مواد سرامیکی دریافت می کنند. مواد سرامیکی و کامپوزیت

سرامیک به عنوان یک جامد پلی کریستالی به طور کلی از سه فاز اصلی تشکیل شده است:

• کریستالی، متشکل از دانه ها،
• زجاجیه (بی شکل) - به شکل لایه های میانی واقع بین دانه ها،
• گاز - به شکل منافذ بین دانه های احاطه شده توسط لایه های فاز آمورف.

ظروف چینی
فایانس
محصولات سنگی ظریف
ماژولیکا
سفالین
سفالگری
سرامیک شاموت

تفاوت اصلی بین مواد سرامیکی در ترکیب و نسبت متفاوت بین سه فاز است که خواص محصولات سرامیکی را تعیین می کند. ساختار، یعنی ساختار بدنه سرامیکی به ترکیب مواد اولیه و تکنولوژی این ماده بستگی دارد. با توجه به پراکندگی (اندازه) عناصر سازه مواد سرامیکیسرامیک ریز و سرامیک درشت هستند. اگر سرامیک از دانه های ریز تشکیل شده باشد، شکستگی آن یکنواخت است و ذرات به سختی قابل تشخیص هستند، پس چنین موادی متعلق به سرامیک های ظریف (عمدتاً چینی، فیانس، مایولیکا و غیره) است. اگر دانه های درشت در ساختار سرامیک مشاهده شود، ساختار خود ناهمگن است، در این صورت یک محصول درشت سرامیکی داریم (محصولات شاموت، سفال، سفال). سفالگریو سفالین، ساخته شده از خاک رس با کیفیت بالا بدون مخلوط ذرات بزرگ، همچنین می تواند به عنوان محصولات سرامیکی خوب طبقه بندی شود، که نشان دهنده شرطی بودن چنین تقسیم بندی است.

انواع اصلی مواد سرامیکی: چینی، فیانس، محصولات ریز سنگ، مایولیکا، سفالینه، سفال، سرامیک نسوز.

پرسلن - نوعی سرامیک رنگ سفیدبا شکستگی متراکم conchoidal، بالاترین دستاورد تکنولوژی سرامیک. برای ساخت پرسلن از خاک رس سفید نسوز و کائولن، کوارتز و فلدسپات استفاده می شود (نسبت مواد پلاستیکی و بدون چربی 1: 1 است). بین چینی نرم و سخت تمایز قائل شوید. مشخصه هاپرسلن عبارتند از: سفیدی، شفافیت، استحکام مکانیکی، سختی، مقاومت حرارتی و شیمیایی. دامنه: از ساخت ظروف و محصولات فنی تا خلق آثار هنری منحصر به فرد.

فایانس (برگرفته از نام شهر ایتالیایی Faenza) نوعی سرامیک سفید با شکستگی ریز متخلخل است. برای ساخت فایانس از خاک رس سفید نسوز، کوارتز و مواد افزودنی مختلف استفاده می شود. برخلاف چینی، دارای یک خرده متخلخل مات است؛ دمای پخت ضایعات از دمای ریخته شده بیشتر است. بین فینس نرم و سخت تمایز قائل شوید. حوزه: تولید ظروف، محصولات فنی، محصولات تزئینی، سرامیک ساختمان.

محصولات ریز سنگ - نوعی سرامیک، که با یک خرده متخلخل سفید یا رنگی، با شکستگی یکنواخت conchoidal مشخص می شود. خاک رس نسوز و نسوز برای ساخت محصولات ریز سنگ استفاده می شود. ترکیب شیمیاییکه در محدوده نسبتاً وسیعی در نوسان است.محصولات ریز سنگ تف جوشی در دمای پایین و دمای بالا متمایز می شوند. محصولات سنگ نازک بسته به مواد اولیه مورد استفاده، درجه تف جوشی و رنگ خرده و ویژگی های فناوری نام های مختلفی دارند: نیمه چینی، چینی با دمای پایین، "کالاهای سنگی" و غیره. -محصولات سنگی با جذب آب کم (0.5 ... 5.0٪) مشخص می شوند. حوزه فعالیت آنها: تولید ظروف، سرامیک های تزئینی و داخلی.

ماژولیکا (برگرفته از نام جزیره مایورکا) نوعی سرامیک با خرده‌ای متخلخل و رنگی طبیعی از رنگ کرم روشن تا قرمز (آجری) است که با لعاب شفاف یا کر (مادر) پوشیده شده است. برای ساخت مایولیکا از خاک رس های همجوشی استفاده می شود شکل خالصیا با معرفی مواد افزودنی ناب و شار. اغلب، محصولات مایولیکا با لایه‌ای از خاک رس سفید پوشیده می‌شوند، یک انگوبی که پنهان می‌شود رنگ طبیعیتکه شکسته. دمای پایین پخت لعاب مایولیکا (960-1050 درجه سانتیگراد) امکان استفاده از پالت گسترده ای از لعاب ها و لعاب های رنگی را برای تزئین فراهم می کند. حوزه: تولید ظروف، کاشی روکش، سرامیک های تزئینی.

تراکوتا (terra (ایتالیایی) - خاک، cotta - سوخته) - نوعی سرامیک، محصولات سرامیکی بدون لعاب با یک خرده متخلخل. برای ساخت سفال از خاک رس کم انقباض با کیفیت بالا استفاده می شود که رنگ یکنواخت و نقطه ذوب نسبتاً بالایی دارد. گاهی اوقات سفالین با انگوب پوشیده می شود. دامنه: ساخت مجسمه، کاشی، کاشی و غیره.

سفال - محصولات سرامیکی با رنگ طبیعی خاک رس پخته، تخلخل نسبتاً زیاد، دانه ریز، معمولاً بدون لعاب. برای ساخت این نوع سرامیک از خاک رس سفالی کم ذوب محلی بدون استفاده از اجزای دیگر به استثنای ماسه کوارتز اضافه شده استفاده می شود. گاهی اوقات محصولات با لایه ای از انگوب یا لعاب پوشانده می شوند. حوزه: تولید ظروف، جواهرات، سوغات.

سرامیک نسوز نوعی از محصولات سرامیکی درشت است که دارای یک خرده متخلخل، دانه درشت و اغلب به رنگ روشن است. شاموت از خاک رس آسیاب شده است. برای چسباندن دانه های خاک نسوز در محصولات نسوز از خاک رس استفاده می شود و آنها را تا زمانی که توده پلاستیکی تشکیل شود ورز می دهند. از توده های شاموت برای ساخت مجسمه های کوچک، گلدان های کف، آجر و برخی دیگر از انواع سرامیک های معماری استفاده می شود.

همه موارد بالا مواد سرامیکی، مهم نیست که آنها چقدر در ترکیب مواد اولیه و در نتیجه در ترکیب شیمیایی و خواص نهایی محصولات متفاوت هستند، آنها توسط فناوری متحد می شوند که توالی عملیات را تعیین می کند.

اصولی سیستم فناوریبه دست آوردن سرامیک

1. تهیه مواد اولیه (خاک رس، خاک نسوز، ماسه و ...)
2. آماده سازی مواد قالب گیری
3. قالب گیری
4. خشك كردن
5. سوزش

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

معرفی

نتیجه

معرفی

سرامیک پس از فلزات و پلیمرها سومین ماده پرکاربرد در صنعت است. این رقابتی ترین کلاس مواد در مقایسه با فلزات برای استفاده در آن است دمای بالا. چشم انداز بزرگ استفاده از موتورهای حمل و نقل را با قطعات ساخته شده از سرامیک، مواد سرامیکی برای برش و سرامیک های نوری برای انتقال اطلاعات باز می کند. این امر باعث کاهش مصرف فلزات گران قیمت و کمیاب می شود: تیتانیوم و تانتالیم در خازن ها، تنگستن و کبالت در ابزارهای برش، کبالت، کروم و نیکل در موتورهای حرارتی.

توسعه دهندگان و تولید کنندگان اصلی مواد سرامیکی ایالات متحده آمریکا و ژاپن هستند.

مواد سرامیکی که در مهندسی به عنوان سرامیک فنی یا سرامیک با کیفیت بالا استفاده می شوند باید بالاترین شرایط را برای خواص مواد برآورده کنند. این خواص عبارتند از:

قدرت خمشی نهایی؛

سازگاری بیولوژیکی؛

مقاومت در برابر حمله شیمیایی؛

چگالی و سختی (مدول یانگ)؛

مقاومت فشاری؛

خواص عایق الکتریکی؛

قدرت دی الکتریک؛

سختی؛

مقاومت در برابر خوردگی؛

مناسب بودن برای اهداف غذایی؛

خواص پیزوالکتریک و خصوصیات دینامیکی؛

مقاومت در برابر حرارت؛

مقاوم در برابر شوک حرارتی و نوسانات دما؛

متالیزاسیون (فناوری پیوند)؛

مقاومت در برابر سایش؛

ضریب انبساط حرارتی؛

عایق حرارتی؛

رسانایی گرمایی؛

این ویژگی های متنوع به سرامیک های فنی اجازه می دهد تا در کاربردهای مختلف در صنعت خودروسازی، صنعت الکترونیک، فناوری پزشکی، انرژی و محیط زیست صنعتی و همچنین در مهندسی مکانیک و ساخت تجهیزات مورد استفاده قرار گیرند.

1. تکنولوژی سرامیک و طبقه بندی سرامیک

فناوری سرامیک مراحل اصلی زیر را فراهم می کند: به دست آوردن پودرهای اولیه، یکپارچه سازی پودر، به عنوان مثال، تولید مواد فشرده، پردازش آنها و کنترل محصول.

در تولید سرامیک های مرغوب با یکنواختی ساختاری بالا از پودرهای مواد اولیه با اندازه ذرات تا 1 میکرومتر استفاده می شود. سنگ زنی به صورت مکانیکی با استفاده از رسانه های آسیاب و همچنین با پاشش مواد زمین در حالت مایع، رسوب بر روی سطوح سرد از فاز بخار-گاز، اثر ارتعاشی حفره روی ذرات در مایع، با استفاده از خود انتشار در دمای بالا انجام می شود. سنتز و روش های دیگر برای آسیاب بسیار ریز (ذرات کمتر از 1 میکرون)، آسیاب های ارتعاشی یا ساینده ها، امیدوارکننده ترین هستند.

