Brève analyse des matériaux céramiques d'ingénierie courants
Les céramiques techniques sont un terme général désignant toutes les sortes de céramiques appliquées dans le domaine de la technologie technique, y compris les céramiques structurelles, les céramiques fonctionnelles et les composites à matrice céramique. Les céramiques techniques, grâce à leur résistance aux températures élevées, à l'usure, à la corrosion, à la stabilité chimique et à leurs fonctions électriques, thermiques, optiques, magnétiques et autres, occupent une place très importante dans le domaine des nouveaux matériaux. Voici une brève présentation de quelques matériaux céramiques techniques courants et de leurs applications.
Céramique d'oxyde d'aluminium
La céramique d'alumine est l'une des céramiques techniques les plus étudiées et les plus utilisées, avec un point de fusion élevé (2050 ℃) et une dureté élevée (hra), 90-92, de bonnes performances d'isolation, une résistivité volumique aussi élevée que 1015 Ω, cm), une bonne stabilité chimique, etc.Il est largement utilisé comme matériaux structurels à haute température, matériaux résistants à l'usure, matériaux d'isolation électrique et matériaux résistants aux produits chimiques, tels que les matériaux de meubles de four à haute température, le revêtement résistant à l'usure et le corps abrasif, l'enveloppe de vide électrique et le substrat céramique, les matériaux de film céramique de purification des gaz de combustion à haute température, les céramiques chimiques, les couvercles de lentilles de produits électroniques en céramique transparente, les revêtements résistants à l'usure, etc.
La clé de la préparation des céramiques d'alumine de haute performance réside dans la pureté, la morphologie des particules et la distribution de la taille des particules de la poudre de matière première. Ces dernières années, la technologie de préparation de la poudre d'alumine ultrafine ou nanométrique de haute pureté s'est rapidement développée avec la demande croissante de céramiques d'alumine transparentes et de cristaux de saphir.Les céramiques d'alumine transparentes sont préparées à partir de poudres ultrafines de haute pureté (jusqu'à 4N) dont la taille des particules est inférieure à 100 nm, tandis que la croissance du cristal de saphir nécessite une pureté allant jusqu'à 5N.
Céramiques dezircone
Parmi tous les types de céramiques d'oxyde métallique, la zircone présente la meilleure stabilité à haute température et convient le mieux aux revêtements céramiques et aux produits réfractaires à haute température. La conductivité thermique de la zircone est la plus faible parmi les matériaux céramiques courants, et le coefficient de dilatation thermique est proche de celui des matériaux métalliques.
Les caractéristiques de durcissement par changement de phase des céramiques de zircone en ont fait un sujet de recherche brûlant dans le domaine des céramiques plastiques, et les excellentes propriétés mécaniques et thermophysiques en font une excellente phase de renforcement des composites à matrice métallique. À l'heure actuelle, les céramiques de zircone ne sont dépassées que par les céramiques d'alumine dans l'utilisation de diverses céramiques à base d'oxyde métallique.
Les céramiques de zircone partiellement stabilisée (PSZ, céramiques souvent constituées de nanopoudre de zircone stabilisée à l'oxyde d'yttrium à 3 % comme matière première) sont actuellement les matériaux céramiques les plus résistants et les plus tenaces.Les céramiques PSZ ont une granulométrie fine, une résistance élevée, une bonne ténacité, une grande résistance à l'usure (généralement 5 à 10 fois supérieure à celle des céramiques d'alumine) et présentent une bonne autolubrification. En tant que matériau de structure résistant à l'usure, il a été largement utilisé dans les broyeurs abrasifs, les broyeurs à billes, les matériaux pour roulements, les articulations artificielles, les fraises en céramique d'usage quotidien, etc.
Céramique de carbure de silicium
Lacéramique de carbure de silicium est le matériau céramique le plus étudié et le plus appliqué parmi les matériaux céramiques non oxydés. Comme le silicium et le carbone sont liés de manière covalente pour former une structure tétraédrique similaire au diamant, ils ont une grande résistance, une grande dureté, une résistance à l'oxydation et une excellente résistance à la corrosion.Les céramiques de carbure de silicium ont des propriétés et des domaines d'application différents en raison de leurs différents processus de préparation. Elles peuvent être utilisées comme matériau structurel à haute température, matériau réfractaire, matériau résistant à l'usure des joints mécaniques, matériau résistant à la corrosion résistant aux acides et aux alcalis et matériau d'échange thermique à haute température, etc. en raison de leurs excellentes propriétés.
