Inžinierska keramika – Kľúč k pokročilým priemyselným riešeniam

Technická keramika je tvrdá, nekovové materiály navrhnuté tak, aby odolali extrémnym teplotám, od keramických obkladačiek používaných na raketoplánoch až po zubné korunky. Technická keramika má mnoho aplikácií od letectva až po stomatológiu.

Pokročilá technická keramika pozostáva z čistých oxidov, karbidy a nitridy, ako je oxid hlinitý (Al203), karbid kremíka, SiC a oxid zirkoničitý, čo sťažuje ich opracovanie bez špeciálnych znalostí a vybavenia od odborníkov z keramického inžinierstva.

Alumina

Alumina (oxid hlinitý, Al203) patrí medzi najčastejšie využívanú inžiniersku keramiku. Je vysoko prispôsobivá, ťažké, a izolačné vlastnosti ho predurčujú do náročných prevádzkových podmienok, ktoré by prekonali sofistikovanejšiu keramiku, a často ho nájdete v bielych výrobkoch alebo high-tech komponentoch, ako sú obloženia pecí alebo tégliky.

Pri práci s aluminovou keramikou, ich celkovú mikroštruktúru určujú použité suroviny, použité výrobné procesy a použité techniky tvarovania. To v konečnom dôsledku ovplyvňuje jeho odolnosť a rozmerovú presnosť.

Po dosiahnutí požadovaného tvaru a veľkosti, oxid hlinitý možno zahustiť spekaním. To zahŕňa umiestnenie hrubého predmetu spojeného s lepidlom do pece, kde atómová a molekulárna difúzia znižuje pórovitosť, výrobu hustejšieho produktu so zvýšenou pevnosťou a lomovou húževnatosťou.

Inžinieri často pridávajú do keramiky na báze oxidu hlinitého ďalšie zložky v závislosti od aplikácie. Medzi bežné prísady patrí:

Silikón

Keramika z nitridu kremíka sa vyznačuje nízkou tepelnou rozťažnosťou a odolnosťou voči teplotným šokom, s vynikajúcimi elektroizolačnými vlastnosťami a nulovými problémami s koróziou a oxidáciou. Vďaka týmto atribútom, keramika z nitridu kremíka je vynikajúcim priemyselným materiálom; najmä ich schopnosť odolávať vysokým teplotám ich robí vhodnými pre spaľovacie dýzy a plameň, prúdové a žiaruvzdorné rúry v zariadeniach na odsírenie spalín, keramické ložiská/matrice na obrábanie kovov, ako aj kontaktné časti, ktoré musia odolávať nepretržitému treniu proti tvrdým abrazívnym časticiam nachádzajúcim sa v prúdení v prostredí s vysokou rýchlosťou/tlakom – všetky znaky kvalitného použitia materiálu!

Technická keramika’ charakteristické vlastnosti viedli k vynájdeniu mnohých inovatívnych nových produktov používaných v národnej obrane, kozmonautika, automobilovom a strojárskom priemysle – premena globálneho keramického trhu na a $60 miliardový biznis!

Vlastnosti keramického materiálu sú určené jeho chémiou a mikroštruktúrou. Ich výkon možno zmeniť rôznymi technikami spracovania alebo pridaním prvkov do základnej keramickej štruktúry, s jeho vlastnosťami upravenými použitím rôznych techník spracovania alebo pridaním prvkov k jeho základnej keramickej štruktúre. Keramické častice v nanoúrovni tiež ovplyvňujú správanie sa objemu z hľadiska chemického zloženia a reaktivity, ako aj mechanických vlastností, ako je lomová húževnatosť – podľa Faber-Evansovho modelu predpovedali, že keramická húževnatosť sa zvyšuje s vychýlením trhliny alebo prehnutím častíc druhej fázy v ich matrici a rozložením morfológie častíc, pomer strán alebo medzičasticový odstup – čo vedie k ich spevňujúcim vlastnostiam, ktoré vo veľkej miere prispievajú k vychýleniu alebo prehnutiu trhlín, vychýlenie trhliny/vybočenie je ďalej vylepšené distribúciou morfológie častíc/pomeru strán/faktorov medzičasticových vzdialeností. Spevnenie sa zvýšilo aj použitím rôznych techník spracovania, ktoré pridávajú prvky do jeho základného keramického zloženia/štruktúry/kompilácie.

