Керамика

Эта статья о свойствах материала керамики. Для других видов использования см. Ceramic (устранение неоднозначности) .

Короткая временная шкала керамики в разных стилях

Керамика - это любой из различных твердых, хрупких , термостойких и коррозионных материалов, изготовленных путем формирования, а затем стрельбы из неорганического, неметаллического материала, такого как глина , при высокой температуре. Общие примеры - глиняная посуда , фарфор и кирпич .

Самая ранняя керамика, сделанная людьми, была уволена глиняными кирпичами, использованными для стен строительного дома и других сооружений. Другие гончарные объекты, такие как горшки, сосуды, вазы и статуэтки, были изготовлены из глины , сами по себе или смешаны с другими материалами, такими как кремнезем , затвердевшие в огне. Позже, керамика была застеклена и стреляла для создания гладких цветных поверхностей, уменьшая пористость за счет использования стеклянных, аморфных керамических покрытий поверх кристаллических керамических субстратов. Керамика в настоящее время включает в себя внутренние, промышленные и строительные продукты, а также широкий спектр материалов, разработанных для использования в передовой керамической инженерии, таких как полупроводники .

Слово керамика происходит от древнегреческого слова κεραμικός ( keramikós ), что означает «или для керамики» (От κέραμος ( Kéramos ) 'Глину Поттера, плитка, керамика'). Самое раннее известное упоминание о корневой кераме -это микенский греческий грек ke-ra-me-we , работники керамики, написанные в линейном сценарии B Syllabic. Слово керамика может использоваться в качестве прилагательного для описания материала, продукта или процесса, или оно может использоваться в качестве существительного, либо единственного числа, либо, чаще всего, в качестве во множественном числе существительной керамики .

Материалы

Силиконовый нитрид -ракетный двигатель. Слева: установлен в тестовой подставке. Справа: тестирование с H ₂ /O ₂ пропеллентами.

Керамический материал представляет собой неорганический, металлический оксид, нитрид или карбид. Некоторые элементы, такие как углерод или кремний , могут считаться керамикой. Керамические материалы являются хрупкими, твердыми, сильными по сжатию и слабы в сдвиге и напряжении. Они выдерживают химическую эрозию, которая возникает в других материалах, подвергшихся кислой или каустической среде. Керамика, как правило, может выдерживать очень высокие температуры, в диапазоне от 1000 ° C до 1600 ° C (от 1800 ° F до 3000 ° F).

с низким увеличением Микрофотография SEM усовершенствованного керамического материала. Свойства керамики делают разрушение важного метода проверки.

Кристалличность . керамических материалов широко варьируется Чаще всего выпущенная керамика либо ослаблена , либо полувитрифицирована, как в случае с глиняной посудой, керамовой посудой и фарфором. Различная кристалличность и электронный состав в ионных и ковалентных связях заставляют большинство керамических материалов хорошими тепловыми и электрическими изоляторами (исследованы в керамической инженерии ). При таком большом диапазоне возможных вариантов композиции/структуры керамики (почти все элементы, почти все типы связи и все уровни кристалличности), широта субъекта обширная и идентифицируемые атрибуты ( твердость , Прочность , электрическая проводимость ) трудно указать для группы в целом. Общие свойства, такие как высокая температура плавления, высокая твердость, плохая проводимость, высокая модули эластичности , химическая устойчивость и низкая пластичность - это норма, За известными исключениями из каждого из этих правил ( пьезоэлектрическая керамика , стеклянного перехода температура , сверхпроводящая керамика ).

Композиты, такие как стекловолокно и углеродное волокно , содержащее керамические материалы, не считаются частью керамического семейства.

Высоко ориентированные кристаллические керамические материалы не поддаются большому диапазону обработки. Методы борьбы с ними, как правило, попадают в одну из двух категорий: либо превращение керамики в желаемой форме с помощью реакции in situ , либо «формируя» порошки в желаемую форму, а затем спекает, образуя твердое тело. Методы формирования керамики включают в себя формирование вручную (иногда включающую процесс вращения, называемый «броска»), литье скольжения , литья ленты (используется для изготовления очень тонких керамических конденсаторов), литье инъекционного литья , сухое прессование и другие вариации.