ادغام مواد سرامیکی شامل فرآیندهای قالب گیری و تف جوشی است. گروه های اصلی روش های قالب گیری زیر وجود دارد:

1) پرس تحت عمل فشار فشاری، که در آن فشرده شدن پودر به دلیل کاهش تخلخل رخ می دهد.

2) قالب گیری پلاستیک با اکستروژن میله ها و لوله ها از طریق دهانه (اکستروژن) توده های قالب با پلاستیسایزرهایی که سیالیت آنها را افزایش می دهد.

3) ریخته گری لغزشی برای ساخت محصولات جدار نازک از هر شکل پیچیده که در آن از سوسپانسیون مایع پودرها برای قالب گیری استفاده می شود.

در گذار از پرس به قالب گیری پلاستیک و ریخته گری لغزشی، امکان تولید محصولات با شکل پیچیده افزایش می یابد، اما فرآیند خشک کردن محصولات و حذف نرم کننده ها از مواد سرامیکی پیچیده تر می شود. بنابراین، برای ساخت محصولات با فرم نسبتا ساده، اولویت به پرس، و پیچیده تر - ریخته گری اکستروژن و لغزش داده می شود.

در حین پخت، ذرات منفرد پودرها تبدیل به یکپارچه شده و خواص نهایی سرامیک ها تشکیل می شود. فرآیند تف جوشی با کاهش تخلخل و انقباض همراه است.

جدول 1 طبقه بندی انواع اصلی سرامیک ها را نشان می دهد.

کوره های تف جوشی با فشار اتمسفر، دستگاه های پرس ایزواستاتیک گرم (پرس گازواستاتیک)، پرس های پرس گرم با نیروی پرس تا 1500 کیلو نیوتن استفاده می شود. دمای پخت، بسته به ترکیب، می تواند تا 2000 - 2200 درجه سانتیگراد باشد.

اغلب از روش های ترکیبی برای تثبیت استفاده می شود، ترکیب قالب گیری با تف جوشی، و در برخی موارد، سنتز ترکیب حاصل با قالب گیری و تف جوشی همزمان.

فرآوری و کنترل سرامیک اجزای اصلی در تعادل قیمت تمام شده محصولات سرامیکی است. بر اساس برخی گزارش ها، هزینه مواد اولیه و تجمیع تنها 11 درصد (برای فلزات 43 درصد) است، در حالی که فرآوری 38 درصد (برای فلزات 43 درصد) و کنترل 51 درصد (برای فلزات 14 درصد) است. روش های اصلی فرآوری سرامیک شامل عملیات حرارتی و عملیات سطحی ابعادی می باشد. عملیات حرارتی سرامیک ها به منظور تبلور فاز شیشه ای بین دانه ای انجام می شود. در همان زمان، سختی و چقرمگی شکست مواد 20-30٪ افزایش می یابد.

ماشینکاری بیشتر مواد سرامیکی دشوار است. بنابراین، شرط اصلی برای فناوری سرامیک، به دست آوردن محصولات عملاً نهایی در طول یکپارچه سازی است. برای تکمیل سطوح محصولات سرامیکی از فرآوری ساینده با چرخ های الماسی، پردازش الکتروشیمیایی، اولتراسونیک و لیزر استفاده می شود. استفاده از پوشش های محافظ موثر است و به شما امکان می دهد کوچکترین نقص های سطحی - برآمدگی ها، خطرات و غیره را التیام بخشد.

برای کنترل قطعات سرامیکی، بیشتر از تشخیص عیب اشعه ایکس و اولتراسونیک استفاده می شود.

استحکام پیوندهای بین اتمی شیمیایی که به دلیل آن مواد سرامیکی دارای سختی، مقاومت شیمیایی و حرارتی بالایی هستند، به طور همزمان ظرفیت تغییر شکل پلاستیک کم و تمایل به شکست شکننده را تعیین می کند. اکثر مواد سرامیکی چقرمگی و شکل پذیری کم و بر این اساس چقرمگی شکست پایینی دارند. چقرمگی شکست سرامیک های کریستالی حدود 1-2 MPa/m 1/2 است، در حالی که برای فلزات بیش از 40 MPa/m 1/2 است.

دو روش ممکن برای افزایش چقرمگی شکست مواد سرامیکی وجود دارد. یکی از آنها سنتی است که با بهبود روش های آسیاب و خالص سازی پودرها، فشرده سازی و تف جوشی آنها مرتبط است. روش دوم مهار رشد ترک تحت بار است. راه های مختلفی برای حل این مشکل وجود دارد. یکی از آنها بر این واقعیت استوار است که در برخی از مواد سرامیکی، به عنوان مثال، در دی اکسید زیرکونیوم ZrO 2، ساختار کریستالی تحت فشار بازآرایی می شود. ساختار چهار ضلعی اولیه ZrO2 به یک تک کلینیک تبدیل می شود که 3 تا 5 درصد حجم بیشتری دارد. در حال انبساط، دانه های ZrO 2 ترک را فشرده می کنند و توانایی خود را برای انتشار از دست می دهند (شکل 1، a). در این حالت، مقاومت در برابر شکست شکننده به 15 مگاپاسکال بر متر 1/2 افزایش می یابد.

شکل 1 - طرح سخت شدن سرامیک های سازه ای با اجزای ZrO 2 (a)، الیاف (b) و ترک های کوچک (c): 1 - ZrO 2 چهارضلعی; 2 - مونوکلینیک ZrO 2

تکنولوژی ویسکوزیته فنی سرامیک

روش دوم (شکل 1، ب) شامل ایجاد یک ماده کامپوزیت با وارد کردن الیاف از یک ماده سرامیکی قوی تر، مانند کاربید سیلیکون SiC، به سرامیک است. یک ترک در حال توسعه در راه خود با یک فیبر مواجه می شود و بیشتر منتشر نمی شود. مقاومت در برابر شکست شیشه-سرامیک با الیاف SiC به 18 تا 20 مگاپاسکال در متر مربع افزایش می یابد و به طور قابل ملاحظه ای به مقادیر مربوطه برای فلزات نزدیک می شود.

راه سوم این است که با کمک فن آوری های خاص، کل مواد سرامیکی توسط ریزترک ها نفوذ می کنند (شکل 1، ج). هنگامی که ترک اصلی با ریزترک برخورد می کند، زاویه در نوک ترک افزایش می یابد، ترک صاف می شود و بیشتر منتشر نمی شود.

یک روش فیزیکوشیمیایی برای افزایش قابلیت اطمینان سرامیک‌ها مورد توجه خاص است. این برای یکی از امیدوارکننده ترین مواد سرامیکی مبتنی بر نیترید سیلیکون Si 3 N 4 اجرا شده است. این روش بر اساس تشکیل یک ترکیب استوکیومتری مشخص از محلول های جامد اکسیدهای فلزی در نیترید سیلیکون به نام سیالون است. نمونه‌ای از سرامیک‌های با استحکام بالا که در این سیستم تشکیل شده‌اند، سیالون‌هایی با ترکیب Si 3-x Al x N 4-x Ox هستند که x تعداد اتم‌های سیلیسیم و نیتروژن جایگزین شده در نیترید سیلیکون است که از 0 تا 2.1 متغیر است. یکی از ویژگی های مهم سرامیک سیالون مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا است که بسیار بیشتر از نیترید سیلیکون است.

2. خواص و کاربردهای مواد سرامیکی

معایب اساسی سرامیک ها شکنندگی و پیچیدگی پردازش آنهاست. مواد سرامیکی تحت شوک مکانیکی یا حرارتی و همچنین در شرایط بارگذاری چرخه ای عملکرد ضعیفی دارند. آنها با حساسیت بالا به برش مشخص می شوند. در عین حال، مواد سرامیکی دارای مقاومت حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی و هدایت حرارتی کم هستند که به آنها اجازه می دهد تا با موفقیت به عنوان عناصر محافظ حرارتی استفاده شوند.

در دماهای بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد، سرامیک ها از هر آلیاژی از جمله سوپرآلیاژها قوی تر هستند و مقاومت در برابر خزش و حرارت آن بیشتر است.

زمینه های اصلی استفاده از مواد سرامیکی عبارتند از:

1) ابزار برش سرامیکی - با سختی بالا، از جمله هنگام گرم شدن، مقاومت در برابر سایش، بی اثری شیمیایی برای اکثر فلزات در طول فرآیند برش مشخص می شود. با توجه به مجموعه ای از این خواص، سرامیک به طور قابل توجهی از مواد برش سنتی - فولادهای پرسرعت و آلیاژهای سخت (جدول 2) پیشی می گیرد.

خواص بالای برش سرامیک باعث شد تا سرعت ماشینکاری فولاد و چدن به میزان قابل توجهی افزایش یابد (جدول 3).

برای ساخت ابزارهای برش، سرامیک های مبتنی بر اکسید آلومینیوم با افزودنی های دی اکسید زیرکونیوم، کاربیدهای تیتانیوم و نیتریدها، و همچنین بر اساس ترکیبات بدون اکسیژن - نیترید بور مکعبی (-BN)، که معمولاً نیترید بور مکعبی نامیده می شود، و نیترید سیلیکون Si 3 N به طور گسترده ای استفاده می شود. عناصر برش بر اساس نیترید بور مکعبی، بسته به تکنولوژی تولید، تحت نام تولید می شود البور، برازونکامپوزیت 09 و غیره دارای سختی نزدیک به سختی ابزار الماس بوده و در برابر حرارت در هوا تا دمای 1300 - 1400 درجه سانتی گراد مقاوم می مانند. بر خلاف ابزارهای الماسی، نیترید بور مکعبی از نظر شیمیایی نسبت به آلیاژهای مبتنی بر آهن بی اثر است. می توان از آن برای تراشکاری خشن و نهایی فولادهای سخت شده و چدن های تقریباً هر سختی استفاده کرد.

ترکیب و خواص گریدهای اصلی سرامیک های برش در جدول 4 نشان داده شده است.

درج های برش سرامیکی برای تجهیز فرزهای مختلف، ابزارهای تراشکاری، سرهای خسته کننده، ابزارهای ویژه استفاده می شود.

