Seramik Kejuruteraan – Kunci penyelesaian perindustrian maju

Keramik kejuruteraan adalah sukar, Bahan bukan logam yang direka untuk menahan suhu yang melampau, daripada jubin seramik yang digunakan pada pengangkutan angkasa ke mahkota pergigian. Seramik kejuruteraan mempunyai banyak aplikasi dari aeroangkasa ke pergigian.

Seramik teknikal lanjutan terdiri daripada oksida tulen, karbida dan nitrida seperti alumina (Al2O3), silikon karbida, SiC dan zirkonia, menjadikan mereka sukar untuk dimesin tanpa pengetahuan dan peralatan khas daripada profesional kejuruteraan seramik.

alumina

alumina (aluminium oksida, Al2O3) adalah salah satu seramik kejuruteraan yang paling kerap digunakan. Ia sangat boleh disesuaikan, keras, dan sifat penebat menjadikannya sesuai untuk keadaan operasi yang keras yang akan mengatasi seramik yang lebih canggih, dan anda akan sering menemuinya dalam produk perisian putih atau komponen berteknologi tinggi seperti lapisan relau atau mangkuk pijar.

Apabila bekerja dengan seramik alumina, keseluruhan struktur mikro mereka ditentukan oleh bahan mentah yang digunakan, proses pembuatan yang digunakan dan teknik membentuk yang digunakan. Ini akhirnya menjejaskan ketahanan dan ketepatan dimensinya.

Setelah bentuk dan saiz yang dikehendaki telah diperolehi, alumina boleh ditumpat menggunakan pensinteran. Ini melibatkan meletakkan objek kasar yang dipegang bersama gam ke dalam tanur di mana penyebaran atom dan molekul mengurangkan keliangan, menghasilkan produk yang lebih padat dengan peningkatan kekuatan dan keliatan patah.

Jurutera selalunya menggabungkan bahan-bahan lain ke dalam seramik berasaskan alumina bergantung pada aplikasi. Bahan tambahan biasa termasuk:

silikon

Seramik silikon nitrida mempunyai pengembangan haba yang rendah dan rintangan kepada kejutan haba, dengan sifat penebat elektrik yang sangat baik dan masalah kakisan dan pengoksidaan sifar. Disebabkan sifat-sifat ini, seramik silikon nitrida menghasilkan bahan perindustrian yang sangat baik; khususnya keupayaan mereka untuk menahan suhu tinggi menjadikannya sesuai untuk muncung pembakaran dan nyalaan, jet dan tiub refraktori dalam loji nyahsulfurisasi gas serombong, galas/mati seramik untuk kerja logam serta bahagian sentuhan yang mesti menahan geseran berterusan terhadap zarah kasar kasar yang didapati mengalir pada persekitaran halaju/tekanan tinggi – semua ciri penggunaan bahan yang berkualiti!

Kejuruteraan seramik’ sifat tersendiri telah membawa kepada penciptaan banyak produk baru yang inovatif yang digunakan dalam pertahanan negara, aeroangkasa, industri automotif dan jentera – menjadikan pasaran seramik global menjadi a $60 bilion perniagaan!

Sifat bahan seramik ditentukan oleh kimia dan struktur mikronya. Prestasi mereka boleh diubah melalui teknik pemprosesan yang berbeza-beza atau menambah elemen pada struktur seramik asasnya, dengan sifatnya yang diubah suai melalui penggunaan teknik pemprosesan yang berbeza atau menambah elemen pada struktur seramik asasnya. Zarah seramik skala nano juga mempengaruhi tingkah laku pukal dari segi komposisi kimia dan kereaktifan serta sifat mekanikal seperti keliatan patah – mengikut model Faber-Evans meramalkan bahawa peneguhan seramik meningkat dengan pesongan retak atau tunduk zarah fasa kedua dalam matriks mereka dan taburan morfologi zarah, nisbah aspek atau jarak antara zarah – menimbulkan sifat kekerasannya yang menyumbang besar ke arah pesongan retak atau tunduk, pesongan retak/tunduk dipertingkatkan lagi dengan pengedaran morfologi zarah/nisbah aspek/faktor jarak antara zarah. Pengukuhan juga meningkat dengan menggunakan pelbagai teknik pemprosesan yang menambah unsur pada komposisi/struktur/kompilasi seramik asasnya.

