Classificação detalhada de materiais cerâmicos

Os materiais cerâmicos referem-se a uma classe de materiais inorgânicos não metálicos feitos de compostos naturais ou sintéticos por formação e sinterização em alta temperatura. Tem as vantagens de alto ponto de fusão, alta dureza, alta resistência ao desgaste e resistência à oxidação. Podem ser utilizados como materiais estruturais, materiais de ferramentas, pois a cerâmica também possui algumas propriedades especiais, mas também como material funcional.

1, Propriedade

Propriedade mecânica

Os materiais cerâmicos são os materiais com melhor rigidez e maior dureza em materiais de engenharia, e sua dureza está principalmente acima de 1500HV. A resistência à compressão da cerâmica é alta, mas a resistência à tração é baixa e a plasticidade e a tenacidade são baixas.

Propriedades térmicas

Os materiais cerâmicos geralmente têm um alto ponto de fusão (principalmente acima de 2.000 ℃) e possuem excelente estabilidade química em altas temperaturas; A condutividade térmica da cerâmica é inferior à dos materiais metálicos, e a cerâmica também é um bom material de isolamento térmico. Ao mesmo tempo, o coeficiente de expansão linear da cerâmica é inferior ao dos metais, e a cerâmica apresenta boa estabilidade dimensional quando a temperatura muda.

Características elétricas

A maioria das cerâmicas possui bom isolamento elétrico, por isso são amplamente utilizadas para fazer dispositivos isolantes com diversas tensões (1kV ~ 110kV). Cerâmica ferroelétrica (titanato de bário BaTiO3) tem alta constante dielétrica, pode ser usada para fazer capacitores, cerâmica ferroelétrica sob a ação de campos elétricos externos, também pode mudar a forma, a energia elétrica em energia mecânica (com as características de materiais piezoelétricos) , pode ser usado como amplificador de potência, toca-discos, medidor ultrassônico, sonar, espectrômetro médico, etc. Algumas cerâmicas também possuem características de semicondutores e podem ser usadas como retificadores.

Características químicas

Os materiais cerâmicos não são fáceis de oxidar em altas temperaturas e apresentam boa resistência à corrosão por ácidos, álcalis e sais.

Propriedade óptica

Os materiais cerâmicos também possuem propriedades ópticas exclusivas, que podem ser usadas como materiais sólidos de laser, materiais de fibra óptica, armazenamento óptico, etc., e cerâmicas transparentes podem ser usadas para lâmpadas de sódio de alta pressão. Cerâmicas magnéticas (ferrites como MgFe2O4, CuFe2O4, Fe3O4) têm uma ampla gama de aplicações na gravação de fitas, discos, núcleos de transformadores e grandes componentes de memória de computador.

2,Desenvolvimento histórico

A cerâmica original é um nome geral para cerâmica e porcelana. Ou seja, o corpo sinterizado formado obtido por moldagem e sinterização em alta temperatura. Os materiais cerâmicos tradicionais referem-se principalmente ao sílicaluminato. No início, as pessoas não tinham requisitos elevados para a seleção do silicoaluminato, a pureza não era alta, o tamanho das partículas não era uniforme e a pressão de moldagem não era alta. A cerâmica resultante é chamada de cerâmica tradicional. Mais tarde desenvolvido para alta pureza, tamanho de partícula pequeno e uniforme, alta pressão de moldagem, sinterização obteve corpo sinterizado denominado cerâmica fina.

3,Classificação:

Materiais comuns

Eles são feitos de matérias-primas naturais como feldspato, argila e quartzo sinterizado, é um material típico de silicato, os principais componentes são silício, alumínio, oxigênio, esses três elementos representam 90% do total de elementos da crosta, a cerâmica comum é rica em fontes, baixo custo, processo maduro. Essas cerâmicas podem ser divididas em cerâmicas de uso diário, cerâmicas de construção, cerâmicas de isolamento elétrico, cerâmicas químicas e assim por diante, de acordo com suas características de desempenho e usos.