2) موتورهای سرامیکی - از قانون دوم ترمودینامیک چنین استنباط می شود که برای افزایش راندمان هر فرآیند ترمودینامیکی، لازم است دما در ورودی به مبدل انرژی افزایش یابد: راندمان = 1 - T 2 / T 1، که در آن T 1 و T 2 به ترتیب دستگاه تبدیل انرژی دماهای ورودی و خروجی هستند. هر چه دمای T 1 بالاتر باشد، راندمان بیشتر است. با این حال، حداکثر دماهای مجازبا مقاومت حرارتی مواد تعیین می شود. سرامیک های ساختاری امکان استفاده از دماهای بالاتر در مقایسه با فلز را فراهم می کنند و بنابراین، ماده امیدوارکننده ای برای موتورهای احتراق داخلی و موتورهای توربین گازی. مزیت سرامیک ها علاوه بر راندمان بالاتر موتورها به دلیل افزایش دمای کار، چگالی کم و هدایت حرارتی، افزایش مقاومت حرارتی و سایش است. علاوه بر این، در هنگام استفاده از آن، هزینه سیستم خنک کننده کاهش یا حذف می شود.

در عین حال، باید توجه داشت که تعدادی از مشکلات حل نشده در فناوری ساخت موتورهای سرامیکی باقی مانده است. اینها در درجه اول شامل مشکلات اطمینان از قابلیت اطمینان، مقاومت در برابر شوک های حرارتی و توسعه روش هایی برای اتصال قطعات سرامیکی با قطعات فلزی و پلاستیکی است. موثرترین استفاده از سرامیک برای ساخت موتورهای پیستونی آدیاباتیک دیزلی با عایق سرامیکی و موتورهای توربین گازی با دمای بالا.

مواد ساختاری موتورهای آدیاباتیک باید در محدوده دمای عملیاتی 1300 - 1500 کلوین پایدار باشند، دارای مقاومت خمشی حداقل 800 مگاپاسکال و ضریب شدت تنش حداقل 8 مگاپاسکال * متر 1/2 باشند. سرامیک های مبتنی بر دی اکسید زیرکونیوم ZrO 2 و نیترید سیلیکون این الزامات را تا حد زیادی برآورده می کنند. گسترده ترین کار روی موتورهای سرامیکی در ژاپن و ایالات متحده آمریکا انجام می شود. شرکت ژاپنی ایسوزو موتورز با مسئولیت محدود در ساخت مکانیزم پیش محفظه و سوپاپ موتور آدیاباتیک، نیسان موتورز با مسئولیت محدود - پروانه های توربوشارژر، مزدا موتورز با مسئولیت محدود - پیش محفظه و پین فشار دهنده تسلط دارد.

شرکت Cammin Engine (ایالات متحده آمریکا) مسلط شده است گزینه جایگزینموتور کامیون با پوشش‌های پلاسمایی ZrO 2 که روی تاج پیستون، سوراخ سیلندر، درگاه‌های ورودی و اگزوز اعمال می‌شود. مصرف سوخت در هر 100 کیلومتر مسیر بیش از 30 درصد بود.

ایسوزو (ژاپن) از توسعه موفقیت آمیز موتور سرامیکی که با بنزین و سوخت دیزلی. سرعت موتور تا 150 کیلومتر در ساعت افزایش می یابد، راندمان احتراق سوخت 30 تا 50 درصد بیشتر از موتورهای معمولی است و وزن آن 30 درصد کمتر است.

سرامیک های ساختاری برای موتورهای توربین گاز، بر خلاف موتورهای آدیاباتیک، به هدایت حرارتی کم نیاز ندارند. با توجه به اینکه قطعات سرامیکی موتورهای توربین گازی در دماهای بالاتر کار می کنند، آنها باید استحکام را در سطح 600 مگاپاسکال در دمای 1470-1670 کلوین (در آینده تا 1770-1920 کلوین) با تغییر شکل پلاستیکی بیش از حد حفظ کنند. 1% برای 500 ساعت کار. نیتریدها و کاربیدهای سیلیکون با مقاومت در برابر حرارت بالا به عنوان ماده ای برای قطعات مهم موتورهای توربین گاز مانند محفظه احتراق، قطعات سوپاپ، روتور توربوشارژر، استاتور استفاده می شود.

بالا بردن ویژگی های عملکردموتور هواپیما بدون استفاده از مواد سرامیکی غیر ممکن است.

3) سرامیک هدف خاص- سرامیک برای مصارف خاص شامل سرامیک های ابررسانا، سرامیک برای ساخت ظروف با زباله های رادیواکتیو، حفاظت زرهی تجهیزات نظامیو حفاظت حرارتی کلاهک های موشکی و سفینه های فضایی.

4) ظروف برای نگهداری زباله های رادیواکتیو - یکی از عوامل محدود کننده در توسعه انرژی هسته ای، پیچیدگی دفع زباله های رادیواکتیو است. برای ساخت ظروف از سرامیک های مبتنی بر اکسید B 2 O 3 و کاربید بور B4C مخلوط با اکسید سرب PbO یا ترکیباتی از نوع 2PbO * PbSO 4 استفاده می شود. پس از پخت، چنین مخلوط هایی سرامیک های متراکم با تخلخل کم را تشکیل می دهند. با توجه به ذرات هسته‌ای - نوترون‌ها و کوانتوم‌ها - با ظرفیت جذب قوی مشخص می‌شود.

5) سرامیک های زرهی با ضربه بالا - مواد سرامیکی از نظر ماهیت شکننده هستند. اما در نرخ بارگذاری بالا، به عنوان مثال، در مورد یک ضربه انفجاری، زمانی که این میزان از سرعت حرکت نابجایی در فلز بیشتر شود، خواص پلاستیکی فلزات هیچ نقشی ندارد و فلز به اندازه ای خواهد بود. شکننده مانند سرامیک در این مورد خاص، سرامیک به طور قابل ملاحظه ای قوی تر از فلز است.

خواص مهم مواد سرامیکی که منجر به استفاده از آنها به عنوان زره شد، سختی بالا، مدول الاستیک، دمای ذوب (تجزیه) با چگالی 2 تا 3 برابر کمتر است. حفظ استحکام هنگام گرم شدن، امکان استفاده از سرامیک را برای محافظت در برابر پرتابه‌های سوراخ‌کننده زره می‌دهد.

به عنوان معیار مناسب بودن یک ماده برای حفاظت زرهی M می توان از نسبت زیر استفاده کرد:

که در آن E مدول الاستیسیته، GPa است. H به - سختی Knoop، GPa; - استحکام کششی، MPa؛ T pl - نقطه ذوب، K. - چگالی، g/cm 3.

جدول 5 خواص اصلی مواد سرامیک زره پرکاربرد را در مقایسه با خواص فولاد زره نشان می دهد.

مواد مبتنی بر کاربید بور دارای بالاترین خواص حفاظتی هستند. آنها کاربرد انبوهبه دلیل هزینه بالای روش پرس محدود می شود. بنابراین، از کاشی های کاربید بور در مواقعی استفاده می شود که لازم باشد جرم حفاظت زرهی به میزان قابل توجهی کاهش یابد، به عنوان مثال، برای محافظت از صندلی ها و سیستم های کنترل خودکار هلیکوپترها، خدمه و نیروها. سرامیک های دیبورید تیتانیوم که دارای بالاترین سختی و مدول الاستیسیته هستند، برای محافظت در برابر پوسته های تانک های سوراخ کننده و زره پوش سنگین استفاده می شوند.

برای تولید انبوه سرامیک، اکسید آلومینیوم نسبتا ارزان امیدوارکننده ترین است. سرامیک های مبتنی بر آن برای محافظت از نیروی انسانی، تجهیزات نظامی زمینی و دریایی استفاده می شود.

به گفته Morgan M. Ltd (ایالات متحده آمریکا)، یک صفحه کاربید بور با ضخامت 6.5 میلی متر یا صفحه اکسید آلومینیوم 8 میلی متر ضخامت یک گلوله 7.62 میلی متری را که با سرعت بیش از 800 متر بر ثانیه پرواز می کند، هنگام شلیک از فاصله نزدیک متوقف می کند. برای رسیدن به همان اثر، زره فولادی باید ضخامت 10 میلی متر داشته باشد، در حالی که جرم آن 4 برابر بیشتر از سرامیک خواهد بود. موثرترین استفاده از زره کامپوزیت، متشکل از چندین لایه ناهمگن. لایه سرامیکی خارجی ضربه اصلی و بار حرارتی را درک می کند، به ذرات کوچک خرد می شود و انرژی جنبشی پرتابه را از بین می برد. انرژی جنبشی باقیمانده پرتابه توسط تغییر شکل الاستیک زیرلایه جذب می شود که می تواند پارچه فولادی، دورالومین یا کولار در چندین لایه باشد. پوشاندن سرامیک ها با مواد خنثی قابل ذوب، که نقش نوعی روان کننده را ایفا می کند و تا حدودی جهت پرتابه را تغییر می دهد که یک کمانه ایجاد می کند، مؤثر است.

طراحی زره ​​سرامیکی در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2 - طراحی پانل زره سرامیکی: الف، ب - عناصر تشکیل دهنده پانل زره برای محافظت در برابر گلوله های زره ​​پوش. کالیبر متفاوت; ج - قطعه ای از پانل زره پوش مونتاژ شده از عناصر a و b. 1 - گلوله زره پوش کالیبر 12.7 میلی متر؛ 2 - کالیبر گلوله 7.62 میلی متر; 3 - پوشش محافظ تا حدی برداشته شده است

پانل زره پوش از صفحات سرامیکی متصل به سری جداگانه با ابعاد 50 * 50 یا 100 * 100 میلی متر تشکیل شده است. برای محافظت در برابر گلوله های زره ​​پوش با کالیبر 12.6 میلی متر از صفحات Al 2 O 3 با ضخامت 15 میلی متر و 35 لایه کولار و در برابر گلوله های با کالیبر 7.62 میلی متر - صفحات Al 2 O 3 استفاده می شود. با ضخامت 6 میلی متر و 12 لایه کولار.