Céramiques de nitrure de silicium
Lescéramiques à base de nitrure de silicium (Si3N4) sont des céramiques techniques qui se développent rapidement dans les céramiques non oxydées. L'unité structurelle tétraédrique [SiN4] formée par la liaison covalente entre le silicium et l'azote confère aux céramiques une grande résistance, une grande dureté, une excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion. Le nitrure de silicium se présente sous deux formes cristallines : alpha -Si3N4 sous forme granulaire et bêta -Si3N4 sous forme pinprismatique.L'alpha Si3N4 des fines particules de la billette peut être converti en bêta Si3N4 pinprismatique à la température de frittage, ce qui agit comme un autodurcissement. Par conséquent, les céramiques de nitrure de silicium ont une résistance et une ténacité plus élevées que les céramiques de carbure de silicium, ce qui convient mieux à la préparation d'outils céramiques de meulage, de roulements et d'autres produits céramiques exigeant une résistance et une ténacité élevées.
Les céramiques de nitrure de silicium ont une excellente dureté rouge, particulièrement adaptée à la coupe ou au meulage à grande vitesse sur les machines-outils CNC à grande vitesse.
Céramique de quartz
Les céramiques de quartz, également connues sous le nom de céramiques de quartz fondues, ont un faible coefficient de dilatation thermique et une excellente résistance aux chocs thermiques. Outre le moulage et le coulage traditionnels des céramiques de quartz, la technologie de moulage par injection de gel développée ces dernières années a également été appliquée, et cette technologie a été utilisée avec succès pour fabriquer des rouleaux de trempe horizontaux en verre, des briques de porte de four en verre flottant et d'autres céramiques de quartz de grande taille.
Les domaines d'application de la céramique de quartz comprennent la métallurgie, l'ingénierie électrique, le verre, l'aviation, l'industrie photovoltaïque et d'autres industries. En outre, elle est largement utilisée comme creuset de fusion du silicium monocristallin et du silicium polycristallin et comme radôme pour les missiles.
Céramique de nitrure d'aluminium
La céramique de nitrure d'alumine est une sorte de matériau céramique à haute conductivité thermique mais aussi isolant. Elle présente les caractéristiques d'une grande solidité, d'une grande dureté et d'une grande résistance à la température. La poudre de nitrure d'aluminium d'une grande pureté, aux performances stables, à la granulométrie fine et à la distribution granulométrique étroite, avec une faible quantité de sida de frittage (oxyde d'yttrium nanométrique), combinée au processus de frittage par pressage à chaud, constitue une solution technique idéale pour la préparation de céramiques de nitrure d'aluminium à haute conductivité thermique.
Céramiques de nitrurede bore
À l'heure actuelle, les céramiques de nitrure debore hexagonal sont principalement utilisées dans les matériaux d'isolation à haute température, les mastics de rouge à lèvres avancés, les matériaux de lubrification (tels que l'agent de démoulage des moules de pressage à chaud) et les creusets pour la fusion des métaux, tandis que les céramiques de nitrure de bore cubique sont principalement utilisées dans la fabrication d'outils de coupe, d'abrasifs et de matériaux abrasifs ou de polissage.
Le nitrure de bore hexagonal est blanc avec une structure similaire à celle du graphite, et il possède de nombreuses propriétés similaires à celles du graphite, telles qu'une faible dureté et des propriétés lubrifiantes. Le nitrure de bore hexagonal est l'un des matériaux ayant une conductivité thermique très élevée dans les matériaux céramiques, la conductivité thermique est 10 fois supérieure à celle du quartz, et la conductivité thermique des produits pressés à chaud (tels que le nitrure de bore pressé à chaud) ayant une conductivité thermique élevée est de 33 W/M.Le nitrure de bore cubique a une structure similaire à celle du diamant et est le deuxième matériau superdur dont la dureté n'est surpassée que par celle du diamant à l'heure actuelle.