Многие эксперты по керамике не рассматривают материалы с аморфным (некристаллическим) характером (то есть стеклом) керамикой, даже если создание стекла включает в себя несколько этапов керамического процесса, а его механические свойства аналогичны свойствам керамических материалов. Тем не менее, термообработка может превратить стекло в полукристаллический материал, известный как стекло-керамический .

Традиционное керамическое сырье включает глинистые минералы, такие как каолинит , тогда как более поздние материалы включают оксид алюминия, более широко известный как алюминец . Современные керамические материалы, которые классифицируются как продвинутая керамика, включают в себя карбид кремния и карбид вольфрама . Оба оценены за их устойчивость к истиранию и, следовательно, используются в таких приложениях, как износовые пластины из дробного оборудования в добыче полезных ископаемых. Усовершенствованная керамика также используется в медицинской, электрической, электронике и доспехах.

История

Самая ранняя известная керамика - это гравиттские фигурки, которые датируются 29 000–25 000 до н.э.

Люди, по -видимому, делали свою собственную керамику в течение не менее 26 000 лет, подвергая глину и кремнезема интенсивную тепло, чтобы сформировать керамические материалы. Самые ранние обнаружены до сих пор были в южной части Центральной Европы и были скульптурными фигурами, а не блюдами. Самый ранний известный керамика была изготовлена ​​путем смешивания продуктов животного происхождения с глиной и стрельбы по ней до 800 ° С (1500 ° F). В то время как фрагменты керамики были обнаружены до 19 000 лет, только спустя 10 000 лет регулярная керамика стала обычной. Ранние люди, которые распространяются по большей части Европы, названы в честь его использования керамики: культура шестерни . Эти ранние индоевропейские народы украшали керамику, завернув ее веревку, пока она была еще влажной. Когда керамика была выпущена, веревка сгорела, но оставила декоративный рисунок сложных канавок на поверхности.

Керамика культуры шнурного пласта из 2500 г. до н.э.

Изобретение колеса в конечном итоге привело к производству более плавной, более ровной керамики с использованием техники формирования колеса (броска), как керамическое колесо . Ранняя керамика была пористой, легко поглощающей воду. Это стало полезным для большего количества предметов с обнаружением методов остекления , которые включали в себя покрытие керамики кремния, костяной золы или другими материалами, которые могут растопить и реформировать в стеклянную поверхность, что делает сосуд менее проницательным для воды.

Археология

Керамические артефакты играют важную роль в археологии для понимания культуры, технологий и поведения народов прошлого. Они являются одними из наиболее распространенных артефактов, которые можно найти в археологическом месте, как правило, в виде небольших фрагментов сломанной керамики, называемых шержами . Обработка собранных шердов может соответствовать двум основным типам анализа: технические и традиционные.

Традиционный анализ включает в себя сортировку керамических артефактов, шердов и больших фрагментов по конкретным типам, основанным на стиле, композиции, производстве и морфологии. Создавая эти типологии, можно различить различные культурные стили, цель керамики и технологическое состояние народа, среди других выводов. Кроме того, рассматривая стилистические изменения в керамике с течением времени, можно разделить (сериал) керамику на различные диагностические группы (сборки). Сравнение керамических артефактов с известными устаревшими сборками позволяет хронологическому назначению этих произведений.

Технический подход к керамическому анализу включает в себя более тонкое изучение композиции керамических артефактов и шердов для определения источника материала и, благодаря этому, возможному производству. Ключевыми критериями являются состав глины и характер, используемый при изготовлении рассматриваемой статьи: характер - это материал, добавленный к глине на начальной стадии производства, и используется для помощи последующему процессу сушки. Типы характера включают раковины кусочки , гранитные фрагменты и кусочки грунтовых шердов, называемые « Grog ». Характер обычно идентифицируется при микроскопическом исследовании закаленного материала. Идентификация глины определяется процессом уточнения керамики и присвоения цвету с использованием нотации цвета почвы Munsell . Оценивая как глиняные, так и характерные композиции, и определяя область, где, как известно, можно найти оба, можно выполнить задание источника материала. Основываясь на задании исходного артефакта, дальнейшие исследования могут быть проведены в месте производства.