در طول جنگ خلیج فارس، استفاده گسترده از زره سرامیکی ساخته شده از Al 2 O 3 , SiC و B 4 C توسط ارتش ایالات متحده کارایی بالای آن را نشان داد. برای محافظت از زره، استفاده از مواد مبتنی بر AlN، TiB 2 و رزین های پلی آمید تقویت شده با الیاف سرامیکی نیز امیدوار کننده است.

6) سرامیک در مهندسی موشک و فضا - هنگام پرواز در لایه های متراکم جو، قسمت های سر موشک ها، فضاپیماها، وسایل نقلیه قابل استفاده مجدد که تا دمای بالا گرم می شوند، نیاز به حفاظت حرارتی قابل اعتماد دارند.

مواد برای حفاظت حرارتی باید مقاومت و استحکام حرارتی بالایی داشته باشند، همراه با حداقل مقادیر ضریب انبساط حرارتی، هدایت حرارتی و چگالی.

مرکز تحقیقات ناسا (مرکز تحقیقات ایمز ناسا) ترکیباتی از صفحات سرامیکی فیبری محافظ حرارتی را که برای فضاپیماهای قابل استفاده مجدد در نظر گرفته شده است، توسعه داده است. خواص صفحات تعدادی از ترکیبات در جدول 6 نشان داده شده است. قطر متوسط ​​الیاف 3 - 11 میکرون است.

برای افزایش استحکام، انعکاس و ویژگی های فرسایشی سطح بیرونی مواد محافظ حرارتی، آنها را با یک لایه مینا به ضخامت حدود 300 میکرومتر پوشانده اند. لعاب حاوی SiC یا 94% SiO 2 و 6% B 2 O 3 به صورت لغزشی روی سطح اعمال می شود و سپس در دمای 1470 کلوین زینتر می شود. موشک های بالستیکو هواپیماهای مافوق صوت آنها تا 500 حرارت ده دقیقه ای را در پلاسمای قوس الکتریکی در دمای 1670 کلوین تحمل می کنند. انواع سیستم حفاظت حرارتی سرامیکی برای سطوح جلویی هواپیما در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 14.3 - سیستم حفاظت حرارتی سرامیکی سطوح جلویی هواپیما برای دماهای 1250 تا 1700 درجه سانتی گراد: 1 - سرامیک های مبتنی بر SiC یا Si 3 N 4. 2 - عایق حرارتی; 3 - سرامیک زینتر شده

لایه عایق حرارتی فیبری بسیار متخلخل بر اساس FRCI، AETB یا HTR توسط لایه ای از پوشش کاربید سیلیکون محافظت می شود. لایه روکش از لایه عایق حرارتی در برابر تخریب فرسایشی و فرسایشی محافظت می کند و بار حرارتی اصلی را درک می کند.

نتیجه

سرامیک های صنعتی برای چندین دهه در مهندسی مکانیک، متالورژی، صنایع شیمیایی، نجاری و صنعت هوانوردی مورد استفاده قرار گرفته اند. اغلب، شرکت ها، شرکت ها، کارخانه ها به سادگی نمی توانند بدون محصولاتی که می توانند در شرایط کاری شدید کار کنند، کار کنند.

توسعه این صنعت چشم انداز بالایی دارد که مستلزم افزایش کیفیت مواد فرآوری، عمر مفید آنها، بهره وری، مقاومت در برابر سایش و بسیاری عوامل دیگر است.

فهرست منابع استفاده شده

1. لاختین یو.م. "کتاب درسی علوم مواد برای فنی عالی موسسات آموزشی".: 1990. - 514s.

2. Knunyants I.L. "دایره المعارف مختصر شیمی" جلد 2. - M.: Chemistry, 1963. - 539s.

3. Karabasov Yu.S. "مواد جدید" 2002. - 255 ص.

4. Balkevich V.L. "سرامیک فنی": 1984.

میزبانی شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

اطلاعات تاریخیدر مورد ظهور مواد سرامیکی، دامنه آنها. اصلی ویژگی های فیزیکوشیمیاییسرامیک، مواد اولیه کاربردی. طرح کلی مراحل تکنولوژیکیتولید مواد سرامیکی، ویژگی های آن.

مقاله ترم، اضافه شده 03/02/2011


اطلاعات تاریخی در مورد پیدایش سرامیک، دامنه کاربرد آن. فن آوری های مدرنمواد سرامیکی تولید مواد سرامیکی، محصولات در قزاقستان، کشورهای مستقل مشترک المنافع و خارج از کشور. تولید و استفاده از محصولات دیوار و روکش.

مقاله ترم، اضافه شده 06/06/2014


بررسی مفهوم، انواع و خواص مواد و محصولات سرامیکی. مشخصات مواد اولیه و فرآیند تولید محصولات سرامیکی. مطالعه کاربرد در ساخت دیوار، سقف، مصالح روکشی و سنگدانه های بتنی.

چکیده، اضافه شده در 2011/04/26


متالورژی پودر. عناصر اصلی تکنولوژی متالورژی پودر. روشهای ساخت مواد پودری روشهای کنترل خواص پودرها خواص شیمیایی، فیزیکی، فنی. قوانین اساسی پرس.

مقاله ترم، اضافه شده 10/17/2008


سرامیک بر اساس ZrO2: ساختار و ویژگی های مکانیکی. سرامیک بر پایه پودرهای بسیار ریز. فناوری به دست آوردن مواد سرامیکی. روش انتشار صوتی ساختار، ترکیب فازیو خواص مکانیکی سرامیک های ZrO2

پایان نامه، اضافه شده 08/04/2012


انواع سرامیک، مشخصات مواد مورد استفاده برای قالب گیری محصولات سرامیکی. تهیه توده سرامیکی. پرس نیمه خشک و هیدرواستاتیک. گزینه های مختلف قالب گیری ارتعاشی. ویژگی های استفاده از ریخته گری لغزشی.

چکیده، اضافه شده در 1394/12/13


فن آوری انواع مختلفسرامیک کوراندوم تاثیر فشار خارجی و مواد افزودنی بر دمای تف جوشی سرامیک ها. فیزیک مکانیکی و مشخصات فیزیکیسرامیک های مبتنی بر دی اکسید زیرکونیوم ترکیب خاک رس پلیمری Premo Sculpey، پخت آن.

مقاله ترم، اضافه شده در 2015/05/27


تجزیه و تحلیل موجود فرآیندهای تکنولوژیکیپردازش الماس ساینده پوشش های اسپری شده و سرامیک های معدنی فنی. خواص فیزیکی و مکانیکی مواد سرامیکی تاثیر عوامل تکنولوژیکی بر فرآوری سرامیک های پاشیده شده

پایان نامه، اضافه شده در 2011/08/28


مطالعه محصولات تجاری در قالب کاشی سرامیکبرای طبقات و دامنه آن در ساخت و ساز. خواص مصرفی کاشی و سرامیک شرح فن آوری تولید آن. ویژگی های مواد خام نیمه خشک. کنترل کیفیت.

چکیده، اضافه شده در 2011/03/11


مطالعه فن آوری ساخت سرامیک - مواد به دست آمده از مواد رسی با مواد افزودنی معدنی یا آلی یا بدون آنها با قالب گیری و پخت بعدی. مراحل تولید: قالب گیری محصول، تزئین، خشک کردن، پخت.

انواع مواد سرامیکی.مواد سرامیکی از جمله مواد اصلی هستند که تأثیر تعیین کننده ای بر سطح و رقابت پذیری محصولات صنعتی دارند. این تأثیرگذاری در آینده نزدیک ادامه خواهد داشت. با ورود به مهندسی و فناوری در اواخر دهه 1960، مواد سرامیکی انقلابی واقعی در علم مواد ایجاد کردند و در مدت کوتاهی، طبق همه حساب‌ها، سومین مواد صنعتی پس از فلزات و پلیمرها شدند.

مواد سرامیکی اولین کلاس موادی بودند که برای استفاده در دماهای بالا با فلزات رقابت کردند.

توسعه دهندگان و تولید کنندگان اصلی مواد سرامیکی ایالات متحده آمریکا و ژاپن هستند. روی میز. 2.1 طبقه بندی انواع اصلی مواد سرامیکی را نشان می دهد.

مطالعه ای که توسط اداره ملی استاندارد ایالات متحده انجام شد نشان داد که استفاده از مواد سرامیکی امکان صرفه جویی در منابع کشور را به میزان بیش از 3 میلیارد دلار تا سال 2000 ممکن کرد. صرفه جویی مورد انتظار عمدتاً از طریق استفاده از حمل و نقل حاصل شد. موتورهایی با قطعات ساخته شده از مواد سرامیکی، مواد برش سرامیک و اپتوسرامیک برای انتقال اطلاعات. علاوه بر صرفه جویی مستقیم، استفاده از مواد سرامیکی باعث کاهش مصرف فلزات گران قیمت و کمیاب می شود: تیتانیوم و تانتالیم در خازن ها، تنگستن و کبالت در ابزارهای برش، کبالت، کروم و نیکل در موتورهای حرارتی.

تولید مواد سرامیکی.فناوری سرامیک مراحل اصلی زیر را فراهم می کند: به دست آوردن پودرهای اولیه، یکپارچه سازی پودرها، به عنوان مثال. تولید مواد فشرده، فرآوری آنها و کنترل محصولات.

در تولید مواد سرامیکی مرغوب با یکنواختی ساختاری بالا از پودرهای مواد اولیه با اندازه ذرات تا 1 میکرومتر استفاده می شود. فرآیند به دست آوردن چنین درجه پراکندگی بالایی نیاز به انرژی زیادی دارد و یکی از مراحل اصلی فناوری سرامیک است.