bór

Ako študent keramického inžinierstva, získate praktické skúsenosti s prácou s rôznymi materiálmi a procesmi. Počnúc druhým rokom, absolvujete štyri základné laboratórne kurzy, podieľať sa na inovatívnych vysokoškolských výskumných projektoch, prístup k mínam’ na akademickej pôde pre výrobu skla a úzku spoluprácu s fakultnými poradcami na vývoji novej a vylepšenej keramiky pre váš projekt záverečnej práce.

Technická keramika prešla v posledných desaťročiach prudkým vývojom, poskytuje široký výber vysoko všestranných materiálov, ktoré dokážu odolať rôznym teplotám a prostrediam. Ich vlastnosti závisia od ich zloženia, mikroštruktúra a podmienky použitia – čím je každá keramika iná v závislosti od jej presného zloženia, mikroštruktúra alebo podmienky použitia.

Procesy spekania, ktoré tvoria keramické komponenty, zohrávajú významnú úlohu pri formovaní ich konečných fyzikálnych vlastností. Rast obilia hrá kľúčovú úlohu, ovplyvňujúce jeho konečnú štruktúru a mechanické vlastnosti; akákoľvek nepravidelná distribúcia veľkosti zŕn by mohla dramaticky zmeniť štruktúru aj mechanické vlastnosti finálnych keramických výrobkov.

Karbid bóru je nepostrádateľným materiálom pre vysoko namáhané keramické aplikácie, ako sú rezné nástroje, matrice a skalné vrtáky, na druhom mieste za diamantom z hľadiska tvrdosti. Karbid bóru má tiež vynikajúcu tepelnú vodivosť a elektrické izolačné vlastnosti, vďaka čomu je ideálnym materiálom pre vysokovýkonné elektronické zariadenia a nátery odolné voči opotrebovaniu pre zariadenia na ťažbu a spracovanie nerastov..

Boride

Bór môže výrazne zvýšiť stabilitu oxidov kovov pri vysokých teplotách. Ďalej, tento materiál slúži ako spevňujúca keramická fáza v kompozitoch s kovovou matricou; konkrétne keramika vyrobená z karbidu bóru (BCN), karbid hafnia-tantalu (HfTaC), alebo oxid zirkoničitý na použitie ako ochrana proti opotrebovaniu.

Keramika obsahujúca bór môže byť krehká, no ich vyššia lomová húževnatosť im umožňuje absorbovať väčšiu energiu nárazu bez toho, aby sa zlomili. Ďalej, tieto materiály ponúkajú vynikajúcu chemickú odolnosť a odolnosť proti oderu, čo im umožňuje nahradiť tvrdé kovy v mnohých aplikáciách.

Vďaka ich iónovým alebo kovalentným väzbovým vlastnostiam, väčšina keramiky nevykazuje pri izbovej teplote plastickú deformáciu, a preto má menšiu ťažnosť ako kovy. Napriek tomu, keramika môže stále vykazovať výrazné plastické deformácie pri vyšších teplotách, kde sa mechanizmy lomu výrazne líšia od kovov.

Keramika na báze bóru kombinuje nízku špecifickú hmotnosť so silnou mechanickou pevnosťou, aby bola atraktívna na použitie v mnohých rôznych aplikáciách. Ich odolnosť proti opotrebeniu im umožňuje nahradiť tvrdé kovy v médiách prepravovaných vysokou rýchlosťou, tlaky alebo rýchlosti kavitácie; zlepšenie účinnosti a životnosti zariadení na ťažbu a spracovanie nerastov, ako aj systémov na zachytávanie prachu pri extrakcii, brúsenie, dopravné systémy a systémy na zachytávanie prachu. Ďalej, tieto materiály môžu zvýšiť spoľahlivosť v oleji & plynárenský a chemický priemysel prostredníctvom konštrukčných rotačných dielov vyrobených z tejto keramiky.