek ki a diplomamunka számára.
A műszaki kerámiák az elmúlt évtizedekben gyors fejlődésen mentek keresztül, rendkívül sokoldalú anyagok széles választékát kínálja, amelyek ellenállnak a különböző hőmérsékleteknek és környezeteknek. Tulajdonságaik mind összetételüktől függenek, mikrostruktúra és használati feltételek – hogy minden kerámia a pontos összetételétől függően eltérő legyen, mikrostruktúra vagy használati feltételek.
A kerámia alkatrészeket alkotó szinterezési eljárások jelentős szerepet játszanak végső fizikai jellemzőik kialakításában. A gabona növekedése kulcsszerepet játszik, hatással van a végleges szerkezetére és mechanikai teljesítményére; Bármilyen szabálytalan szemcseméret-eloszlás drámai módon megváltoztathatja a végső kerámiatermékek szerkezetét és mechanikai tulajdonságait.
A bór-karbid nélkülözhetetlen anyag a nagy igénybevételnek kitett kerámia alkalmazásokhoz, például a vágószerszámokhoz, matricák és kőzetfúrók, Keménység tekintetében a gyémánt után a második helyen áll. A Boroni-karbid kiváló hővezető képességgel és elektromos szigetelési tulajdonságokkal rendelkezik, így ideális anyag a nagy teljesítményű elektronikai eszközökhöz, valamint a bányászati és ásványfeldolgozó berendezések kopásálló bevonataihoz..
Borid
A bór jelentősen javíthatja a fémoxidok magas hőmérsékletű stabilitását. Továbbá, ez az anyag megerősítő kerámia fázisként szolgál fémmátrix kompozitokban; kifejezetten bór-karbidból készült kerámia (BCN), hafnium-tantál karbidid (HfTaC), vagy cirkónium-oxid kopásvédelmi alkalmazásokhoz.
A bórt tartalmazó kerámiák törékenyek lehetnek, mégis nagyobb törési szilárdságuk lehetővé teszi, hogy nagyobb ütési energiát nyeljenek el törés nélkül. Továbbá, ezek az anyagok kiváló vegyszerállóságot és kopásállóságot biztosítanak, lehetővé téve számukra a keményfémek helyettesítését számos alkalmazásban.
Ionos vagy kovalens kötési tulajdonságaik miatt, a legtöbb kerámia nem mutat képlékeny alakváltozást szobahőmérsékleten, így kisebb a rugalmassága, mint a fémek. Mindazonáltal, a kerámiák még mindig jelentős képlékeny alakzatokat mutathatnak magasabb hőmérsékleten, ahol a törési mechanizmusok jelentősen eltérnek a fémektől.
A bór alapú kerámiák az alacsony fajsúlyt erős mechanikai szilárdsággal ötvözik, hogy vonzóvá tegyék őket sokféle alkalmazáshoz. Kopásállóságuk lehetővé teszi a keményfémek helyettesítését a nagy sebességgel szállított közegben, nyomások vagy kavitációs ráta; a bányászati és ásványfeldolgozó berendezések hatékonyságának és tartósságának javítása, valamint az elszíváshoz használt porgyűjtő rendszerek, őrlés, szállító és porgyűjtő rendszerek. Továbbá, ezek az anyagok növelhetik az olaj megbízhatóságát & gáz- és vegyipar az ezekkel a kerámiákkal készült szerkezeti forgó alkatrészeken keresztül.