Характеристики

Физические свойства любого керамического вещества являются прямым результатом его кристаллической структуры и химического состава. Твердовая химия выявляет фундаментальную связь между микроструктурой и свойствами, такими как локализованные изменения плотности, распределение размеров зерна, тип пористости и содержание второй фазы, которые могут быть связаны с керамическими свойствами, такими как механическая прочность σ в зале Уравнение Петч, твердость , прочность , диэлектрическая постоянная и оптические свойства, демонстрируемые прозрачными материалами .

Керамография - это искусство и наука о подготовке, осмотре и оценке керамических микроструктур. Оценка и характеристика керамических микроструктур часто реализуется на сходных пространственных масштабах, которые обычно используются в новой области нанотехнологий: от нанометров до десятков микрометров (мкМ). Обычно это находится где -то между минимальной длиной волны видимого света и пределом разрешения обнаженного глаза.

Микроструктура включает в себя большинство зерен, вторичные фазы, границы зерен, поры, микросормические, структурные дефекты и микро-отступания. Наблюдаемая микроструктура значительно влияет на большинство объемных механических, оптических, термических, электрических и магнитных свойств. Метод изготовления и условия процесса обычно обозначаются микроструктурой. Корская причина многих керамических сбоев очевидна в расщепленной и полированной микроструктуре. Физические свойства, которые составляют область материаловедения и техники, включают следующее:

Механические свойства

Резкие диски, сделанные из карбида кремния

Механические свойства важны в структурных и строительных материалах, а также в текстильных тканях. В современном материалонировании механика перелома является важным инструментом для улучшения механических характеристик материалов и компонентов. Он применяет физику напряжения , обнаруженным в реальных материалах , и напряжения , в частности, теории эластичности и пластичности , к микроскопическим кристаллографическим дефектам чтобы предсказать макроскопическое механическое разрушение тел. Фрактография широко используется с механикой перелома для понимания причин сбоев, а также проверить теоретические прогнозы сбоя с помощью реальных сбоев.

Керамические материалы обычно представляют собой ионные или ковалентные связанные материалы. Материал, удерживаемый любым типом связи, будет иметь тенденцию к разрушению какая -либо пластическая деформация до того, как произойдет , что приводит к плохой прочности в этих материалах. Кроме того, поскольку эти материалы имеют тенденцию быть пористыми, поры и другие микроскопические недостатки действуют как концентраторы напряжений , еще больше снижают прочность и уменьшают прочность на растяжение . Они объединяются, чтобы дать катастрофические сбои , в отличие от более пластичных режимов металлов.

Эти материалы показывают пластическую деформацию . Однако из -за жесткой структуры кристаллического материала очень мало доступных систем скольжения для дислокаций перемещения , и поэтому они деформируются очень медленно.

Чтобы преодолеть хрупкое поведение, развитие керамического материала внедрило класс композитных материалов керамического матрикса, в которые встроены керамические волокна, а с определенными покрытиями образуют волокнистые мосты по любой трещине. Этот механизм существенно увеличивает жесткость перелома такой керамики. Керамические дисковые тормоза являются примером использования композитного материала керамического матрикса, изготовленного с определенным процессом.

Ученые работают над разработкой керамических материалов, которые могут противостоять значительной деформации без лома. Первый такой материал, который может деформироваться при комнатной температуре, был обнаружен в 2024 году.