مشخصات انواع اصلی مواد سرامیکی

نوع کاربردی از مواد سرامیکی	خواص استفاده شده	کاربرد	اتصالات استفاده شده
الکتروسرامیک	رسانایی الکتریکی، عایق الکتریکی، خواص دی الکتریک و پیزوالکتریک	مدارهای مجتمع، خازن، ویبراتور، جرقه زن، بخاری، ترمیستور، ترانزیستور، فیلتر، پنل خورشیدی، الکترولیت جامد	BeO، MgO، V2O3، ZnO، A1 2 0 3، Zr0 2، SiC، B4C، TiC، CdS، تیتانات ها، Si 3 N 4
مگنستوسرامیک	خواص مغناطیسی	سر ضبط مغناطیسی، رسانه مغناطیسی، آهنربا	فریت های مغناطیسی نرم و سخت
اپتوسرامیک	شفافیت، قطبش، فلورسانس	لامپ ها فشار بالا، پنجره های شفاف مادون قرمز، مواد لیزری، راهنمای نور، عناصر حافظه نوری، صفحه نمایش، تعدیل کننده ها	А1 2 0 3، MgO، Y 2 0 2، Si0 2، Zr0 2، T0 2، Y 2 0 3، Th0 2، ZnS، CdS
شیمی سرامیک	ظرفیت جذب و جذب، فعالیت کاتالیزوری، مقاومت در برابر خوردگی	جاذب ها، کاتالیزورها و حامل های آنها، الکترودها، حسگرهای رطوبت گاز، عناصر راکتورهای شیمیایی	ZnO، Fe 2 0 3، SnO، Si0 2، MgO، BaS، CeS، TiB2، ZrB2، A1203، SiC، تیتانیدها
بیوسرامیک	سازگاری بیولوژیکی، مقاومت در برابر خوردگی زیستی	پروتز دندان، مفاصل	سیستم های اکسیدی

ترموسرامیک	مقاومت حرارتی، مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر آتش، هدایت حرارتی، ضریب انبساط حرارتی (CTE)، ظرفیت حرارتی	مواد نسوز، لوله های حرارتی، پوشش راکتورهای با دمای بالا، الکترودهای متالورژی، مبدل های حرارتی، حفاظت حرارتی	SiC، TiC، В4С، TiB 2، ZrB 2، Si 3 N 4، BeS، CeS، BeO، MgO، Zr0 2، A1 2 0 3، TiO، مواد کامپوزیت
مکانیک سرامیک	سختی، استحکام، مدول الاستیسیته، چقرمگی شکست، مقاومت به سایش، خواص تریبولوژیکی، CTE، مقاومت حرارتی	قطعات برای موتورهای حرارتی؛ قطعات آب بندی، ضد اصطکاک و اصطکاک؛ ابزار برش؛ ابزارهای پرس، راهنماها و سایر قطعات مقاوم در برابر سایش	Si 3 N 4 , Zr0 2 , SiC, TiB 2 , ZnB 2 , TiC, TiN, WC, B 4 C, A1 2 0 3 , BN, مواد کامپوزیت
سرامیک هسته ای	مقاومت در برابر تشعشع، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر حرارت، سطح مقطع جذب نوترون، مقاومت در برابر آتش، رادیواکتیویته	سوخت هسته ای، پوشش راکتور، مواد محافظ، جاذب های تشعشع، جاذب های نوترون	U0 2 , U0 2 , Pu0 2 , UC, US, ThS, SiC, B 4 C, A1 2 0 3 , BeO
ابررسانا سرامیک	سیم برق و پل	خطوط برق، ژنراتورهای مغناطیسی گاز دینامیکی، دستگاه های ذخیره انرژی، مدارهای مجتمع، حمل و نقل ریلیمگلو، وسایل نقلیه الکتریکی	سیستم های اکسید: La-Ba-Cu-O; La-Sr-Cu-O; Y-Ba-Cu-0

سنگ زنیتولید شده به صورت مکانیکی با استفاده از رسانه های آسیاب و تایوکا با پاشش مواد برای آسیاب در حالت مایع، رسوب بر روی سطوح سرد از فاز بخار-گاز، اثر ارتعاشی حفره روی ذرات موجود در مایع، با استفاده از سنتز خود تکثیر شونده در دمای بالا و روش های دیگر

برای آسیاب بسیار ریز (ذرات کمتر از 1 میکرون)، آسیاب های ارتعاشی یا ساینده ها، امیدوارکننده ترین هستند.

یکپارچه سازی مواد سرامیکیشامل فرآیندهای قالب گیری و تف جوشی است. سه گروه اصلی از روش های قالب گیری وجود دارد:

• فشار دادن تحت اثر فشار فشاری، که در آن فشرده شدن پودر به دلیل کاهش تخلخل رخ می دهد.
• قالب گیری پلاستیک با اکستروژن میله ها و لوله ها از طریق دهانه (اکستروژن) توده های قالب گیری با نرم کننده هایی که سیالیت آنها را افزایش می دهد.
• ریخته گری لغزشی برای تولید محصولات جدار نازک از هر شکل پیچیده که در آن از سوسپانسیون مایع پودرها برای قالب گیری استفاده می شود.

در گذار از پرس به قالب گیری پلاستیک و ریخته گری لغزشی، امکان تولید محصولات با شکل پیچیده افزایش می یابد، اما فرآیند خشک کردن محصولات و حذف نرم کننده ها از مواد سرامیکی پیچیده تر می شود. بنابراین، برای ساخت محصولات با فرم نسبتا ساده، اولویت به پرس، و پیچیده تر - ریخته گری اکستروژن و لغزش داده می شود.

در حین پخت، ذرات منفرد پودرها تبدیل به یکپارچه شده و خواص نهایی سرامیک ها تشکیل می شود. فرآیند تف جوشی با کاهش تخلخل و انقباض همراه است.

در ساخت مواد سرامیکی از کوره های پخت در فشار اتمسفر، دستگاه های پرس ایزواستاتیک داغ (گازوستات)، پرس های داغ با نیروی پرس تا 1500 کیلو نیوتن استفاده می شود. دمای پخت، بسته به ترکیب، می تواند 2000 ... 2200 درجه سانتیگراد باشد.

روش های ترکیبی تثبیت اغلب استفاده می شود، ترکیب قالب گیری با تف جوشی، و در برخی موارد، سنتز ترکیب حاصل با قالب گیری و تف جوشی همزمان.

فرآوری مواد سرامیکی و کنترل کیفیت آن از اجزای اصلی در تعادل قیمت تمام شده محصولات سرامیکی است.

بر اساس برخی گزارش ها، هزینه مواد اولیه و تجمیع تنها 11 درصد (برای فلزات 43 درصد) است، در حالی که فرآوری 38 درصد (برای فلزات 43 درصد) و کنترل 51 درصد (برای فلزات 14 درصد) است.

به روش های اصلی پردازش مواد سرامیکیشامل عملیات حرارتی و عملیات سطحی بعدی است.

عملیات حرارتی مواد سرامیکی به منظور تبلور فاز شیشه ای بین دانه ای انجام می شود. در همان زمان، سختی و چقرمگی شکست مواد 20 ... 30٪ افزایش می یابد.

ماشینکاری بیشتر مواد سرامیکی دشوار است. بنابراین، شرط اصلی برای فناوری سرامیک، به دست آوردن محصولات عملاً نهایی در طول یکپارچه سازی است. برای تکمیل سطوح محصولات سرامیکی از فرآوری ساینده با چرخ های الماسی، پردازش الکتروشیمیایی، اولتراسونیک و لیزر استفاده می شود. استفاده از پوشش های محافظ موثر است، که امکان از بین بردن کوچکترین نقص های سطحی - بی نظمی، خطرات و غیره را فراهم می کند.

برای کنترل کیفیت ساخت قطعات سرامیکی، بیشتر از تشخیص عیب اشعه ایکس و اولتراسونیک استفاده می شود.

با توجه به اینکه اکثر مواد سرامیکی دارای ویسکوزیته و پلاستیسیته پایین و بر این اساس مقاومت در برابر ترک پایینی دارند، از روش های مکانیک شکست برای تایید محصولات با تعیین ضریب شدت تنش استفاده می شود. به ک.در همان زمان، نموداری رسم می شود که سینتیک رشد نقص را نشان می دهد.

از نظر کمی، چقرمگی شکست سرامیک های کریستالی و شیشه تقریباً 1...2 MPa/m |/2 است، در حالی که برای فلزات مقادیر /G| C بسیار بالاتر است (بیش از 40 MPa/m |/2). استحکام پیوندهای بین اتمی شیمیایی که به دلیل آن مواد سرامیکی دارای سختی، مقاومت شیمیایی و حرارتی بالایی هستند، به طور همزمان ظرفیت تغییر شکل پلاستیک کم و تمایل به شکست شکننده را تعیین می کند.

دو روش ممکن برای افزایش چقرمگی شکست مواد سرامیکی وجود دارد. یکی از آنها، سنتی، با بهبود روش های آسیاب و خالص سازی پودرها، تراکم و تف جوشی آنها همراه است. روش دوم مهار رشد ترک تحت بار است. راه های مختلفی برای حل این مشکل وجود دارد. یکی از آنها بر این واقعیت استوار است که در برخی از مواد سرامیکی، به عنوان مثال، در دی اکسید زیرکونیوم Zr0 2، ساختار کریستالی تحت فشار بازآرایی می شود. ساختار اصلی چهار ضلعی Zr0 2 به صورت مونوکلینیک در می آید و 3...5 درصد حجم بیشتری دارد.

در حال انبساط، دانه های Zr0 2 ترک را فشرده می کنند و توانایی خود را برای انتشار از دست می دهند (شکل 2.1، آ).در این حالت مقاومت در برابر شکست شکننده تا 15 MPa/m |/2 افزایش می یابد.

راه دوم (شکل 2.1، ب)شامل ایجاد یک ماده کامپوزیت با وارد کردن الیاف به سرامیک از یک ماده بادوام تر است

برنج. 2.1. مقاوم سازی سرامیک های سازه ای با الیاف Zr0 2 (a). (ب)و میکروکرک ها (ج):

/ - چهار ضلعی Zr0 2 ; 2 - یکپارچه Zr0 2

مواد سرامیکی مانند کاربید سیلیکون SiC. یک ترک در حال توسعه در راه خود با یک فیبر مواجه می شود و بیشتر منتشر نمی شود. مقاومت در برابر شکست شیشه سرامیک با الیاف SiC به 20 MPa/m |/2 افزایش می‌یابد که به طور قابل ملاحظه‌ای به مقادیر مربوطه برای فلزات نزدیک می‌شود.

