Breve análisis de los materiales cerámicos de ingeniería más comunes
El término "cerámica de ingeniería" hace referencia a todos los tipos de cerámica aplicados en el campo de la tecnología de ingeniería, incluidas la cerámica estructural, la cerámica funcional y los compuestos de matriz cerámica. La cerámica de ingeniería, con su resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, estabilidad química y funciones eléctricas, térmicas, ópticas, magnéticas y de otro tipo únicas, ocupa una posición muy importante en el campo de los nuevos materiales. A continuación se presenta una breve introducción de algunos materiales cerámicos de ingeniería comunes y sus aplicaciones.
Cerámica deóxido dealuminio
La cerámica de alúmina es una de las más ampliamente investigadas y aplicadas de la cerámica de ingeniería, con alto punto de fusión (2050 ℃) y alta dureza (hra), 90-92, el rendimiento de aislamiento es bueno, la resistividad de volumen es tan alta como 1015 Ω, cm), buena estabilidad química, etc.Es ampliamente utilizado como materiales estructurales de alta temperatura, materiales resistentes al desgaste, materiales de aislamiento eléctrico y materiales resistentes a los productos químicos, tales como materiales de muebles de horno de alta temperatura, revestimiento resistente al desgaste y cuerpo abrasivo, carcasa de vacío eléctrico y sustrato cerámico, materiales de película cerámica de purificación de gases de combustión de alta temperatura, cerámica química, cubierta de lente de productos electrónicos de cerámica transparente, revestimiento resistente al desgaste y así sucesivamente.
La clave para la preparación de cerámicas de alúmina de alto rendimiento reside en la pureza, la morfología de las partículas y la distribución del tamaño de las partículas del polvo de la materia prima. En los últimos años, la tecnología de preparación de polvo de alúmina ultrafino o nanométrico de alta pureza se ha desarrollado rápidamente con la creciente demanda de cerámicas de alúmina transparentes y cristal de zafiro.Las cerámicas transparentes de alúmina se preparan a partir de polvos ultrafinos de gran pureza, con una pureza de hasta 4N y un tamaño de partícula inferior a 100nm, mientras que el crecimiento del cristal de zafiro requiere una pureza de hasta 5N.
Cerámica de óxido decirconio
Entre todos los tipos de cerámicas de óxido metálico, la circona tiene la mejor estabilidad a altas temperaturas y es la más adecuada para revestimientos cerámicos y productos refractarios de alta temperatura. La conductividad térmica de la circona es la más baja entre los materiales cerámicos comunes, y el coeficiente de expansión térmica es cercano al de los materiales metálicos.
Las características de endurecimiento por cambio de fase de la cerámica de circona la han convertido en un tema candente de investigación de la cerámica plástica, y sus excelentes propiedades mecánicas y termofísicas la convierten en una excelente fase de refuerzo de los compuestos de matriz metálica. En la actualidad, la cerámica de circona ocupa el segundo lugar, después de la cerámica de alúmina, en el uso de diversas cerámicas de óxido metálico.
Las cerámicas de óxido de circonio parcialmente estabilizado (PSZ, las cerámicas suelen tomar como materia prima un 3% ω de nano polvo de óxido de circonio estabilizado con itrio ) son actualmente las de mayor resistencia y tenacidad de los materiales cerámicos.Las cerámicas PSZ tienen un tamaño de grano fino, alta resistencia, buena tenacidad, alta resistencia al desgaste (normalmente 5-10 veces superior a las cerámicas de alúmina) y muestran una buena autolubricación. Como material de estructura resistente al desgaste, se ha utilizado ampliamente en molinos abrasivos, molinos de bolas, material de rodamientos, juntas artificiales, cortadores cerámicos de uso diario, etc.
Cerámica decarburo desilicio
La cerámica de carburode silicio es el material cerámico más ampliamente estudiado y aplicado entre los materiales cerámicos sin óxido. Como el silicio y el carbono están unidos covalentemente para formar una estructura tetraédrica similar al diamante, tienen alta resistencia, alta dureza, resistencia a la oxidación y excelente resistencia a la corrosión.Las cerámicas de carburo de silicio tienen diferentes propiedades y campos de aplicación debido a sus diferentes procesos de preparación. Pueden utilizarse como material estructural de alta temperatura, material refractario, material resistente al desgaste de juntas mecánicas, material resistente a la corrosión por ácidos y álcalis y material de intercambio de calor de alta temperatura, etc. debido a sus excelentes propiedades.