Ледовый пример для улучшенных механических свойств

Если керамика подвергается существенной механической нагрузке, она может подвергаться процессу, называемому ледяным отображением , что позволяет некоторую контролировать микроструктуру керамического продукта и, следовательно, некоторый контроль механических свойств. Керамические инженеры используют эту технику, чтобы настроить механические свойства на желаемое применение. В частности, сила увеличивается при использовании этой техники. Шаблон льда позволяет создавать макроскопические пор в однонаправленном расположении. Применение этого метода укрепления оксида важно для твердых оксидных топливных элементов и устройств фильтрации воды .

Чтобы обработать образец с помощью шаблона льда, водная коллоидная суспензия готовится для содержания растворенного керамического порошка, равномерно распределенного по всему коллоиду, Например, стабилизированная иттрия циркония (YSZ). Затем раствор охлаждается снизу наверх на платформе, которая обеспечивает однонаправленное охлаждение. Это заставляет кристаллы льда расти в соответствии с однонаправленным охлаждением, и эти кристаллы льда заставляют растворенные частицы YSZ к фронту затвердевания межфазной границы твердого жителя, что приводит к тому, что чистые кристаллы льда выстраивались в однонаправление вместе с концентрированными карманами коллоидных частиц. Затем образец нагревают, и в то же время давление достаточно уменьшается, чтобы заставить кристаллы льда в возвышенные , а карманы YSZ начинают отжигать вместе, образуя макроскопически выровненные керамические микроструктуры. Затем образец дополнительно спекает, чтобы завершить испарение остаточной воды и окончательную консолидацию керамической микроструктуры.

Во время ледового приема можно контролировать несколько переменных, чтобы влиять на размер пор и морфологию микроструктуры. Этими важными переменными являются начальная нагрузка твердых веществ коллоида, скорость охлаждения, температуру и продолжительность спекания, а также использование определенных добавок, которые могут влиять на микроструктурную морфологию во время процесса. Хорошее понимание этих параметров имеет важное значение для понимания взаимосвязи между обработкой, микроструктурой и механическими свойствами анизотропно пористых материалов.

Электрические свойства

Полупроводники

Некоторая керамика - полупроводники . Большинство из них-это оксиды переходных металлов , которые являются полупроводниками II-VI, такими как оксид цинка . В то время как существуют перспективы массового производства синих светодиодов из оксида цинка, керамики больше всего интересуются электрическими свойствами, которые показывают граничные эффекты зерна. Одним из наиболее широко используемых из них является вариант. Это устройства, которые демонстрируют свойство, которое сопротивление резко падает при определенном пороговом напряжении . Как только напряжение по всему устройству достигнет порога, появится разбивка электрической структуры В непосредственной близости от границ зерна, что приводит к тому, что его электрическое сопротивление падает с нескольких мегомов до нескольких сотен Омов . Основным преимуществом этого является то, что они могут рассеять много энергии, и они самостоятельно сдаются; После того, как напряжение через устройство падает ниже порога, его сопротивление возвращается к высоким. Это делает их идеальными для защиты от усилителей приложений ; Поскольку существует контроль над пороговым напряжением и устойчивостью к энергии, они находят использование во всех видах применения. Лучшая демонстрация их способности можно найти в электрических подстанциях , где они используются для защиты инфраструктуры от молнии ударов . Они имеют быстрый отклик, низкий уровень обслуживания и не заметно ухудшаются от использования, что делает их практически идеальными устройствами для этого приложения. Полупроводящая керамика также используется в качестве газовых датчиков . Когда различные газы передаются над поликристаллической керамикой, его электрическая стойкость меняется. С настройкой на возможные газовые смеси могут быть произведены очень недорогие устройства.

Сверхпроводимость

Эффект Мейссанера , продемонстрированный путем левита, магнита над суперпроводником Cuprate, который охлаждается жидким азотом

В некоторых условиях, таких как чрезвычайно низкие температуры, некоторые керамики демонстрируют высокотемпературную сверхпроводимость (в сверхпроводимости, «высокая температура» означает выше 30 К). Причина этого не понята, но есть две основные семьи сверхпроводящей керамики.

