Verkfræði keramik – Lykillinn að háþróuðum iðnaðarlausnum

Verkfræðikeramik er erfitt, málmlaus efni sem eru hönnuð til að standast mikla hitastig, allt frá keramikflísum sem notaðar eru á geimferjur til tannkróna. Verkfræðikeramik hefur mörg forrit frá geimferðum til tannlækninga.

Háþróað tæknilegt keramik samanstendur af hreinum oxíðum, karbíð og nítríð eins og súrál (Al2O3), kísilkarbíð, SiC og sirkon, sem gerir þá erfitt að vinna án sérstakrar þekkingar og búnaðar frá fagfólki í keramikverkfræði.

Súrál

Súrál (áloxíð, Al2O3) er eitt mest notaða verkfræðikeramikið. Það er mjög aðlögunarhæft, erfitt, og einangrunareiginleikar gera það hentugt fyrir erfiðar rekstraraðstæður sem myndu yfirgnæfa flóknara keramik, og þú munt oft finna það í hvítvöruvörum eða hátæknihlutum eins og ofnafóðringum eða deiglum.

Þegar unnið er með súrál keramik, their overall microstructure is determined by raw materials used, manufacturing processes employed and shaping techniques used. This ultimately affects its durability and dimensional accuracy.

Once the desired shape and size have been obtained, alumina can be densified using sintering. This involves placing the rough object held together with glue into a kiln where atomic and molecular diffusion reduces porosity, producing a denser product with increased strength and fracture toughness.

Engineers often incorporate other ingredients into alumina-based ceramics depending on the application. Common additives include:

Silicon

Silicon nitride ceramics feature low thermal expansion and resistance to thermal shock, with excellent electrical insulation properties and zero corrosion and oxidation issues. Due to these attributes, silicon nitride ceramics make for an excellent industrial material; in particular their ability to withstand high temperatures makes them suitable for combustion nozzles and flame, jet and refractory tubes in flue gas desulphurisation plants, ceramic bearings/dies for metalworking as well as contact parts that must withstand continuous friction against hard abrasive particles found flowing at high velocity/pressure environments – all hallmarks of quality material use!

Engineering ceramics’ distinctive properties have led to the invention of many innovative new products used in national defense, aerospace, automotive and machinery industries – turning the global ceramic market into a $60 billion business!

Ceramic material’s properties are determined by its chemistry and microstructure. Hægt er að breyta frammistöðu þeirra með mismunandi vinnsluaðferðum eða bæta þáttum við grunn keramikbyggingu þess, með eiginleikum sínum breytt með því að nota mismunandi vinnsluaðferðir eða bæta þáttum við grunn keramik uppbyggingu þess. Keramikagnir á nanóskala hafa einnig áhrif á magnhegðun hvað varðar efnasamsetningu og hvarfvirkni sem og vélræna eiginleika eins og brotseigu – samkvæmt Faber-Evans líkani spáð því að herða keramik aukist með sprungubeygingu eða bognun annarsfasa agna innan fylkis þeirra og dreifingu á formgerð agna, stærðarhlutfall eða bil milli agna – sem gefur tilefni til herslueiginleika þeirra sem stuðlar mikið að sprungubeygju eða beygju, sprungubeyging/beyging er aukin enn frekar með dreifingu á formgerð agna/hlutfalls/bils milli agna. Herðing jókst einnig með því að nota ýmsar vinnsluaðferðir sem bæta þáttum við grunn keramiksamsetningu/byggingu/samsetningu þess.

Bór

Sem keramikverkfræðinemi, þú munt öðlast reynslu af því að vinna með ýmis efni og ferla. Byrjar á öðru ári, þú munt taka fjóra grunnrannsóknarstofutíma, taka þátt í nýstárlegum rannsóknarverkefnum í grunnnámi, fá aðgang að námum’ glerheitabúð á háskólasvæðinu fyrir framleiðslulotur og vinnið náið með kennararáðgjöfum að því að þróa nýtt og endurbætt keramik fyrir aðalritgerðarverkefnið þitt.

Verkfræðikeramik hefur gengið í gegnum öra þróun á undanförnum áratugum, sem skilar miklu úrvali af mjög fjölhæfum efnum sem þola margs konar hitastig og umhverfi. Eiginleikar þeirra eru háðir samsetningu þeirra beggja, örbyggingu og notkunarskilyrði – gerir hvert keramik mismunandi eftir nákvæmri samsetningu þess, örbyggingu eða notkunarskilyrði.

Sinterunarferli sem mynda keramikhluta gegna mikilvægu hlutverki við að móta endanlega eðliseiginleika þeirra. Kornvöxtur gegnir lykilhlutverki, hefur áhrif á endanlega uppbyggingu þess og vélrænni frammistöðu; hvers kyns óregluleg kornastærðardreifing gæti gjörbreytt bæði uppbyggingu og vélrænni eiginleikum lokakeramikafurða.

Bórkarbíð er ómissandi efni fyrir háspennu keramiknotkun eins og skurðarverkfæri, deyja og bergboranir, næst á eftir demanti hvað hörku varðar. Boroni carbide also features excellent thermal conductivity and electrical insulation properties which makes it the ideal material for high-power electronic devices and wear resistant coatings for mining and mineral processing equipment.

Boride

Boron can significantly enhance the high-temperature stability of metal oxides. Furthermore, this material serves as a reinforcing ceramic phase in metal matrix composites; specifically ceramics made of boron carbide (BCN), hafnium-tantalum carbidide (HfTaC), or zirconia for use as wear protection applications.

Ceramics containing boron may be fragile, yet their higher fracture toughness allows them to absorb greater impact energy without breaking. Furthermore, these materials offer excellent chemical resistance and abrasion performance allowing them to replace hard metals in many applications.

Vegna jónískra eða samgildra tengingareiginleika þeirra, flest keramik sýnir ekki plastaflögun við stofuhita og hefur því minni sveigjanleika en málmar. Engu að síður, keramik getur samt sýnt verulega plastþynningu við hærra hitastig þar sem brothættir eru verulega frábrugðnir málmum.

Bór-undirstaða keramik sameinar lágan eðlisþyngd og sterkan vélrænan styrk til að gera þau aðlaðandi til notkunar í mörgum mismunandi notkunum. Slitþol þeirra gerir þeim kleift að skipta um harða málma í miðlum sem fluttir eru á miklum hraða, þrýstingur eða kavítunarhraði; bæta skilvirkni og endingu námu- og steinefnavinnslubúnaðar sem og ryksöfnunarkerfi til útdráttar, mala, flutnings- og ryksöfnunarkerfi. Furthermore, þessi efni geta aukið áreiðanleika í olíu & gas- og efnaiðnaði í gegnum snúningshluta burðarvirkja sem eru gerðir úr þessum keramik.