Materiais especiais

Eles são feitos de matérias-primas sintéticas de alta pureza, formadas e sinterizadas por processo de controle de precisão, e geralmente possuem algumas propriedades especiais para atender diversas necessidades. De acordo com seus principais componentes, existem cerâmicas de óxido, cerâmicas de nitreto, cerâmicas de carboneto, cermet e assim por diante; Cerâmicas especiais possuem propriedades mecânicas, ópticas, acústicas, elétricas, magnéticas, térmicas e outras especiais.

Classificação de materiais especiais

De acordo com os diferentes usos, os materiais cerâmicos especiais podem ser divididos em cerâmicas estruturais, cerâmicas para ferramentas e cerâmicas funcionais.

Cerâmica estrutural

As cerâmicas de alumina são compostas principalmente por Al2O3 e o conteúdo geral é superior a 45%. A cerâmica de alumina possui várias propriedades excelentes. Resistência a altas temperaturas, geralmente pode ser usada por um longo tempo a 1600 ° C, resistência à corrosão, alta resistência, sua resistência é 2 a 3 vezes maior que a da cerâmica comum, e a mais alta pode chegar a 5 a 6 vezes. Sua desvantagem é que é frágil e não aceita mudanças bruscas de temperatura ambiente. Pode ser usado como cadinho, vela de ignição de motor, material refratário de alta temperatura, invólucro de termopar, anel de vedação, etc., e também pode ser usado como ferramenta e molde.

O principal componente da cerâmica de nitreto de silício é o Si3N4, que é um tipo de resistência a altas temperaturas, alta dureza, resistência ao desgaste, resistência à corrosão e cerâmica autolubrificante de alta temperatura, o coeficiente de expansão linear é o menor em várias cerâmicas, a temperatura de uso é tão alto até 1400 ℃, com excelente resistência à corrosão, além do ácido fluorídrico, resistente à corrosão de outros ácidos e álcalis, corrosão de diversos metais. E possui excelente isolamento elétrico e resistência à radiação. Ele pode ser usado como rolamentos de alta temperatura, anéis de vedação para uso em meios corrosivos, buchas de termopar e ferramentas de corte de metal.

O principal componente da cerâmica de carboneto de silício é o SiC, que é um tipo de cerâmica de alta resistência e alta dureza, 1200 ℃ ~ 1400 ℃ ainda pode manter alta resistência à flexão, é a maior resistência a altas temperaturas da cerâmica, cerâmica de carboneto de silício também têm boa condutividade térmica, resistência à oxidação, condutividade elétrica e alta resistência ao impacto. É um bom material estrutural de alta temperatura, que pode ser usado para bico de foguete, manga de termopar, tubo de forno e outras peças que trabalham em alta temperatura. A condutividade térmica pode ser usada para fabricar materiais de troca de calor em altas temperaturas; Use sua alta dureza e resistência ao desgaste para fazer rebolos, abrasivos e assim por diante.

A cerâmica hexagonal de nitreto de boro é composta principalmente de BN, a estrutura cristalina é um sistema cristalino hexagonal, a estrutura hexagonal de nitreto de boro e o desempenho são semelhantes ao grafite, por isso é chamada de "tinta de pedra branca", baixa dureza, pode ser cortada com autolubrificante, pode ser feito de rolamentos autolubrificantes de alta temperatura, moldes formadores de vidro.

Cerâmica para ferramentas

Os principais componentes do metal duro são carbonetos e ligantes, os carbonetos são principalmente WC, TiC, TaC, NbC, VC, etc., e o ligante é principalmente cobalto (Co). Comparado com o aço ferramenta, o metal duro tem alta dureza (até 87 ~ 91HRA), boa dureza térmica (cerca de 1000 ℃ excelente resistência ao desgaste), quando usado como ferramenta, a velocidade de corte é aumentada em 4 ~ 7 vezes do que a alta velocidade aço, e a vida útil é aumentada em 5 a 8 vezes, sua desvantagem é que a dureza é muito alta, quebradiça, é difícil de ser usinada, por isso muitas vezes é feita de lâminas e soldada na barra de ferramentas. O metal duro é usado principalmente para ferramentas de usinagem; Vários moldes, incluindo matriz de trefilação, matriz de trefilação, matriz de direção a frio; Vários tipos de brocas são usados ​​em ferramentas de mineração, geologia e petróleo.