Cerámica de nitruro desilicio
La cerámica de nitruro de silicio(Si3N4 ) es un tipo de cerámica de ingeniería que se desarrolla rápidamente en la cerámica sin óxido. La unidad estructural tetraédrica [SiN4] formada por el enlace covalente entre el silicio y el nitrógeno hace que la cerámica tenga alta resistencia, alta dureza, excelente resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión. El nitruro de silicio se presenta en dos formas cristalinas, alfa -Si3N4 en forma granular y beta -Si3N4 en forma pinprismática.El Si3N4 alfa de las partículas finas del tocho puede convertirse en Si3N4 beta pinprismático a la temperatura de sinterización, lo que actúa como autoendurecedor. Por lo tanto, las cerámicas de nitruro de silicio tienen mayor resistencia y tenacidad que las cerámicas de carburo de silicio, lo que resulta más adecuado para la preparación de herramientas cerámicas de medio de molienda, cojinetes y otros productos cerámicos que requieren gran resistencia y tenacidad.
Las cerámicas de nitruro de silicio tienen una excelente dureza al rojo, especialmente adecuada para el corte o rectificado a alta velocidad en máquinas herramienta CNC de alta velocidad.
Cerámica de cuarzo
Las cerámicas de cuarzo, también conocidas como cerámicas de cuarzo fundido, tienen un bajo coeficiente de expansión térmica y una excelente resistencia al choque térmico. Además del moldeo y rejuntado tradicional de las cerámicas de cuarzo, también se ha aplicado la tecnología de moldeo por inyección de gel desarrollada en los últimos años, y la tecnología se ha utilizado con éxito para fabricar rodillo de templado horizontal de vidrio, ladrillo de puerta de horno de vidrio flotante y otras cerámicas de cuarzo de gran tamaño.
Los campos de aplicación de la cerámica de cuarzo incluyen la metalurgia, la ingeniería eléctrica, el vidrio, la aviación, la fotovoltaica y otras industrias. Además, se utiliza ampliamente como crisol de fusión de silicio monocristalino y silicio policristalino y radomo para misiles.
Cerámica de nitruro de aluminio
La cerámica de nitruro de alúmina es un tipo de material cerámico con alta conductividad térmica pero aislante. Tiene las características de alta resistencia, alta dureza y alta resistencia a la temperatura. Por lo tanto, tiene ventajas únicas en sustratos de disipación de calor para circuitos integrados de alta potencia y componentes electrónicos. El polvo de nitruro de aluminio con alta pureza, rendimiento estable, tamaño de partícula fino y distribución de tamaño de partícula estrecha y una pequeña cantidad de SIDA de sinterización (óxido de itrio nanométrico), combinado con el proceso de sinterización por prensado en caliente es una solución técnica ideal para la preparación de cerámica de nitruro de aluminio de alta conductividad térmica.
Cerámica de nitruro deboro
Elnitruro de boro (BN) tiene dos estructuras cristalinas típicas, a saber, nitruro de boro hexagonal y nitruro de boro cúbico. En la actualidad, las cerámicas de nitruro de boro hexagonal se utilizan principalmente en materiales aislantes de alta temperatura, relleno de pintalabios avanzado, materiales de lubricación (como el agente de desmoldeo del molde de prensado en caliente) y crisol para fundir metal, mientras que las cerámicas de nitruro de boro cúbico se utilizan principalmente para fabricar herramientas de corte, abrasivos y materiales abrasivos o de pulido.
El nitruro de boro hexagonal es blanco con una estructura similar al grafito, y tiene muchas propiedades similares al grafito como baja dureza, lubricidad. El nitruro de boro hexagonal es uno de los materiales con muy alta conductividad térmica en materiales cerámicos, la conductividad térmica es 10 veces la del cuarzo, y la conductividad térmica de los productos prensados en caliente (como el nitruro de boro prensado en caliente) con alta conductividad térmica es de 33W/M.K, que es la misma que la del hierro puro. El nitruro de boro cúbico tiene una estructura similar a la del diamante y es el segundo material superduro cuya dureza sólo es superada por el diamante en la actualidad.