Boron

Sebagai pelajar kejuruteraan seramik, anda akan mendapat pengalaman langsung bekerja dengan pelbagai bahan dan proses. Bermula pada tahun kedua anda, anda akan mengambil empat kelas makmal teras, mengambil bahagian dalam projek penyelidikan sarjana muda yang inovatif, akses Mines’ kedai panas kaca di kampus untuk pengeluaran berjalan dan bekerjasama rapat dengan penasihat fakulti untuk membangunkan seramik baharu dan lebih baik untuk projek tesis senior anda.

Seramik kejuruteraan telah mengalami perkembangan pesat sejak beberapa dekad kebelakangan ini, menghasilkan pilihan bahan yang sangat serba boleh yang boleh menahan pelbagai suhu dan persekitaran. Ciri-ciri mereka bergantung pada kedua-dua komposisi mereka, struktur mikro dan keadaan penggunaan – menjadikan setiap seramik berbeza bergantung pada komposisi yang tepat, struktur mikro atau keadaan penggunaan.

Proses pensinteran yang membentuk komponen seramik memainkan peranan penting dalam membentuk ciri fizikal akhir mereka. Pertumbuhan bijirin memainkan peranan penting, memberi kesan kepada struktur akhir dan prestasi mekanikalnya; sebarang taburan saiz bijian yang tidak teratur boleh mengubah secara mendadak kedua-dua struktur dan sifat mekanikal produk seramik akhir.

Boron karbida adalah bahan yang sangat diperlukan untuk aplikasi seramik tekanan tinggi seperti alat pemotong, mati dan latihan batu, kedua selepas berlian dari segi kekerasan. Boroni karbida juga mempunyai ciri kekonduksian terma yang sangat baik dan sifat penebat elektrik yang menjadikannya bahan ideal untuk peranti elektronik berkuasa tinggi dan salutan tahan haus untuk peralatan perlombongan dan pemprosesan mineral..

Boride

Boron boleh meningkatkan dengan ketara kestabilan suhu tinggi oksida logam. Tambahan pula, bahan ini berfungsi sebagai fasa seramik pengukuhan dalam komposit matriks logam; khususnya seramik yang diperbuat daripada boron karbida (BCN), hafnium-tantalum karbida (HfTaC), atau zirkonia untuk digunakan sebagai aplikasi perlindungan haus.

Seramik yang mengandungi boron mungkin rapuh, namun keliatan patah yang lebih tinggi membolehkan mereka menyerap tenaga hentaman yang lebih besar tanpa pecah. Tambahan pula, bahan ini menawarkan rintangan kimia yang sangat baik dan prestasi lelasan yang membolehkan mereka menggantikan logam keras dalam banyak aplikasi.

Disebabkan oleh sifat ikatan ionik atau kovalen mereka, kebanyakan seramik tidak menunjukkan ubah bentuk plastik pada suhu bilik dan dengan itu mempunyai kemuluran yang kurang daripada logam. Namun begitu, seramik masih boleh mempamerkan regangan plastik yang ketara pada suhu yang lebih tinggi di mana mekanisme patah berbeza dengan ketara daripada logam.

Seramik berasaskan boron menggabungkan graviti tentu yang rendah dengan kekuatan mekanikal yang kuat untuk menjadikannya menarik untuk digunakan dalam pelbagai aplikasi. Rintangan haus mereka membolehkan mereka menggantikan logam keras dalam media yang diangkut pada halaju tinggi, tekanan atau kadar peronggaan; meningkatkan kecekapan dan ketahanan peralatan perlombongan dan pemprosesan mineral serta sistem pengumpulan habuk untuk pengekstrakan, mengisar, sistem penghantar dan pengumpulan habuk. Tambahan pula, bahan-bahan ini boleh meningkatkan kebolehpercayaan dalam minyak & industri gas dan kimia melalui bahagian berputar struktur yang dibuat dengan seramik ini.