Classification détaillée des matériaux céramiques

Les matériaux céramiques font référence à une classe de matériaux inorganiques non métalliques constitués de composés naturels ou synthétiques par formage et frittage à haute température. Il présente les avantages d'un point de fusion élevé, d'une dureté élevée, d'une résistance élevée à l'usure et à l'oxydation. Peut être utilisé comme matériau de construction, comme matériau d'outils, car la céramique possède également des propriétés particulières, mais aussi comme matériau fonctionnel.

1, propriété

Propriété mécanique

Les matériaux céramiques sont les matériaux présentant la meilleure rigidité et la dureté la plus élevée parmi les matériaux d'ingénierie, et leur dureté est généralement supérieure à 1 500 HV. La résistance à la compression de la céramique est élevée, mais la résistance à la traction est faible et la plasticité et la ténacité sont médiocres.

Propriétés thermiques

Les matériaux céramiques ont généralement un point de fusion élevé (généralement supérieur à 2 000 ℃) et ont une excellente stabilité chimique à haute température ; La conductivité thermique de la céramique est inférieure à celle des matériaux métalliques et les céramiques sont également de bons matériaux d'isolation thermique. Dans le même temps, le coefficient de dilatation linéaire des céramiques est inférieur à celui des métaux et les céramiques ont une bonne stabilité dimensionnelle lorsque la température change.

Caractéristiques électriques

La plupart des céramiques ont une bonne isolation électrique, elles sont donc largement utilisées pour fabriquer des dispositifs isolants avec différentes tensions (1 kV ~ 110 kV). Les céramiques ferroélectriques (titanate de baryum BaTiO3) ont une constante diélectrique élevée, peuvent être utilisées pour fabriquer des condensateurs, les céramiques ferroélectriques sous l'action de champs électriques externes, peuvent également changer de forme, l'énergie électrique en énergie mécanique (avec les caractéristiques des matériaux piézoélectriques) , peut être utilisé comme amplificateur de puissance, tourne-disque, compteur à ultrasons, sonar, spectromètre médical, etc. Quelques céramiques ont également les caractéristiques des semi-conducteurs et peuvent être utilisées comme redresseurs.

Caractéristiques chimiques

Les matériaux céramiques ne s'oxydent pas facilement à haute température et ont une bonne résistance à la corrosion aux acides, aux alcalis et aux sels.

Propriété optique

Les matériaux céramiques ont également des propriétés optiques uniques, qui peuvent être utilisées comme matériaux laser solides, matériaux à fibres optiques, stockage optique, etc., et des céramiques transparentes peuvent être utilisées pour les lampes au sodium haute pression. Les céramiques magnétiques (ferrites telles que MgFe2O4, CuFe2O4, Fe3O4) ont une large gamme d'applications dans les bandes d'enregistrement, les enregistrements, les noyaux de transformateur et les grands composants de mémoire informatique.

2,Développement historique

La céramique originale est un nom général pour la poterie et la porcelaine. C'est-à-dire le corps fritté formé obtenu par moulage et frittage à haute température. Les matériaux céramiques traditionnels font principalement référence au silicaluminate. Au début, les gens n'avaient pas d'exigences élevées pour la sélection du silicoaluminate, la pureté n'était pas élevée, la taille des particules n'était pas uniforme et la pression de moulage n'était pas élevée. Les céramiques obtenues sont appelées céramiques traditionnelles. Développé plus tard pour obtenir une pureté élevée, une taille de particule petite et uniforme, une pression de moulage élevée, le frittage obtenu un corps fritté appelé céramique fine.

3,Classement :

Matériaux ordinaires

Ils sont fabriqués à partir de matières premières naturelles telles que le feldspath, l'argile et le quartz frittés, c'est un matériau typique de silicate, les principaux composants sont le silicium, l'aluminium, l'oxygène, ces trois éléments représentent 90 % du total des éléments de la croûte, les céramiques ordinaires sont riches en sources, faible coût, processus mature. Ces céramiques peuvent être divisées en céramiques quotidiennes, céramiques de construction, céramiques d'isolation électrique, céramiques chimiques, etc. en fonction de leurs caractéristiques de performance et de leurs utilisations.