Северноэлектричество и суперсеты

Пьезоэлектричество , связь между электрическим и механическим откликом, демонстрируется большим количеством керамических материалов, включая кварц, используемый для измерения времени в часах и другой электронике. Такие устройства используют оба свойства пьезоэлектриков, используя электричество для производства механического движения (питание устройства), а затем используя это механическое движение для производства электроэнергии (генерирование сигнала). Измеренная единица времени является естественным интервалом, необходимым для преобразования электроэнергии в механическую энергию и обратно.

Пьезоэлектрический эффект, как правило, более сильнее в материалах, которые также проявляют пироэлектричность , и все пироэлектрические материалы также являются пьезоэлектрическими. Эти материалы могут быть использованы для взаимосвязи между тепловой, механической или электрической энергией; Например, после синтеза в печи пироэлектрический кристалл позволил охлаждать при приложенном напряжении, как правило, устанавливает статический заряд тысяч вольт. Такие материалы используются в датчиках движения , где крошечное повышение температуры из теплого тела, попавшего в комнату, достаточно, чтобы получить измеримое напряжение в кристалле.

В свою очередь, пироэлектричество наиболее сильно видно в материалах, которые также демонстрируют сегнетоэлектрический эффект , в котором стабильный электрический диполь может быть ориентирован или обращен, применяя электростатическое поле. Пироэлектричество также является необходимым следствием сегнетоэлектричества. Это может быть использовано для хранения информации в сегнетоэлектрических конденсаторах , элементах сегнетоэлектрической ОЗУ .

Наиболее распространенными такие материалы являются свинцовый цирконат титанат и титанат бария . Помимо упомянутого выше применения, их сильный пьезоэлектрический отклик используется при разработке высокочастотных громкоговорителей , преобразователей для сонара и приводов для атомных сил и сканирующего туннелирующих микроскопов .

Положительный тепловой коэффициент

Повышение температуры может привести к внезапному изоляции границ зерна в некоторых полупроводниковых керамических материалах, в основном смеси тяжелых металлов титанатов . Критическая температура перехода может быть скорректирована в широком диапазоне путем вариаций химии. В таких материалах ток проходит через материал до тех пор, пока нагревание джоула не приведет его к температуре перехода, после чего цепь будет разбита, а поток тока прекратится. Такая керамика используется в качестве самоконтролируемых элементов отопления, например, в цепях размораживания автомобилей задним окном.

отклик материала При температуре перехода диэлектрический становится теоретически бесконечным. В то время как отсутствие контроля температуры исключает любое практическое использование материала вблизи его критической температуры, диэлектрический эффект остается исключительно сильным даже при гораздо более высоких температурах. Титаны с критическими температурами намного ниже комнатной температуры стали синонимом «керамики» в контексте керамических конденсаторов по этой причине.

Оптические свойства

Cermax Ксеноновая дуговая лампа с синтетическим выводом сапфира

Оптически прозрачные материалы фокусируются на реакции материала на входящие световые волны ряда длин волн. Частотные селективные оптические фильтры могут быть использованы для изменения или повышения яркости и контраста цифрового изображения. Передача световой волны с помощью частоты селективных волноводов включает появляющееся поле волоконной оптики и способность определенных стеклянных композиций в качестве среды передачи для одновременного диапазона частот ( многомодово-оптическое волокно ) с небольшим или отсутствующим помехи между конкурирующими длинами волн или частотами. Этот резонансный режим передачи энергии и передачи данных с помощью электромагнитного (легкого) распространения волн , хотя и низкопроводится, практически не является потерей. Оптические волноводы используются в качестве компонентов в интегрированных оптических цепях (например, светодиоды , светодиоды) или в качестве среды передачи в локальных и дальних системах оптической связи . Степень, который также имеет значение для развивающихся материалов, является чувствительность материалов к излучению в термическом Инфракрасная (ИК) часть электромагнитного спектра . Эта способность искать тепло является причиной таких разнообразных оптических явлений, как ночное визирование и ИК- люминесценность .

