Kurzanalyse gängiger keramischer Werkstoffe

Ingenieurkeramik ist der Oberbegriff für alle Arten von Keramik, die im Bereich der Ingenieurtechnik eingesetzt werden, einschließlich Strukturkeramik, Funktionskeramik und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe. Ingenieurkeramik nimmt aufgrund ihrer hohen Temperatur-, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, ihrer chemischen Stabilität und ihrer einzigartigen elektrischen, thermischen, optischen, magnetischen und anderen Funktionen eine sehr wichtige Stellung im Bereich der neuen Werkstoffe ein. Im Folgenden werden einige gängige Ingenieurkeramikwerkstoffe und ihre Anwendungen kurz vorgestellt.

Aluminiumoxid-Keramik

Aluminiumoxidkeramik ist eine der am meisten erforschten und angewandten technischen Keramiken, mit hohem Schmelzpunkt (2050 ℃) und hoher Härte (hra), 90-92, guter Isolationsleistung, einem spezifischen Volumenwiderstand von 1015 Ω, cm), guter chemischer Stabilitätusw.Es ist weit verbreitet als Hochtemperatur-Strukturmaterialien, verschleißfeste Materialien, elektrische Isoliermaterialien und chemikalienbeständige Materialien, wie Hochtemperatur-Ofen Möbel Materialien, verschleißfeste Auskleidung und Schleifmittel Körper, elektrische Vakuum Schale und keramische Substrat, Hochtemperatur-Rauchgasreinigung keramische Filmmaterialien, chemische Keramik, transparente keramische elektronische Produkte Linsenabdeckung, verschleißfeste Beschichtung und so weiter verwendet.

Der Schlüssel zur Herstellung von Hochleistungs-Aluminiumoxidkeramik liegt in der Reinheit, der Partikelmorphologie und der Partikelgrößenverteilung des Rohstoffpulvers. In den letzten Jahren hat sich die Technologie zur Herstellung von hochreinem, ultrafeinem oder nanometergroßem Aluminiumoxidpulver aufgrund der steigenden Nachfrage nach transparenter Aluminiumoxidkeramik und Saphirkristall rasch entwickelt.Transparente Aluminiumoxidkeramiken werden aus hochreinen ultrafeinen Pulvern mit einem Reinheitsgrad von bis zu 4N und einer Partikelgröße von weniger als 100nm hergestellt, während für das Wachstum von Saphirkristallen ein Reinheitsgrad von bis zu 5N erforderlich ist.

Zirkoniumdioxid-Keramik

Unter allen Metalloxidkeramiken weist Zirkoniumdioxid die beste Hochtemperaturstabilität auf und eignet sich am besten für keramische Beschichtungen und feuerfeste Hochtemperaturprodukte. Die Wärmeleitfähigkeit von Zirkoniumdioxid ist die niedrigste unter den üblichen keramischen Werkstoffen, und der Wärmeausdehnungskoeffizient liegt nahe an dem von Metallwerkstoffen.

Die Zähigkeitseigenschaften von Zirkoniumdioxid haben es zu einem heißen Forschungsthema der Kunststoffkeramik gemacht, und die hervorragenden mechanischen und thermophysikalischen Eigenschaften machen es zu einer ausgezeichneten Verstärkungsphase für Metallmatrix-Verbundwerkstoffe. Derzeit steht Zirkoniumdioxidkeramik nach Aluminiumoxidkeramik an zweiter Stelle bei der Verwendung verschiedener Metalloxidkeramiken.

Teilstabilisiertes Zirkoniumdioxid (PSZ), für das häufig 3 % ω-Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkoniumdioxid-Nanopulver als Rohmaterial verwendet wird, weist derzeit die höchste Festigkeit und Zähigkeit unter den keramischen Werkstoffen auf.PSZ-Keramik hat eine feine Korngröße, hohe Festigkeit, gute Zähigkeit, hohe Verschleißfestigkeit (in der Regel 5-10 mal höher als Aluminiumoxid-Keramik) und weist eine gute Selbstschmierung auf. Als verschleißfestes Strukturmaterial wird es häufig in Schleifmaschinen, Kugelmühlen, Lagermaterial, künstlichen Gelenken, Keramikfräsern für den täglichen Gebrauch usw. verwendet.