Matériaux spéciaux

Ils sont fabriqués à partir de matières premières synthétiques de haute pureté, formées et frittées par un processus de contrôle de précision, et possèdent généralement des propriétés spéciales pour répondre à divers besoins. Selon ses principaux composants, il existe des céramiques d'oxydes, des céramiques de nitrures, des céramiques de carbure, des cermets, etc. Les céramiques spéciales possèdent des propriétés mécaniques, optiques, acoustiques, électriques, magnétiques, thermiques et autres particulières.

Classification des matériaux spéciaux

Selon différentes utilisations, les matériaux céramiques spéciaux peuvent être divisés en céramiques structurelles, céramiques à outils, céramiques fonctionnelles.

Céramique structurelle

Les céramiques d'alumine sont principalement composées d'Al2O3 et leur teneur générale est supérieure à 45 %. Les céramiques d'alumine ont diverses excellentes propriétés. Résistance à haute température, peut généralement être utilisée pendant une longue période à 1600 ° C, résistance à la corrosion, haute résistance, sa résistance est 2 à 3 fois celle de la céramique ordinaire, et la plus élevée peut atteindre 5 à 6 fois. Son inconvénient est qu’il est fragile et ne supporte pas les changements brusques de température ambiante. Il peut être utilisé comme creuset, bougie d'allumage de moteur, matériau réfractaire à haute température, boîtier de thermocouple, bague d'étanchéité, etc., et peut également être utilisé comme outil et moule.

Le composant principal de la céramique de nitrure de silicium est Si3N4, qui est une sorte de résistance à haute température, de dureté élevée, de résistance à l'usure, de résistance à la corrosion et de céramique à haute température autolubrifiante, le coefficient de dilatation linéaire est le plus petit dans diverses céramiques, la température d'utilisation est la même. élevé jusqu'à 1400 ℃, avec une excellente résistance à la corrosion, en plus de l'acide fluorhydrique, résistant à la corrosion d'autres acides et aux alcalis, à la corrosion de divers métaux. Et possède une excellente isolation électrique et une excellente résistance aux radiations. Il peut être utilisé comme roulements à haute température, bagues d'étanchéité pour utilisation dans des milieux corrosifs, bagues de thermocouple et outils de coupe de métal.

Le composant principal de la céramique en carbure de silicium est le SiC, qui est une sorte de céramique à haute résistance et haute dureté, 1200 ℃ ~ 1400 ℃ peut toujours maintenir une résistance à la flexion élevée, est la résistance à haute température la plus élevée de la céramique, la céramique en carbure de silicium également ont une bonne conductivité thermique, une résistance à l'oxydation, une conductivité électrique et une ténacité élevée aux chocs. C'est un bon matériau structurel à haute température, qui peut être utilisé pour la buse de fusée, le manchon de thermocouple, le tube de four et d'autres pièces fonctionnant à haute température. La conductivité thermique peut être utilisée pour fabriquer des matériaux d'échange thermique à haute température ; Utilisez sa dureté élevée et sa résistance à l'usure pour fabriquer des meules, des abrasifs, etc.

Les céramiques hexagonales de nitrure de bore sont principalement composées de BN, la structure cristalline est un système cristallin hexagonal, la structure et les performances du nitrure de bore hexagonal sont similaires à celles du graphite, c'est pourquoi on l'appelle "encre de pierre blanche", faible dureté, peut être coupée avec autolubrification, peut être constitué de roulements autolubrifiants à haute température, de moules de formage de verre.

Céramique à outils

Les principaux composants du carbure cémenté sont les carbures et les liants, les carbures sont principalement WC, TiC, TaC, NbC, VC, etc., et le liant est principalement le cobalt (Co). Comparé à l'acier à outils, le carbure cémenté a une dureté élevée (jusqu'à 87 ~ 91HRA), une bonne dureté thermique (environ 1000 ℃, excellente résistance à l'usure), lorsqu'il est utilisé comme outil, la vitesse de coupe est augmentée de 4 à 7 fois par rapport à la vitesse élevée. acier, et la durée de vie est augmentée de 5 à 8 fois, son inconvénient est que la dureté est trop élevée, cassante, il est difficile à usiner, il est donc souvent constitué de lames et soudé sur la barre à outils. Le carbure est principalement utilisé pour les outils d'usinage ; Divers moules, y compris la matrice d'étirage, la matrice d'étirage, la matrice de frappe à froid ; Différents types de forets sont utilisés dans les outils miniers, la géologie et le pétrole.