секторе растет потребность Таким образом, в военном в высокопрочных, надежных материалах, которые способны передавать свет ( электромагнитные волны ) в видимых (0,4–0,7 микрометрах) и средней инфракрасной (1-5 микрометрах). спектр. Эти материалы необходимы для применений, требующих прозрачной брони, включая высокоскоростные ракеты и стручки следующего поколения, а также защиту от импровизированных взрывных устройств (IED).

В 1960 -х годах ученые из General Electric (GE) обнаружили, что в правильных условиях производства некоторая керамика, особенно оксид алюминия (глинозем), может быть получена полупрозрачной . Эти полупрозрачные материалы были достаточно прозрачными для использования для содержания электрической плазмы, генерируемой на высоким давлением уличных лампах с . В течение последних двух десятилетий были разработаны дополнительные типы прозрачной керамики для таких приложений, как носовые конусы для , ищущих тепло ракет , окна для истребителей и сцинтилляционные счетчики для компьютерной томографии . Другие керамические материалы, обычно требующие большей чистоты в их составе, чем приведенные выше, включают формы нескольких химических соединений, в том числе:

1. Barium Titanate : (часто смешивается с титанатом стронция ) отображает сегнетоэлектричность , что означает, что его механические, электрические и тепловые ответы C
2. Сиалон (кремниевый алюминий оксинитрид) имеет высокую прочность; Устойчивость к тепловому шоку, химическому и износу и низкой плотности. Эта керамика используется в непредвиденной обработке расплавленных металлов, шестнадцатилетних и химической промышленности.
3. Кремниевый карбид (SIC) используется в качестве чувствительности в микроволновых печи, обычно используется абразив и в качестве рефрактерного материала .
4. Нитрид кремния (Si ₃ N ₄ ) используется в качестве абразивного порошка.
5. Стеатит (силикаты магния) используется в качестве электрического изолятора .
6. Карбид титана, используемый в космическом шаттле, щиты для повторного входа и царапина.
7. Оксид урана ( U O ₂ ), используемый в качестве топлива в ядерных реакторах .
8. Иттрий барий оксид меди (y ba ₂ cu ₃ o _7-x ), высокотемпературный сверхпроводник .
9. Оксид цинка ( Zn O), который является полупроводником и используется при построении варисторов .
10. Диоксид циркония (циркония), который в чистой форме подвергается многим фазовым изменениям между комнатной температурой и практическими температурами спекания , может быть химически «стабилизирован» в нескольких различных формах. Его высокая проводимость кислорода рекомендует использовать его в топливных элементах и ​​автомобильных датчиках кислорода . В другом варианте метастабильные структуры могут придать ужесточение преобразования для механических применений; Большинство лопастей керамического ножа сделаны из этого материала. Частично стабилизированная циркония (PSZ) гораздо менее хрупкая, чем другая керамика, и используется для инструментов формирования металлов, клапанов и вкладыш, абразивных суспензий, кухонных ножей и подшипников, подверженных серьезным истиранию.

Продукция

С помощью использования

Для удобства керамические продукты обычно делятся на четыре основных типа; Они показаны ниже с некоторыми примерами:

1. Структурный, включая кирпичи , трубы , полов и крыши
2. Рефракции , такие как облицовки печей , радианты газового огня, сталь и стекло
3. ВИДИЯ, включая посуду , посуду, настенные плитки, гончарные изделия и санитарную посуду
4. Техническая, также известная как инженерная, продвинутая, специальная и тонкая керамика. Такие предметы включают в себя:
   • газовые сопла
   • Баллистическая защита , броня транспортных средств
   • Ядерные топливы оксида урана
   • Биомедицинские имплантаты
   • Покрытия реактивного двигателя турбин лезвий
   • керамические детали композитной газовой турбины
   • усиленные углеродные керамические дисковые тормоза
   • ракетные носовые конусы
   • подшипники
   • теплоизоляционная плитка, используемая на орбитальном аппарате космического челнока

