تحليل موجز لمواد السيراميك الهندسية الشائعة

يشير مصطلح السيراميك الهندسي إلى المصطلح العام لجميع أنواع السيراميك المطبقة في مجال التكنولوجيا الهندسية، بما في ذلك السيراميك الإنشائي والسيراميك الوظيفي ومركبات المصفوفة الخزفية. يحتل السيراميك الهندسي بمقاومته العالية لدرجات الحرارة العالية ومقاومته للتآكل ومقاومته للتآكل ومقاومته للتآكل والاستقرار الكيميائي ووظائفه الكهربائية والحرارية والبصرية والمغناطيسية الفريدة من نوعها وغيرها من الوظائف، مكانة مهمة للغاية في مجال المواد الجديدة. فيما يلي مقدمة موجزة لبعض مواد السيراميك الهندسية الشائعة وتطبيقاتها.

سيراميك أكسيد الألومنيوم

سيراميك الألومينا هو واحد من أكثر أنواع السيراميك الهندسي بحثًا وتطبيقًا على نطاق واسع، مع نقطة انصهار عالية (2050 ℃) وصلابة عالية (hra)، 90-92، وأداء العزل جيد، ومقاومة الحجم عالية تصل إلى 1015 Ω، سم)، والاستقرار الكيميائي الجيد، إلخ.يستخدم على نطاق واسع كمواد هيكلية ذات درجة حرارة عالية، ومواد مقاومة للتآكل، ومواد عزل كهربائية ومواد مقاومة للمواد الكيميائية، مثل مواد أثاث الفرن ذات درجة الحرارة العالية، والبطانة المقاومة للتآكل والجسم الكاشطة، وقشرة التفريغ الكهربائي والركيزة الخزفية، ومواد فيلم سيراميك تنقية غاز المداخن ذات درجة الحرارة العالية، والسيراميك الكيميائي، وغطاء عدسة المنتجات الإلكترونية الخزفية الشفافة، والطلاء المقاوم للتآكل وما إلى ذلك.

ويكمن مفتاح إعداد سيراميك الألومينا عالي الأداء في النقاء، ومورفولوجيا الجسيمات، وتوزيع حجم الجسيمات لمسحوق المواد الخام. في السنوات الأخيرة، تم تطوير تكنولوجيا إعداد مسحوق الألومينا فائق النقاء أو النانومترية عالية النقاء بسرعة مع الطلب المتزايد على سيراميك الألومينا الشفاف والكريستال الياقوتي.ويتم تحضير سيراميك الألومينا الشفاف من مساحيق فائقة النقاء فائقة النقاء بنقاوة تصل إلى 4 نانومتر وحجم جسيمات أقل من 100 نانومتر، بينما يتطلب نمو بلورات الياقوت نقاوة تصل إلى 5 نانومتر.

سيراميك زركونيا

من بين جميع أنواع سيراميك أكسيد المعادن، يتمتع سيراميك الزركونيا بأفضل ثبات في درجات الحرارة العالية وهو الأكثر ملاءمة لطلاء السيراميك والمنتجات المقاومة للحرارة العالية. الموصلية الحرارية للزركونيا هي الأقل بين المواد الخزفية الشائعة، ومعامل التمدد الحراري قريب من معامل التمدد الحراري للمواد المعدنية.

إن خصائص التقوية المتغيرة الطور لسيراميك الزركونيا جعلته موضوعًا بحثيًا ساخنًا للسيراميك البلاستيكي، كما أن الخصائص الميكانيكية والفيزيائية الحرارية الممتازة تجعله مرحلة تقوية ممتازة لمركبات المصفوفة المعدنية. في الوقت الحاضر، يأتي سيراميك الزركونيا في المرتبة الثانية بعد سيراميك الألومينا في استخدام سيراميك أكسيد المعادن المختلفة.

سيراميك الزركونيا المستقر جزئيًا (PSZ، سيراميك غالبًا ما يأخذ 3٪ من مسحوق النانو الزركونيا المستقر بأكسيد الإيتريوم كمواد خام) سيراميك هو حاليًا أعلى قوة وصلابة للمواد الخزفية.يتميز سيراميك PSZ بحجم حبيبات ناعم، وقوة عالية، وصلابة جيدة، ومقاومة تآكل عالية (عادة ما تكون أعلى من سيراميك الألومينا بمقدار 5-10 مرات) وتظهر تشحيمًا ذاتيًا جيدًا. كمادة هيكلية مقاومة للتآكل، فقد تم استخدامها على نطاق واسع في مطحنة الكشط، مطحنة الكرة، مادة تحمل، مفصل اصطناعي، قاطع سيراميك للاستخدام اليومي وما إلى ذلك.

سيراميك كربيد السيليكون

سيراميك كربيد السيليكون هو أكثر المواد الخزفية التي تمت دراستها وتطبيقها على نطاق واسع بين المواد الخزفية غير الأكسيدية. نظرًا لأن السيليكون والكربون مرتبطان تساهميًا لتشكيل بنية رباعية السطوح مشابهة للماس، فإنهما يتمتعان بقوة عالية وصلابة عالية ومقاومة للأكسدة ومقاومة ممتازة للتآكل.يتميز سيراميك كربيد السيليكون بخصائص ومجالات تطبيق مختلفة بسبب عمليات التحضير المختلفة. يمكن استخدامه كمواد هيكلية عالية الحرارة، ومواد مقاومة للحرارة، ومواد مقاومة للتآكل، ومواد مقاومة للتآكل مقاومة للأحماض والقلويات، ومواد مقاومة للتآكل، ومواد تبادل حراري عالية الحرارة، وما إلى ذلك بسبب خصائصه الممتازة.