Diamante Diamante natural (diamante) como uma decoração valiosa, e o diamante sintético é amplamente utilizado na indústria, o diamante é o material mais duro da natureza, mas também possui um módulo de elasticidade muito alto; A condutividade térmica do diamante é a mais alta entre os materiais conhecidos; O diamante tem boas propriedades de isolamento. O diamante pode ser usado como broca, ferramenta de corte, ferramenta de retificação, matriz de trefilação, ferramenta de dressagem; Ferramentas diamantadas para usinagem de ultraprecisão para obter acabamento espelhado. No entanto, a estabilidade térmica das ferramentas diamantadas é fraca e a afinidade dos elementos do grupo do ferro é grande, por isso não pode ser usada para processar ferro, ligas à base de níquel e o processamento principal de metais não ferrosos e não metálicos, amplamente utilizado em cerâmica, vidro, pedra, concreto, gemas, ágata e outros processamentos.

O nitreto cúbico de boro (CBN) possui estrutura cristalina cúbica, sua dureza é alta, perdendo apenas para o diamante, com estabilidade térmica e estabilidade química melhor que o diamante, pode ser usado para endurecer aço, ferro fundido resistente ao desgaste, materiais de pulverização térmica e níquel e outros materiais difíceis de processamento de corte. Pode ser transformado em ferramentas de corte, abrasivos, matrizes de trefilação, etc.

Outras cerâmicas para ferramentas são alumina, zircônia, nitreto de silício e outras cerâmicas, mas em termos de desempenho abrangente e aplicação de engenharia não são tão boas quanto as três cerâmicas para ferramentas acima.

Cerâmica funcional

As cerâmicas funcionais geralmente possuem propriedades físicas especiais, envolvendo mais campos. As cerâmicas funcionais comumente usadas são cerâmicas dielétricas, cerâmicas ópticas, cerâmicas magnéticas, cerâmicas semicondutoras.

Cerâmica fina

A cerâmica fina surgiu em materiais cerâmicos, que lideram o mundo de novos materiais com excelentes propriedades como resistência a altas temperaturas, super resistência e multifuncionalidade. Cerâmica fina refere-se a cerâmica de alto desempenho sinterizada por processo de controle de precisão usando compostos inorgânicos sintéticos refinados de alta pureza como matéria-prima, por isso também é conhecida como cerâmica avançada ou cerâmica nova. Existem muitos tipos de cerâmica fina, que podem ser divididas em três categorias - cerâmica estrutural, cerâmica eletrônica e biocerâmica.

Cerâmica estrutural

Esta cerâmica é usada principalmente para fazer peças estruturais. Algumas vedações, rolamentos, ferramentas, válvulas de esfera, camisas de cilindro, etc. na indústria mecânica são frequentemente sujeitos a fricção e peças fáceis de usar, com a fabricação de metal e liga às vezes não sendo usada por um longo tempo será danificada e estrutural avançada peças cerâmicas podem suportar essa “provação”.

Cerâmica eletrônica

Cerâmica funcional utilizada para a produção de componentes eletrônicos e componentes estruturais de sistemas eletrônicos. Além de propriedades mecânicas como alta dureza, essas cerâmicas podem ser “indiferentes” às mudanças do ambiente circundante, ou seja, possuem excelente estabilidade, desempenho muito importante para componentes eletrônicos, e podem suportar altas temperaturas.

Biocerâmica

Biocerâmicas são materiais cerâmicos usados ​​para fabricar o sistema “osso-músculo” humano para reparar ou substituir órgãos ou tecidos humanos.

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