Керамика, сделанная с глиной

Основная статья: Керамика

Часто сырье современной керамики не включает глины. Те, которые были классифицированы как:

1. Глиняная посуда , выпущенная при более низких температурах, чем другие типы
2. Керамика , стекловидное или полувитронное
3. Фарфор , который содержит высокое содержание каолина
4. Костный фарфор

Классификация

Керамика также может быть классифицирована на три отдельные категории материала:

1. Оксиды : глинозем , Берилия , Церия , Циркония
2. Некиды: карбид , борид , нитрид , силицид
3. Композитные материалы : усиленные частицами, усиленные волокнами , комбинации оксидов и некидов.

Каждый из этих классов может быть разработан в уникальные свойства материала.

Приложения

Кухонный нож с керамическим лезвием

Техническая керамика, используемая в качестве прочного верхнего материала на вставке для дайвинга.

1. Клетки ножа: лезвие керамического ножа останется острым на гораздо дольше, чем у стального ножа, хотя он более хрупкий и восприимчивый к поломке.
2. Углеродные тормозные диски для транспортных средств: очень устойчивая к выцветке тормоза при высоких температурах.
3. Усовершенствованные композитные керамические и металлические матрицы были разработаны для большинства современных бронированных боевых транспортных средств , потому что они предлагают превосходную проникающую сопротивление против формы заряда ( тепловые раунды) и кинетических пенетров энергии .
4. Керамика, такая как глинозем и карбид бора, использовались в качестве тарелок в баллистических бронированных жилетах, чтобы отталкивать высокоскоростный винтовочный огонь. Такие тарелки обычно известны как защитные вставки стрелкового оружия или SAPI. Подобный материал с низким весом используется для защиты кабины некоторых военных самолетов.
5. Керамические шариковые подшипники могут быть использованы вместо стали. Их большая твердость приводит к снижению восприимчивости к износу. Керамические подшипники, как правило, в последний раз утроивают срок службы стальных подшипников. Они деформируются меньше, чем сталь при нагрузке, что приводит к меньшему контакту со стенками подшипника и снижению трения. В очень скоростных приложениях тепло от трения вызывает больше проблем для подшипников металлов, чем керамические подшипники. Керамика химически устойчива к коррозии и предпочтительнее среды, где стальные подшипники ржавят. В некоторых приложениях их электроэнергетические свойства выгодны. Недостатки керамических подшипников включают значительно более высокую стоимость, восприимчивость к повреждениям при ударных нагрузках и потенциал для ношения стальных деталей из -за большей твердости керамики.
6. В начале 1980 -х Toyota исследовала производство адиабатического двигателя с использованием керамических компонентов в районе горячего газа. Использование керамики позволило бы температуру, превышающую 1650 ° C. Преимущества будут включать в себя более легкие материалы и небольшую систему охлаждения (или вообще без системы охлаждения), что приведет к значительному снижению веса. Ожидаемое повышение эффективности использования топлива (из -за более высоких рабочих температур, продемонстрированных в теореме Карно ), не может быть проверено экспериментально. Было обнаружено, что теплопередача на стенке горячего керамического цилиндра была больше, чем теплопередача в более прохладную металлическую стенку. Это потому, что более холодная газовая пленка на металлической поверхности действует как тепловой изолятор . Таким образом, несмотря на желательные свойства керамики, запретительные производственные затраты и ограниченные преимущества предотвратили широкое распространение компонентов керамического двигателя. Кроме того, небольшие недостатки в керамическом материале наряду с низкой вязкостью перелома могут привести к растрескиванию и потенциально опасному отказу оборудования. Такие двигатели возможны экспериментально, но массовое производство невозможно с текущей технологией.
7. эксперименты с керамическими частями для газовых турбин двигателей Проводятся . В настоящее время даже лезвия, сделанные из передовых металлических сплавов, используемых в горячей секции двигателей, требуют охлаждения и тщательного мониторинга рабочих температур. Турбинные двигатели, изготовленные из керамики, могут работать более эффективно, обеспечивая больший диапазон и полезную нагрузку.