راه سوم این است که با کمک فن آوری های خاص، کل مواد سرامیکی توسط ریزترک ها نفوذ می کنند (شکل 2.1، V).هنگامی که ترک اصلی با ریزترک برخورد می کند، زاویه در نوک ترک افزایش می یابد، ترک صاف می شود و بیشتر منتشر نمی شود.

روش فیزیکوشیمیایی برای افزایش قابلیت اطمینان مواد سرامیکی مورد توجه خاص است. این برای یکی از امیدوارکننده ترین مواد سرامیکی مبتنی بر نیترید سیلیکون Si 3 N 4 اجرا شده است. این روش بر اساس تشکیل یک ترکیب استوکیومتری مشخص از محلول های جامد اکسیدهای فلزی در نیترید سیلیکون است که به نام سیالون هانمونه ای از سرامیک های با استحکام بالا که در این سیستم ساخته شده اند سیالون های ترکیبی Si^^Ai^Ng^O^ هستند که در آن ایکس -تعداد اتم های سیلیکون جایگزین، نیتروژن در نیترید سیلیکون، از 0 تا 4.2 متغیر است. یکی از ویژگی های مهم سرامیک سیالون مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا است که بسیار بیشتر از نیترید سیلیکون است.

خواص و کاربرد مواد سرامیکی. که دردر مهندسی مکانیک مدرن، استفاده از مواد سرامیکی به طور مداوم در حال افزایش است. آنها از نظر ترکیب شیمیایی و خصوصیات فیزیکی و مکانیکی متنوع هستند. مواد سرامیکی می توانند در دماهای بالا کار کنند - 1600 ... 2500 درجه سانتیگراد (فولادهای مقاوم در برابر حرارت 800 ... I 200 درجه سانتیگراد، مولیبدن - 1500 درجه سانتیگراد، تنگستن - 1800 درجه سانتیگراد)، چگالی آنها 2 است. -3 برابر کوچکتر از مواد مقاوم در برابر حرارت، سختی نزدیک به الماس، ویژگی های دی الکتریک عالی، مقاومت شیمیایی بالا. ذخایر مواد اولیه تولید سرامیک روی زمین پایان ناپذیر است. برای ساخت قطعات توربین گاز از مواد سرامیکی استفاده می شود موتورهای دیزلیعناصر سوخت راکتورهای هسته ای، زره های سبک و عناصر حفاظت حرارتی فضاپیماها، شناورهای دیوار نازک و ظروف برای تجهیزات اعماق دریا، صفحات برش و تجهیزات برای تغییر شکل داغ فلزات، پیستون ها و حلقه های آب بندی در پمپ های پمپاژ مواد تهاجمی، عناصر از ژیروسکوپ ها و بردهای کامپیوتری با دقت بالا، بلبرینگ ها، آهنرباهای دائمی و غیره.

استفاده از مواد سرامیکی در موتورهای خودرو باعث می شود که دمای کار در سیلندرها از I 200 به 1600 درجه سانتیگراد افزایش یابد و در عین حال باعث کاهش اتلاف حرارت، کاهش مصرف سوخت و بهبود عملکرد می شود. در ساخت محصولات از مواد سرامیکی نمی توان به سادگی قطعات فلزی را با قطعات سرامیکی جایگزین کرد. باید به شرایط کار و بارهای عمل کننده توجه ویژه ای شود، زیرا تمام قطعات به صورت یکپارچه ساخته شده اند و این می تواند استحکام کل سازه را کاهش دهد. علاوه بر این، تغییر شکل پلاستیکی ندارد و مقاومت ضربه ای پایینی دارد.

الزامات اصلی که باید در هنگام طراحی قطعات سرامیکی در نظر گرفته شوند، فرموله می شوند.

در مناطق بارگذاری شده، قسمت سرامیکی نباید دارای تمرکز کننده تنش باشد. آنها عملاً از اتصالات پیچ و مهره ای در سازه های سرامیکی استفاده نمی کنند، سعی می کنند سوراخ هایی را در آنها سوراخ نکنند، تاقچه ها، شیارها را ایجاد کنند تا از ریزترک جلوگیری شود. لنت های میرایی در نقاط تماس سرامیک و فلز نصب می شوند.

قطعات فلزی و سرامیکی یک محصول باید ضریب انبساط حرارتی یکسانی داشته باشند، در غیر این صورت نصب واشرهای جبرانی را فراهم می کنند و هنگام گرم شدن یا سرمایش فرآیندهای گذرا را در نظر می گیرند.

سرامیک ها دارای ظرفیت گرمایی 2 برابر بیشتر از فلز هستند که باعث تغییر شکل ها و تنش های حرارتی می شود. بسیار مطلوب است که دمای قسمت سرامیکی در کل حجم یکسان باشد. تنش های فشاری به بهترین نحو درک می شوند. در صورت عدم وجود بار، تنش های پسماند پلیمریزاسیون آن نباید در قطعات سرامیکی باقی بماند.

در حال حاضر، از مواد سرامیکی مبتنی بر نیترید سیلیکون استفاده می شود - نیتریدهای سیلیکون با پیوند، متخلخل و فشرده شده گرم با افزودنی های آلیاژی. نیترید سیلیکون پیوند شده با واکنش استحکام نسبتاً پایینی در مقایسه با سایر مواد دارد، اما بخش‌هایی از پروفیل پیچیده ساخته شده از آن انقباض کم‌تری را نشان می‌دهد. نیترید سیلیکون فشرده داغ برای حداکثر استحکام. خواص مواد سرامیکی به طور قابل توجهی به پارامترهای عملیاتی و فناوری ساخت آنها بستگی دارد. ترکیبات سرامیکی ساخته شده‌اند که از نظر ویژگی‌های عملکردی، می‌توانند جایگزین فولادهای مقاوم در برابر حرارت شوند، اما پیشرفت‌ها در زمینه ترکیبات و فناوری‌های تولید آنها ادامه دارد. معایب اساسی مواد سرامیکی شکنندگی و پیچیدگی پردازش آنها است. مواد سرامیکی تحت شوک مکانیکی یا حرارتی و همچنین در شرایط بارگذاری چرخه ای عملکرد ضعیفی دارند. آنها با حساسیت بالا به برش مشخص می شوند. در عین حال، مواد سرامیکی دارای مقاومت حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی و هدایت حرارتی هستند که آنها را برای استفاده به عنوان عناصر محافظ حرارتی مناسب می کند.

در دماهای بالاتر از 1000 درجه سانتی گراد، مواد سرامیکی از هر آلیاژی از جمله سوپرآلیاژها قوی تر هستند و مقاومت در برابر خزش و حرارت آنها بیشتر است. زمینه های اصلی کاربرد مواد سرامیکی شامل ابزارهای برش، قطعات موتورهای احتراق داخلی و موتورهای توربین گاز و غیره است.

ابزار برش سرامیک.مواد سرامیکی برش با سختی بالا، از جمله هنگام گرم شدن، مقاومت در برابر سایش، بی اثری شیمیایی نسبت به اکثر فلزات در طول فرآیند برش مشخص می شوند. با توجه به مجموعه این خواص، مواد سرامیکی به طور قابل توجهی نسبت به مواد برش سنتی - فولادهای پرسرعت و آلیاژهای سخت برتری دارند (جدول 2.2).

خواص بالای برش مواد سرامیکی باعث شد تا سرعت ماشینکاری فولاد و چدن به میزان قابل توجهی افزایش یابد (جدول 2.3).

برای ساخت ابزارهای برش، مواد سرامیکی بر پایه اکسید آلومینیوم با افزودن

جدول وحدود 2.2

مقادیر مقایسه ای خواص مواد ابزار

دی اکسید زیرکونیوم، کاربیدهای تیتانیوم و نیتریدها، و همچنین بر اساس ترکیبات بدون اکسیژن - نیترید بور با شبکه مکعبی (p-BN)، که معمولاً نیترید بور مکعبی نامیده می شود، و نیترید سیلیکون Si 3 N 4. عناصر برش مبتنی بر نیترید بور مکعبی، بسته به تکنولوژی تولید، با نام های elbor، borazon، کامپوزیت 09 و غیره تولید می شوند، سختی نزدیک به ابزار الماس دارند و در برابر حرارت در هوا تا دمای 1400 درجه سانتی گراد مقاوم می مانند. بر خلاف ابزارهای الماسی، نیترید بور مکعبی از نظر شیمیایی نسبت به آلیاژهای مبتنی بر آهن بی اثر است. می توان از آن برای تراشکاری خشن و نهایی فولادهای سخت شده و چدن های تقریباً هر سختی استفاده کرد.

درج های برش سرامیکی برای تجهیز فرزهای مختلف، ابزارهای تراشکاری، سرهای خسته کننده و ابزارهای خاص استفاده می شود.

موتورهای سرامیکی از قانون دوم ترمودینامیک چنین برمی‌آید که برای افزایش راندمان هر فرآیند ترمودینامیکی، افزایش دما در ورودی به مبدل انرژی ضروری است: بازده = 1 - T 2 /T bجایی که تی تیو T 2- دما به ترتیب در ورودی و خروجی مبدل انرژی. هر چه دما بالاتر باشد تی وکارایی بیشتر

حداکثر دمای مجاز توسط مقاومت حرارتی مواد تعیین می شود. مواد سرامیکی ساختاری امکان استفاده از دماهای بالاتر را در مقایسه با فلز می دهند و بنابراین، مواد امیدوارکننده ای برای موتورهای احتراق داخلی و موتورهای توربین گاز هستند. علاوه بر راندمان بالاتر موتورها به دلیل افزایش دمای کارکرد، از مزایای مواد سرامیکی می توان به چگالی کم و هدایت حرارتی، افزایش آن اشاره کرد.

جدول 2.3

مقادیر مقایسه ای سرعت برش هنگام تراشکاری ابزار سرامیکی و ابزار کاربید

مقاومت حرارتی و سایش. علاوه بر این، هنگام استفاده از مواد سرامیکی، هزینه سیستم خنک کننده کاهش یا حذف می شود.

در عین حال، تعدادی از مشکلات حل نشده در فناوری ساخت موتورهای سرامیکی باقی مانده است. اینها در درجه اول شامل مشکلات اطمینان از قابلیت اطمینان، مقاومت در برابر شوک های حرارتی و توسعه روش هایی برای اتصال قطعات سرامیکی با فلز و پلاستیک است.

