Ceramică de inginerie – Cheia soluțiilor industriale avansate

Engineering ceramics are hard, Materiale nemetalice concepute pentru a rezista la temperaturi extreme, from ceramic tiles used on space shuttles to dental crowns. Engineering ceramics have many applications from aerospace to dentistry.

Advanced technical ceramics consist of pure oxides, carbides and nitrides such as alumina (Al2O3), silicon carbide, SiC and zirconia, making them difficult to machine without special knowledge and equipment from ceramic engineering professionals.

Alumina

Alumina (aluminium oxide, Al2O3) is one of the most frequently utilized engineering ceramics. It’s highly adaptable, hard, and insulating properties make it suitable for harsh operating conditions that would overwhelm more sophisticated ceramics, and you’ll often find it in whiteware products or high-tech components like furnace linings or crucibles.

When working with alumina ceramics, microstructura lor globală este determinată de materiile prime utilizate, procesele de fabricație folosite și tehnicile de modelare utilizate. Acest lucru îi afectează în cele din urmă durabilitatea și acuratețea dimensională.

Odată ce s-a obținut forma și dimensiunea dorită, alumina poate fi densificată prin sinterizare. Aceasta implică plasarea obiectului brut ținut împreună cu lipici într-un cuptor unde difuzia atomică și moleculară reduce porozitatea, producând un produs mai dens, cu rezistență crescută și duritate la rupere.

Inginerii încorporează adesea alte ingrediente în ceramica pe bază de alumină, în funcție de aplicație. Aditivii comuni includ:

Siliciu

Ceramica cu nitrură de siliciu prezintă o expansiune termică scăzută și rezistență la șoc termic, cu proprietăți excelente de izolare electrică și zero probleme de coroziune și oxidare. Datorită acestor atribute, Ceramica cu nitrură de siliciu este un material industrial excelent; în special capacitatea lor de a rezista la temperaturi ridicate le face potrivite pentru duze de ardere și flacără, jet și tuburi refractare în instalațiile de desulfurare a gazelor arse, rulmenți/ matrițe ceramice pentru prelucrarea metalelor, precum și piesele de contact care trebuie să reziste la frecare continuă împotriva particulelor abrazive dure care curg în medii cu viteză/presiune mare – toate semnele distinctive ale utilizării materialelor de calitate!

Ceramica de inginerie’ proprietățile distinctive au condus la inventarea multor produse noi inovatoare utilizate în apărarea națională, aerospațială, industriile auto și mașini – transformând piaţa mondială a ceramicii într-o $60 miliarde de afaceri!

Proprietățile materialului ceramic sunt determinate de chimia și microstructura acestuia. Performanța lor poate fi modificată prin diferite tehnici de prelucrare sau prin adăugarea de elemente la structura sa ceramică de bază, cu proprietățile sale modificate prin utilizarea diferitelor tehnici de prelucrare sau prin adăugarea de elemente la structura sa ceramică de bază. Particulele ceramice la scară nano afectează, de asemenea, comportamentul în vrac în ceea ce privește compoziția chimică și reactivitatea, precum și proprietățile mecanice cum ar fi duritatea la rupere – conform modelului Faber-Evans a prezis că întărirea ceramicii crește odată cu deformarea fisurii sau curbarea particulelor de a doua fază în matricea lor și distribuția morfologiei particulelor., raportul de aspect sau spațierea dintre particule – dând naștere proprietăților lor de întărire care contribuie în mare măsură la deformarea sau curbarea fisurilor, deformarea fisurii/înclinarea fiind îmbunătățită în continuare prin distribuția morfologiei particulelor/raportului de aspect/factorilor de distanță între particule. Întărirea a crescut, de asemenea, prin utilizarea diferitelor tehnici de prelucrare care adaugă elemente pe compoziția/structura/compilarea ceramică de bază.

Bor

Ca student la inginerie ceramică, veți dobândi experiență practică în lucrul cu diverse materiale și procese. Începând din al doilea an, veți lua patru clase de laborator de bază, participa la proiecte inovatoare de cercetare de licență, acces Mines’ magazin fierbinte de sticlă din campus pentru cicluri de producție și colaborați strâns cu consilierii facultății pentru a dezvolta ceramică nouă și îmbunătățită pentru proiectul dvs. de teză senior.

Ceramica de inginerie a cunoscut o dezvoltare rapidă în ultimele decenii, oferind o selecție vastă de materiale extrem de versatile care pot rezista la o serie de temperaturi și medii. Proprietățile lor depind atât de compoziția lor, microstructura și condițiile de utilizare – făcând fiecare ceramică diferită în funcție de compoziția sa exactă, microstructura sau condițiile de utilizare.

Procesele de sinterizare care formează componente ceramice joacă un rol semnificativ în modelarea caracteristicilor lor fizice finale. Creșterea cerealelor joacă un rol esențial, impact asupra structurii sale finale și a performanțelor mecanice; orice distribuție neregulată a granulelor ar putea modifica dramatic atât structurile, cât și proprietățile mecanice ale produselor ceramice finale.

Carbura de bor este un material indispensabil pentru aplicațiile ceramice cu solicitare ridicată, cum ar fi sculele de tăiere, matrițe și foraje pentru rocă, al doilea numai după diamant în ceea ce privește duritatea. Carbura Boroni are, de asemenea, o conductivitate termică excelentă și proprietăți de izolare electrică, ceea ce o face materialul ideal pentru dispozitive electronice de mare putere și acoperiri rezistente la uzură pentru echipamentele miniere și de prelucrare a mineralelor..

Boride

Borul poate spori semnificativ stabilitatea la temperaturi ridicate a oxizilor metalici. În plus, acest material servește ca fază ceramică de armare în compozitele cu matrice metalică; în special ceramică din carbură de bor (BCN), carbură de hafniu-tantal (HfTaC), sau zirconiu pentru utilizare ca aplicații de protecție împotriva uzurii.

Ceramica care conține bor poate fi fragilă, totuși rezistența lor mai mare la rupere le permite să absoarbă o energie de impact mai mare fără a se rupe. În plus, aceste materiale oferă rezistență chimică excelentă și performanță la abraziune, permițându-le să înlocuiască metalele dure în multe aplicații.

Datorită proprietăților lor de legătură ionică sau covalentă, cele mai multe ceramice nu prezintă deformare plastică la temperatura camerei și astfel posedă o ductilitate mai mică decât metalele. Cu toate acestea, ceramica poate prezenta în continuare tensiuni plastice semnificative la temperaturi mai ridicate, unde mecanismele de rupere diferă semnificativ de metale.

Ceramica pe bază de bor combină greutatea specifică scăzută cu rezistența mecanică puternică pentru a le face atractive pentru utilizare în multe aplicații diferite. Rezistența la uzură le permite să înlocuiască metalele dure în mediile transportate la viteze mari, presiuni sau viteze de cavitație; îmbunătățirea eficienței și durabilității echipamentelor miniere și de prelucrare a mineralelor, precum și a sistemelor de colectare a prafului pentru extracție, măcinare, sisteme de transport și colectare a prafului. În plus, aceste materiale pot crește fiabilitatea în ulei & industriile gazoase și chimice prin piese structurale rotative realizate cu aceste ceramice.