8. Последние достижения были достигнуты в керамике, которая включает в себя биокерамику, такую ​​как зубные имплантаты и синтетические кости. Гидроксиапатит , основной минеральный компонент кости, был синтетически изготовлен из нескольких биологических и химических компонентов и может быть образован в керамические материалы. Ортопедические имплантаты, покрытые этими материалами, легко связываются с костью и другими тканями в организме без отторжения или воспалительной реакции. Они представляют большой интерес к доставке генов и тканевой инженерии . Большинство гидроксиапатитовых керамики довольно пористая и не имеют механической прочности и поэтому используются исключительно для покрытия металлических ортопедических устройств, чтобы помочь образованию связи с костью или в качестве костяных наполнителей. Они также используются в качестве наполнителей для ортопедических пластиковых винтов, чтобы помочь уменьшить воспаление и увеличить поглощение этих пластиковых материалов. Работа выполняется для изготовления прочных, полностью плотных керамических материалов нанокристаллического гидроксиапатита для ортопедических устройств для подшипника веса, замены иностранных металлических и пластиковых ортопедических материалов синтетическим, но природным минералом костей. В конечном счете, эти керамические материалы могут использоваться в качестве замены кости или с включением белка коллагены , производство синтетических костей.
9. Применение для актинидсодержащих керамических материалов включает ядерное топливо для сжигания избыточного плутония (PU) или химически инертного источника альфа-радиации в расходных материалах для безразличных космических транспортных средств или микроэлектронных устройств. Использование и утилизация радиоактивных актинидов требует иммобилизации в прочном материале -хозяине. Длительные радионуклиды с полураспадами, такие как актинид, иммобилизованы с использованием химически прочных кристаллических материалов на основе поликристаллической керамики и больших монокристаллов.
10. Высокотехнологичная керамика используется для производства часов для часов. Материал оценивается сторожевыми создателями за его легкий вес, сопротивление царапин, долговечность и плавное прикосновение. IWC - один из брендов, которые впервые использовали керамику в часовом производстве.
11. Керамика используется при разработке тел мобильных телефонов из -за их высокой твердости, сопротивления царапинах и способности рассеивать тепло. Свойства теплового управления Ceramic помогают поддерживать оптимальные температуры устройства при повышении производительности. Кроме того, керамические материалы могут поддерживать беспроводную зарядку и предлагают лучшую передачу сигнала по сравнению с металлами, которые могут мешать антеннам . Такие компании, как Apple и Samsung, включили керамику в свои устройства.
12. Керамика, изготовленная из карбида кремния, используется в компонентах насоса и клапана из -за их коррозионных характеристик. Он также используется в ядерных реакторах в качестве материалов для оболочки топлива из -за их способности выдерживать радиацию и тепловое напряжение . Другие применения кремниевой карбидной керамики включают производство бумаги, баллистику , химическое производство и компоненты трубной системы.

Смотрите также

• Керамическая химия -наука и технология создания объектов из неорганических, неметаллических материалов страниц, демонстрирующие короткие описания целей перенаправления
• Керамическая инженерия -наука и технология создания объектов из неорганических, неметаллических материалов
• Керамическая наночастица
• Керамический матричный состав - композитный материал, состоящий из керамических волокон в керамической матрице
• Керамическое искусство - декоративные предметы, изготовленные из глины и другого сырья в процессе керамики
• Перелом керамики - результат термической обработки на керамике

Дальнейшее чтение

• Гай, Джон (1986). Парень, Джон (ред.). Восточная торговая керамика в Юго-Восточной Азии, с девятого до шестнадцатого веков: с каталогом китайских, вьетнамских и тайских изделий в австралийских коллекциях (иллюстрированные, пересмотренные изд.). Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-582593-0 .

Внешние ссылки

• Ридель, Ральф; Чен, I-Wei, eds. (2013). Керамика Наука и техника . doi : 10.1002/9783527631940 . ISBN  978-3-527-31149-1 .