موثرترین استفاده از مواد سرامیکی برای ساخت موتورهای پیستونی آدیاباتیک دیزلی با عایق سرامیکی و موتورهای توربین گازی با دمای بالا.

مواد ساختاری موتورهای آدیاباتیک باید در محدوده دمای کاری 1300 ... 1500 K پایدار بوده و دارای مقاومت خمشی o "zg حداقل 800 مگاپاسکال و ضریب شدت تنش حداقل 8 MPam |/2 باشد. این الزامات به بهترین وجه توسط مواد سرامیکی مبتنی بر دی اکسید زیرکونیوم Zr0 2 و نیترید سیلیکون برآورده می شود. گسترده ترین کار روی موتورهای سرامیکی در ژاپن و ایالات متحده آمریکا انجام می شود. شرکت ژاپنی lsuzu motors ltd. در ساخت مکانیزم پیش محفظه و سوپاپ موتور آدیاباتیک، نیسان موتورز با مسئولیت محدود، تسلط یافت. - پروانه های توربوشارژر، مزدا موتورز با مسئولیت محدود. - انگشتان پیش محفظه و فشار دهنده.

شرکت Cammin Engine (ایالات متحده آمریکا) بر نسخه جایگزین موتور کامیون با پوشش‌های پلاسمایی Zr0 2 که روی تاج پیستون، سطح داخلی سیلندر، کانال‌های ورودی و خروجی اعمال می‌شود، تسلط پیدا کرده است. مصرف سوخت در هر 100 کیلومتر مسیر بیش از 30 درصد بود.

lsuzu motors ltd. توسعه موفقیت آمیز یک موتور سرامیکی که با بنزین و سوخت دیزل کار می کند، اعلام کرد. خودرویی با چنین موتوری تا 150 کیلومتر در ساعت سرعت دارد، راندمان احتراق سوخت 30 ... 50٪ بیشتر از موتورهای معمولی است و وزن آن 30٪ کمتر است.

مواد سرامیکی ساختاری برای موتورهای توربین گازی، بر خلاف موتورهای آدیاباتیک، به هدایت حرارتی کم نیاز ندارند. با توجه به اینکه قطعات سرامیکی موتورهای توربین گازی در دماهای بالاتر کار می کنند، باید استحکام را در سطح 600 مگاپاسکال در دمای 1670 کلوین (در آینده تا 1920 کلوین) با تغییر شکل پلاستیک حداکثر 1 درصد به مدت 500 ساعت حفظ کنند. عملیات نیتریدها و کاربیدهای سیلیکون با مقاومت در برابر حرارت بالا به عنوان ماده ای برای قطعات مهم موتورهای توربین گاز مانند محفظه احتراق، قطعات سوپاپ، روتور توربوشارژر، استاتور استفاده می شود.

بهبود ویژگی های عملکرد موتور هواپیما بدون استفاده از مواد سرامیکی غیر ممکن است.

مواد سرامیکی برای مصارف خاص.مواد سرامیکی برای مصارف خاص شامل سرامیک های ابررسانا، سرامیک برای ساخت ظروف با زباله های رادیواکتیو، حفاظت زرهی تجهیزات نظامی و حفاظت حرارتی از موشک ها و کلاهک های فضاپیما می باشد.

ظروف برای نگهداری زباله های رادیواکتیو.یکی از عوامل محدود کننده در توسعه انرژی هسته ای، پیچیدگی دفع زباله های رادیواکتیو است. برای ساخت ظروف از مواد سرامیکی بر پایه اکسیدهای B 2 O 3 و کاربیدهای بور B 4 C مخلوط با اکسیدهای سرب PbO یا ترکیبات نوع 2PbO PbS0 4 استفاده می شود. پس از پخت، چنین مخلوط هایی سرامیک های متراکم با تخلخل کم را تشکیل می دهند. با توجه به ذرات هسته ای - نوترون ها و y-quanta - با ظرفیت جذب قوی مشخص می شود.

مواد سرامیکی زرهی مقاوم در برابر ضربه.برای اولین بار از این مواد در هوانوردی ارتش ایالات متحده در طول جنگ ویتنام استفاده شد. از آن زمان، استفاده از ارتش به طور مداوم در حال رشد بوده است. کشورهای مختلفزره ساخته شده از مواد سرامیکی در ترکیب با مواد دیگر برای حفاظت از وسایل نقلیه جنگی زمینی، کشتی ها، هواپیماها و هلیکوپترها. بر اساس برآوردهای مختلف، رشد استفاده از محافظ زره سرامیکی حدود 5 ... 7 درصد در سال است. در عین حال، تولید زره های ترکیبی برای حفاظت فردی نیروهای انتظامی به دلیل رشد جنایات و اقدامات تروریستی افزایش یافته است.

مواد سرامیکی بر اساس ماهیت خود شکننده هستند. اما در نرخ بارگذاری بالا، به عنوان مثال، در مورد یک ضربه انفجاری، زمانی که این میزان از سرعت حرکت نابجایی در فلز بیشتر شود، خواص پلاستیکی فلزات هیچ نقشی ندارد و فلز به اندازه ای خواهد بود. شکننده مانند سرامیک در این مورد خاص، مواد سرامیکی به طور قابل ملاحظه ای قوی تر از فلز هستند.

خواص مهم مواد سرامیکی که منجر به استفاده از آنها به عنوان زره شد، سختی بالا، مدول الاستیک، دمای ذوب (تجزیه) در چگالی 2 تا 3 برابر کمتر از چگالی مواد است. حفظ استحکام هنگام گرم شدن امکان استفاده از مواد سرامیکی را برای پرتابه‌های سوراخ‌کننده زره می‌دهد.

به عنوان یک معیار ممناسب بودن مواد برای حفاظت از زره، نسبت زیر را می توان استفاده کرد:

جایی که E -مدول الاستیسیته، GPa; H به -سختی Knoop، GPa; o - استحکام کششی نهایی، MPa. تی تی -نقطه ذوب، K; p - چگالی، گرم / سانتی متر 3.

روی میز. 2.4 خواص اصلی مواد سرامیکی زره ​​پرکاربرد را در مقایسه با خواص فولاد زره نشان می دهد. مواد مبتنی بر کاربید بور دارای بالاترین خواص حفاظتی هستند. کاربرد انبوه آنها به دلیل هزینه بالای روش پرس مانع می شود. بنابراین، از کاشی های کاربید بور در مواقعی استفاده می شود که لازم باشد جرم حفاظت زرهی به میزان قابل توجهی کاهش یابد، به عنوان مثال، برای محافظت از صندلی ها و سیستم های کنترل خودکار هلیکوپترها، خدمه و نیروها. مواد سرامیکی دیبورید تیتانیوم که دارای بالاترین سختی و مدول الاستیک هستند، برای محافظت در برابر پوسته‌های تانک‌های سوراخ‌کننده و زره‌بر سنگین استفاده می‌شوند.

برای تولید انبوه مواد سرامیکی، اکسید آلومینیوم نسبتا ارزان امیدوارکننده ترین است. مواد سرامیکی بر اساس آن برای حفاظت از نیروی انسانی، تجهیزات نظامی زمینی و دریایی استفاده می شود.

ثبت شده توسط Morgan M. Ltd. (ایالات متحده آمریکا)، یک صفحه کاربید بور با ضخامت 6.5 میلی متر یا صفحه اکسید آلومینیوم با ضخامت 8 میلی متر، گلوله 7.62 میلی متری را که با سرعت بیش از 800 متر بر ثانیه پرواز می کند، در فاصله نزدیک متوقف می کند. برای رسیدن به همان اثر

جدول 2.4

خواص مواد سرامیکی مقاوم در برابر ضربه

مواد	تراکم	سختی Knoop # k، GPa	استحکام کششی o in، MPa	مدول الاستیک E، GPa	دمای ذوب T pl،به	معیار مقاومت زرهی L/, (GPa m) 3 - K/kg
کاربید بور فشرده گرم B 4 C
تیتانیوم دیبورید TiB 2 با فشار گرم
کاربید سیلیکون SiC
اکسید آلومینیوم متخلخل A1 2 0 3
زره پوش

زره فولادی باید ضخامت 20 میلی متر داشته باشد، در حالی که جرم آن 4 برابر بیشتر از سرامیک خواهد بود.

موثرترین استفاده از زره کامپوزیت، متشکل از چندین لایه ناهمگن. لایه سرامیکی خارجی ضربه اصلی و بار حرارتی را درک می کند، به ذرات کوچک خرد می شود و انرژی جنبشی پرتابه را از بین می برد. انرژی جنبشی باقیمانده پرتابه توسط تغییر شکل الاستیک زیرلایه جذب می شود که می تواند پارچه فولادی، دورالومین یا کولار در چندین لایه باشد. پوشاندن لایه سرامیکی با یک ماده خنثی قابل ذوب که نقش نوعی روان کننده را ایفا می کند و تا حدودی جهت پرتابه را تغییر می دهد که یک کمانه ایجاد می کند مؤثر است. طراحی پانل زره پوش سرامیکی در شکل نشان داده شده است. 2.2. پانل زره پوش شامل صفحات سرامیکی مجزای سری 50 در 50 یا 100 در 100 میلی متر است. برای محافظت در برابر گلوله های زره ​​پوش با کالیبر 12 میلی متر از صفحات A1 ​​2 0 3 با ضخامت 12 میلی متر و 35 لایه کولار و در برابر گلوله های با کالیبر 7.62 میلی متر که در خدمت ناتو هستند استفاده می شود. ، صفحات A1 ​​2 0 3 با ضخامت 6 میلی متر و 12 لایه کولار.

در طول جنگ خلیج فارس، استفاده گسترده ارتش ایالات متحده از زره سرامیکی ساخته شده از Al 2 0 3 , SiC و B 4 C کارایی بالای آن را نشان داد. برای محافظت از زره، استفاده از مواد مبتنی بر AIN، TiB و رزین های پلی آمید تقویت شده با الیاف سرامیکی نیز امیدوار کننده است.