Siliziumkarbid-Keramik

Siliziumkarbidkeramik ist das am meisten untersuchte und angewandte keramische Material unter den nichtoxidischen keramischen Materialien. Da Silizium und Kohlenstoff kovalent gebunden sind und eine tetraedrische Struktur ähnlich wie Diamant bilden, haben sie eine hohe Festigkeit, hohe Härte, Oxidationsbeständigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit.Siliciumcarbidkeramik hat aufgrund ihrer unterschiedlichen Herstellungsverfahren verschiedene Eigenschaften und Anwendungsbereiche. Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften kann sie als Hochtemperatur-Strukturmaterial, feuerfestes Material, verschleißfestes Material für Gleitringdichtungen, säure- und laugenbeständiges Korrosionsmaterial und Hochtemperatur-Wärmeaustauschmaterial usw. verwendet werden.

Siliciumnitrid-Keramik

Siliziumnitridkeramik (Si3N4) ist eine Art von Ingenieurkeramik, die sich in der Nicht-Oxid-Keramik schnell entwickelt. Die tetraedrische Struktureinheit [SiN4], die durch die kovalente Bindung zwischen Silizium und Stickstoff gebildet wird, verleiht der Keramik eine hohe Festigkeit, hohe Härte, ausgezeichnete Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Siliziumnitrid kommt in zwei kristallinen Formen vor, Alpha-Si3N4 in körniger Form und Beta-Si3N4 in pinprismatischer Form.Das Alpha-Si3N4 der feinen Partikel im Knüppel kann bei der Sintertemperatur in pinprismatisches Beta-Si3N4 umgewandelt werden, was als Selbstverfestigung wirkt. Daher haben Siliciumnitridkeramiken eine höhere Festigkeit und Zähigkeit als Siliciumcarbidkeramiken, was für die Herstellung von keramischen Werkzeugen für Schleifmittel, Lager und andere keramische Produkte, die eine hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, besser geeignet ist.

Siliciumnitridkeramik hat eine ausgezeichnete rote Härte und eignet sich besonders für das Hochgeschwindigkeitsschneiden oder -schleifen auf Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen.

Quarzkeramik

Quarzkeramik, auch bekannt als Schmelzquarzkeramik, hat einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit. Neben dem traditionellen Formen und Verpressen von Quarzkeramik wurde in den letzten Jahren auch die Gel-Spritzgusstechnologie entwickelt, die erfolgreich zur Herstellung von horizontalen Vorspannwalzen aus Glas, schwimmenden Glasanschnittsteinen und anderen großformatigen Quarzkeramiken eingesetzt wurde.

Zu den Anwendungsbereichen von Quarzkeramik gehören die Metallurgie, die Elektrotechnik, die Glasindustrie, die Luftfahrt, die Fotovoltaik und andere Industriezweige. Außerdem wird sie häufig als Schmelztiegel für monokristallines und polykristallines Silizium sowie als Radom für Raketen verwendet.

Aluminiumnitrid-Keramik

Aluminiumnitridkeramik ist eine Art keramisches Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, aber auch Isolierung. Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit, hohe Härte und hohe Temperaturbeständigkeit aus. Aluminiumnitridpulver mit hoher Reinheit, stabiler Leistung, feiner Partikelgröße und enger Partikelgrößenverteilung sowie einer geringen Menge an Sinterhilfsmitteln (Nanometer-Yttriumoxid) ist in Verbindung mit dem Heißpress-Sinterverfahren eine ideale technische Lösung für die Herstellung von Aluminiumnitridkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

Bornitrid-Keramik

Bornitrid (BN) hat zwei typische Kristallstrukturen, nämlich hexagonales Bornitrid und kubisches Bornitrid. Derzeit werden hexagonale Bornitridkeramiken hauptsächlich für Hochtemperatur-Isolationsmaterialien, fortschrittliche Lippenstiftfüller, Schmiermittel (wie das Trennmittel für Heißpressformen) und Schmelztiegel für Metalle verwendet, während kubische Bornitridkeramiken hauptsächlich zur Herstellung von Schneidwerkzeugen, Schleif- und Poliermitteln verwendet werden.

Hexagonales Bornitrid ist weiß mit einer graphitähnlichen Struktur und hat viele ähnliche Eigenschaften wie Graphit, wie z.B. geringe Härte und Schmierfähigkeit. Hexagonales Bornitrid ist eines der Materialien mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit in keramischen Materialien, die Wärmeleitfähigkeit ist 10-mal so hoch wie die von Quarz, und die Wärmeleitfähigkeit von heißgepressten Produkten (wie das heißgepresste Bornitrid) mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist 33W/M.Kubisches Bornitrid hat eine ähnliche Struktur wie Diamant und ist das zweite superharte Material, dessen Härte derzeit nur von Diamant übertroffen wird.