سيراميك نيتريد السيليكون

سيراميك نيتريد السيليكون (Si3N4) هو نوع من السيراميك الهندسي الذي يتطور بسرعة في السيراميك غير الأكسيد. إن الوحدة الهيكلية رباعية السطوح [SiN4] التي تتكون من الرابطة التساهمية بين السيليكون والنيتروجين تجعل السيراميك يتمتع بقوة عالية وصلابة عالية ومقاومة ممتازة للأكسدة ومقاومة للتآكل. يأتي نيتريد السيليكون في شكلين بلوريين، ألفا -Si3N4 في شكل حبيبات وبيتا -Si3N4 في شكل دبوسي.يمكن تحويل ألفا -Si3N4 من الجسيمات الدقيقة في البليت إلى بيتا -Si3N4 دبوسي في درجة حرارة التلبيد، والتي تعمل كقوة ذاتية. لذلك، فإن سيراميك نيتريد السيليكون لديه قوة وصلابة أعلى من سيراميك كربيد السيليكون، وهو أكثر ملاءمة لإعداد أدوات طحن السيراميك المتوسطة والمحامل وغيرها من المنتجات الخزفية التي تتطلب قوة وصلابة عالية.

يتميز سيراميك نيتريد السيليكون بصلابة حمراء ممتازة، وهو مناسب بشكل خاص للقطع أو الطحن عالي السرعة على أدوات ماكينات CNC عالية السرعة.

سيراميك الكوارتز

يتميز سيراميك الكوارتز، المعروف أيضًا باسم سيراميك الكوارتز المصهور، بمعامل تمدد حراري منخفض ومقاومة ممتازة للصدمات الحرارية. بالإضافة إلى التشكيل والحشو التقليدي لسيراميك الكوارتز، تم أيضًا تطبيق تقنية التشكيل بالحقن الهلامي التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة، وقد تم استخدام هذه التقنية بنجاح لتصنيع أسطوانة التقوية الأفقية للزجاج، وطوب بوابة فرن الزجاج العائم وغيرها من سيراميك الكوارتز كبير الحجم.

تشمل مجالات تطبيق سيراميك الكوارتز مجالات تطبيق سيراميك الكوارتز المعادن والهندسة الكهربائية والزجاج والطيران والصناعات الكهروضوئية وغيرها من الصناعات. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يستخدم على نطاق واسع كبوتقة صهر للسيليكون أحادي البلورية والسيليكون متعدد البلورات والرادوم للصواريخ.

سيراميك نيتريد الألومنيوم

سيراميك نيتريد الألومينا هو نوع من المواد الخزفية ذات الموصلية الحرارية العالية ولكن العزل. يتميز بخصائص القوة العالية والصلابة العالية ومقاومة درجات الحرارة العالية. ولذلك، فإنه يتمتع بمزايا فريدة في ركائز تبديد الحرارة للدوائر المتكاملة عالية الطاقة والمكونات الإلكترونية. مسحوق نيتريد الألومنيوم ذو النقاء العالي والأداء المستقر وحجم الجسيمات الدقيقة والتوزيع الضيق لحجم الجسيمات وكمية صغيرة من تلبيد الإيدز (أكسيد الإيتريوم النانومتري)، جنبًا إلى جنب مع عملية التلبيد بالضغط الساخن هو الحل التقني المثالي لإعداد سيراميك نيتريد الألومنيوم عالي التوصيل الحراري.

سيراميك نيتريد البورون

يحتوينيتريد البورون ( BN) على هيكلين بلوريين نموذجيين، وهما نيتريد البورون السداسي ونتريد البورون المكعب. في الوقت الحاضر، يستخدم سيراميك نيتريد البورون السداسي بشكل رئيسي في مواد العزل ذات درجة الحرارة العالية، وحشو أحمر الشفاه المتقدم، ومواد التشحيم (مثل عامل تحرير قالب الضغط الساخن) وبوتقة لصهر المعادن، بينما يستخدم سيراميك نيتريد البورون المكعب بشكل رئيسي في صناعة أدوات القطع والمواد الكاشطة والمواد الكاشطة أو مواد التلميع.

نيتريد البورون سداسي الأضلاع أبيض اللون ذو هيكل مشابه للجرافيت، وله العديد من الخصائص المشابهة للجرافيت مثل الصلابة المنخفضة والتشحيم. نيتريد البورون سداسي الأضلاع هو أحد المواد ذات الموصلية الحرارية العالية جدًا في المواد الخزفية، وتبلغ الموصلية الحرارية 10 أضعاف الموصلية الحرارية للكوارتز، والتوصيل الحراري للمنتجات المضغوطة على الساخن (مثل نيتريد البورون المضغوط على الساخن ) ذات الموصلية الحرارية العالية هي 33W/م.K، وهو ما يماثل الحديد النقي. يحتوي نيتريد البورون المكعب على بنية مماثلة للماس، وهو ثاني مادة فائقة الصلابة التي تأتي صلابتها في المرتبة الثانية بعد الماس في الوقت الحاضر.