Diamant Le diamant naturel (diamant) est une décoration précieuse et le diamant synthétique est largement utilisé dans l'industrie. Le diamant est le matériau le plus dur dans la nature, mais il possède également un module d'élasticité très élevé ; La conductivité thermique du diamant est la plus élevée parmi les matériaux connus ; Le diamant possède de bonnes propriétés isolantes. Le diamant peut être utilisé comme perceuse, outil de coupe, outil de meulage, matrice de tréfilage, outil de dressage ; Outils diamantés pour un usinage d’ultra-précision pour obtenir une finition miroir. Cependant, la stabilité thermique des outils diamantés est médiocre et l'affinité des éléments du groupe du fer est grande, ils ne peuvent donc pas être utilisés pour le traitement du fer, des alliages à base de nickel et pour le traitement principal des métaux non ferreux et des non-métaux. largement utilisé dans la céramique, le verre, la pierre, le béton, les pierres précieuses, l'agate et d'autres traitements.

Le nitrure de bore cubique (CBN) a une structure cristalline cubique, sa dureté est élevée, juste derrière le diamant, avec une stabilité thermique et chimique meilleure que le diamant, peut être utilisé pour le durcissement de l'acier, de la fonte résistante à l'usure, des matériaux de projection thermique et du nickel. et d'autres matériaux difficiles à couper. Peut être transformé en outils de coupe, abrasifs, matrices d'étirage, etc.

Les autres céramiques à outils sont l'alumine, la zircone, le nitrure de silicium et d'autres céramiques, mais du point de vue des performances globales et des applications techniques, elles ne sont pas aussi bonnes que les trois céramiques à outils ci-dessus.

Céramiques fonctionnelles

Les céramiques fonctionnelles ont généralement des propriétés physiques particulières, impliquant davantage de domaines. Les céramiques fonctionnelles couramment utilisées sont les céramiques diélectriques, les céramiques optiques, les céramiques magnétiques et les céramiques semi-conductrices.

Céramiques fines

Les céramiques fines ont émergé dans les matériaux céramiques, qui dominent le monde des nouveaux matériaux dotés d'excellentes propriétés telles que la résistance aux températures élevées, la super résistance et la multifonctionnalité. La céramique fine fait référence à la céramique de haute performance frittée par un processus de contrôle de précision utilisant des composés inorganiques synthétiques raffinés de haute pureté comme matières premières, elle est donc également connue sous le nom de céramique avancée ou de nouvelle céramique. Il existe de nombreux types de céramiques fines, qui peuvent être grossièrement divisées en trois catégories : les céramiques structurelles, les céramiques électroniques et les biocéramiques.

Céramique structurelle

Cette céramique est principalement utilisée pour réaliser des pièces de structure. Certains joints, roulements, outils, robinets à tournant sphérique, chemises de cylindre, etc. dans l'industrie mécanique sont fréquemment soumis à des frottements et des pièces faciles à porter, la fabrication de métaux et d'alliages n'étant parfois pas utilisée pendant une longue période, sera endommagée et la structure avancée les pièces en céramique peuvent résister à cette « épreuve ».

Céramique électronique

Céramiques fonctionnelles utilisées pour la production de composants électroniques et de composants structurels de systèmes électroniques. En plus de propriétés mécaniques telles qu'une dureté élevée, ces céramiques peuvent être « indifférentes » aux changements de l'environnement, c'est-à-dire qu'elles ont une excellente stabilité, ce qui est une performance très importante pour les composants électroniques, et peuvent résister à des températures élevées.

Biocéramique

Les biocéramiques sont des matériaux céramiques utilisés pour fabriquer le système « os-muscle » humain afin de réparer ou de remplacer des organes ou des tissus humains.

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