Краткое введение в передовая керамика и техническая керамика

Термины «передовая керамика» и «техническая керамика» являются синонимами в большинстве контекстов, ссылаясь на один и тот же класс материалов. Они используются взаимозаменяемо и используются, чтобы отличить их от традиционной керамики (например, бытовой керамики и строительных материалов).

Они представляют собой класс керамических материалов, которые проявляют особые, исключительные свойства благодаря использованию высокоочищенного синтетического сырья, точно контролируемого химического состава и передовых процессов подготовки.

Некоторая техническая керамика производства Guoci Ceramics.

I. Основные понятия: что это такое?

Усовершенствованная керамика (или техническая керамика)-это керамические материалы, которые изготавливаются из высокочистых, ультратонких синтетических неорганических соединений посредством точно контролируемых процессов формования и спекания и обладают специфическими и исключительными механическими, тепловыми, электрическими, оптическими или биохимическими свойствами.

II. Отличия от традиционной керамики

Чтобы лучше понять, давайте используем таблицу, чтобы сравнить их:

Простая аналогия:
Традиционная керамика похожа на обычную мебель из натурального дерева.
Усовершенствованная керамика похожа на детали гоночного автомобиля Формулы 1, тщательно разработанные с использованием передовых композитных материалов (таких как углеродное волокно).

III. Основные категории (по функциям и производительности)

1. Структурная керамика

• Основные характеристики: высокая прочность, высокая твердость, высокая вязкость, износостойкость, устойчивость к высоким температурам и коррозионная стойкость.
• Основные материалы: цирконий (ZrO₂), нитрид кремния (Si₃N₄), карбид кремния (SiC), оксид алюминия (Al₂O₃).
• Типичные области применения: режущие инструменты, износостойкие детали (уплотнения, сопла), компоненты двигателя (роторы турбин, подшипники), баллистическая броня, искусственные соединения (бедра, колено).

2. Функциональная керамика

• Основные характеристики: использует специальные функциональные эффекты, такие как электричество, магнетизм, свет, звук и тепло.
• Основные материалы и приложения:
• Диэлектрическая керамика: используется в производстве интегральных плат и конденсаторов (MLCC).
• Пьезоэлектрическая керамика: используется в производстве датчиков, приводов и преобразователей (таких как ультразвуковые зонды и зажигалки).
• Керамика полупроводника: Использованный в изготовлении термисторов, варисторов, и датчиков газа. Прозрачная керамика: используется в лазерах, прозрачной броне и освещении (натриевые лампы высокого давления).
• Сверхпроводящая керамика: используется в магнитной левитации и магнитно-резонансной томографии (МРТ).

3. Биокерамика

• Основные характеристики: Отличная биосовместимость, позволяющая им сосуществовать с тканями человека или способствовать регенерации тканей.
• Основные материалы: оксид алюминия и циркония (используется в несущих протезах).
• Типичные области применения: зубные имплантаты, искусственные кости и протезы суставов.

IV. Почему же они так важны? (Основные преимущества)

Эксплуатационные характеристики: изменяя состав, микроструктуру и обработку, материалы могут быть «настроены» с конкретными свойствами для удовлетворения экстремальных требований применения.

Отличные механические свойства: Чрезвычайно высокая твердость, износостойкость и прочность на сжатие.

Отличные тепловые свойства: высокая температура плавления, низкий коэффициент теплового расширения и хорошая термостойкость позволяют работать при высоких температурах, которые металлы не выдерживают.

Уникальные функциональные свойства: обладают свойствами, которые не встречаются в металлах и полимерах, такими как сегнетоэлектричество, пьезоэлектричество, полупроводники и сверхпроводимость. Превосходная химическая стабильность: сопротивление корозии и оксидации, с весьма длинной жизнью в жестких окружающих средах.

V. Обзор приложения

• Электроника и полупроводники: подложки для упаковки чипов, изоляторы, конденсаторы, датчики.
• Аэрокосмическая промышленность: лопасти турбины двигателя, тепловые барьерные покрытия и носовые конусы космического корабля.
• Здравоохранение: искусственные суставы, зубные реставрации, хирургические инструменты и компоненты медицинского оборудования для визуализации.
• Промышленное оборудование: режущие инструменты, износостойкие детали (уплотнения, подшипники) и высокотемпературные компоненты печи.
• Автомобильная промышленность: датчики кислорода, подложки каталитического нейтрализатора, компоненты двигателя и сепараторы батарей для новых энергетических транспортных средств.
• Энергетика и окружающая среда: твердые оксидные топливные элементы (SOFC), топливные гранулы ядерного реактора и приемники солнечной тепловой энергии.
• Военные и оборонные: баллистическая броня, ракетные обтекатели и радарно-прозрачные материалы.

Передовая керамика/техническая керамика являются одним из краеугольных материалов современных высокотехнологичных отраслей промышленности. Это уже не искусство «глины и огня», а наука о «порошке и процессе». Они нарушают ограничения производительности традиционных материалов и позволяют развивать технологии. От носителей чипов в смартфонах до марсоходов, исследующих Марс, эти необычные материалы незаменимы.