مواد سرامیکی در مهندسی موشک و فضاهنگام پرواز در لایه های متراکم جو، کلاهک های موشک ها، فضاپیماها، وسایل نقلیه قابل استفاده مجدد که تا دمای بالا گرم می شوند، نیاز به حفاظت حرارتی قابل اعتماد دارند. مواد حفاظت حرارتی باید

برنج. 2.2.

a ب -اجزای پانل زرهی برای محافظت در برابر گلوله های زره ​​پوش با کالیبرهای مختلف. V -قطعه ای از یک پانل زره پوش که از عناصر مونتاژ شده است الف و ب من-کالیبر گلوله زره پوش 12.7 میلی متر؛ 2- کالیبر گلوله 7.62 میلی متر; 3 - محافظ

پوشش تا حدی برداشته می شود تا مقاومت و استحکام حرارتی بالایی در ترکیب با حداقل مقادیر ضریب انبساط حرارتی، هدایت حرارتی و چگالی داشته باشد.

مرکز تحقیقات ناسا (مرکز تحقیقات ایمز ناسا) ترکیباتی از صفحات سرامیکی فیبری محافظ حرارتی را که برای فضاپیماهای قابل استفاده مجدد در نظر گرفته شده است، توسعه داده است.

برای افزایش استحکام، انعکاس و ویژگی های فرسایشی سطح بیرونی مواد محافظ حرارتی، آنها را با یک لایه مینا به ضخامت حدود 300 میکرومتر پوشانده اند. لعاب حاوی SiC یا 94 درصد Si0 2 و 6 درصد B 2 0 3 به صورت لغزنده روی سطح اعمال می شود و سپس در دمای 1470 کلوین زینتر می شود. دال های پوشش داده شده در گرم ترین مکان های فضاپیماها، موشک های بالستیک و هواپیماهای مافوق صوت استفاده می شود. . آنها می توانند تا 500 گرمایش ده دقیقه ای را در پلاسمای قوس الکتریکی در دمای 1670 کلوین تحمل کنند. انواع سیستم حفاظت حرارتی سرامیکی سطوح جلویی هواپیما در شکل نشان داده شده است. 2.3.

لایه روکش از لایه عایق حرارتی در برابر تخریب فرسایشی و فرسایشی محافظت می کند و بار حرارتی اصلی را درک می کند.

مواد سرامیکی شفاف رادیوییبرای توسعه فناوری مدرن رادیویی، الکترونیکی و رایانه ای، مواد مبتنی بر اکسید آلومینیوم، نیتریدهای بور، سیلیکون مورد نیاز است که دمای عملیاتی آن تا 3000 درجه سانتیگراد، دارای مقادیر پایدار ثابت دی الکتریک و تلفات دی الکتریک کم با مماس تلفات دی الکتریک tg 8 = 0، 0001 ...0.0002.

چنین موادی عبارتند از اکسید آلومینیوم خالص، نیترید بور فشرده داغ، مواد سرامیکی TSM 303 و ARP-3، نیترید بور متخلخل، شیشه سرامیک D-2، مواد سرامیکی کوارتز، نیترید سیلیکون خالص و غیره.

مواد شفاف رادیویی باید دارای مجموعه ای از خواص باشند: پایداری ویژگی های دی الکتریک در کل محدوده دمای عملیاتی، پایداری حرارتی، فرسایش.

برنج. 2.3.

/ - مواد سرامیکی بر اساس SiC یا SijN 4. 2 - عایق حرارتی؛ 3 - مواد سرامیکی متخلخل

انعطاف پذیری کیفیت بالاسطوح، مقاومت در برابر تشعشعات یونیزان و ... نقش یک ماده ساختاری را ایفا می کنند که از آن عناصر ساختاری شفاف رادیویی باربر ساخته می شود. از آنجایی که تخلخل سرامیک های اکسیدی می تواند در محدوده 0...90٪ تغییر کند، این امکان به دست آوردن موادی که از نظر خواص اساسی با همان اکسید متفاوت هستند را ممکن می سازد.

موادی که با روش ساختاری به دست می آیند، به عنوان مثال، از دی اکسید زیرکونیوم، وقتی در معرض شار حرارتی با هر شدتی قرار می گیرند، به هیچ وجه از بین نمی روند.

نمونه ای از ساختاردهی نیز تولید شیشه سرامیک است که در آن نسبت بهینه فازهای کریستالی و آمورف انتخاب می شود. با تغییر ترکیب شیمیایی و ساختار می توان کل کلاس های شیشه سرامیک را با خواص دلخواه به دست آورد.

جهت دیگر در تولید مواد شفاف پرتو، استفاده از مواد ناخالص است. به طور خاص، ورود چند درصد از اکسیدهای منیزیم و بور به اکسید آلومینیوم، مقاومت حرارتی و استحکام ضربه آن را در جذب رطوبت صفر با ضریب ۲ تا ۳ افزایش می‌دهد. ورود اکسید کروم 2 ... 5٪ به مواد سرامیکی کوارتز، درجه انتشار یکپارچه را 2-3 برابر افزایش می دهد و تضعیف سیگنال رادیویی در دماهای بالا را تا 2 برابر کاهش می دهد.

سومین جهت در توسعه مواد شفاف پرتویی، توسعه مواد نیترید و ترکیبات مبتنی بر آنها، به ویژه نیتریدهای بور، سیلیکون و آلومینیوم است.

نیترید بور دارای بهترین خصوصیات دی الکتریک در بین تمام مواد شناخته شده فعلی است که در دماهای تا 2000 درجه سانتیگراد کار می کنند، اگرچه استحکام و سختی نسبتاً کمی دارد. بر اساس آن، به عنوان مثال، سیبونیت حاوی نیترید بور و دی اکسید سیلیکون ساخته می شود. با تغییر نسبت و پراکندگی آنها، می توان تعدادی مواد جدید به دست آورد که مزایای نیترید بور و سرامیک کوارتز را ترکیب می کند.

آخرین جهت در توسعه مواد شفاف پرتویی، ایجاد مواد کامپوزیتی، به ویژه، مواد سرامیکی آغشته به مواد آلی و آلی است. مواد معدنی، رزین ها و نمک ها. آنها خواص دی الکتریک خوبی را در دماهای بالا به دلیل استفاده از پایه سرامیکی و استحکام و چقرمگی بالا به دلیل اتصال دهنده ترکیب می کنند.

بسته به هدف و ویژگی های عملیاتی محصول، مواد سرامیکی شفاف رادیویی مناسب برای آن ساخته می شود. ثابت دی الکتریک مواد سرامیکی کوارتز با افزایش دما تا 1500 درجه سانتیگراد به طور یکنواخت افزایش می یابد و در محدوده 1500 ... 1700 درجه سانتیگراد به شدت افزایش می یابد.

18٪ افزایش می یابد که با ذوب شدن مواد همراه است و با افزایش چگالی آن به مقدار نظری (2210 کیلوگرم بر متر مکعب در 20 درجه سانتیگراد) همراه است. پس از ذوب، ماده به صورت رادیویی شفاف باقی می ماند و ثابت دی الکتریک آن در دمای 2500 درجه سانتی گراد به 4.3 افزایش می یابد. از آنجا که، با توجه به شرایط عملیاتی، تغییر نباید از 10٪ تجاوز کند، مواد سرامیکی کوارتز برای دمای عملیاتی تا 1350 درجه سانتیگراد و اکسید آلومینیوم - تا 815 درجه سانتیگراد مناسب هستند. با افزایش تخلخل حجمی از 5 به 20 درصد، ثابت دی الکتریک به نسبت مستقیم با کاهش چگالی سرامیک ها کاهش می یابد. مماس تلفات دی الکتریک tg 6 مواد سرامیکی کوارتز در دمای اتاق 0.0002 - 0.0004 در فرکانس 10 هرتز است. با افزایش دما به 1000 درجه سانتیگراد، tg 6 به 0.005 افزایش می یابد.

نیترید بور تاکنون تنها ماده ای است که tg5 آن در دماهای تا 1500 درجه سانتی گراد زیر 001/0 باقی می ماند. علاوه بر این، تغییر در tg8 نیترید بور متخلخل در محدوده 20 ... 1350 اینچ از 3٪ تجاوز نمی کند، برای مواد سرامیکی کوارتز این مقدار 10٪ است.

فناوری برای سنتز پودر نیترید بور بسیار فعال که قادر به تف جوشی در دمای بالاتر از 1600 درجه سانتیگراد با تشکیل قطعات کار به اندازه کافی قوی است، تسلط یافته است. چنین موادی تا 1 درصد ناخالصی دارند و ساختار همسانگرد دارند. آنها عایق های خوبی هستند - مقاومت حجمی خاص در دمای اتاق کمتر از 1 10 14 اهم سانتی متر نیست. تحت عمل یک پالس تابش های هسته ای tg 8 در نیترید بور به 0.01 افزایش می یابد و در سرامیک کوارتز تغییر نمی کند. به دلیل مقاومت عالی در برابر حرارت، نیترید بور متخلخل به عنوان یک ماده ساختاری استفاده می شود، اگرچه استحکام نسبتاً کمی دارد.

مواد مبتنی بر نیترید بور، به ویژه آنهایی که تحت فشار گرم هستند، رسانایی حرارتی بالایی دارند، در حالی که مواد سرامیکی کوارتز به عایق های حرارتی نزدیک تر هستند. هدایت حرارتی آن، بسته به تخلخل، در دمای 600 ... 700 K در محدوده 0.2 ... 1.0 W / (m K) در نوسان است. رسانایی حرارتی بالا می تواند هم مزیت ماده باشد (هرچه رسانایی حرارتی بیشتر باشد، تنش های حرارتی کمتر می شود) و هم در صورتی که ماده شفاف رادیویی عملکردهای محافظ حرارتی را انجام دهد، مضر است. برای مواد مبتنی بر نیترید بور و مواد سرامیکی آلومینا، هدایت حرارتی با افزایش دما کاهش می یابد.

برای مواد کوارتز سرامیکی و شیشه-سرامیک D-2، فاز شیشه ای و آمورف از اهمیت تعیین کننده ای برخوردار است.

طراحی بهینه محصولاتی که در خشکی، آب، هوا و فضا کار می کنند، امکان استفاده گسترده تر از مواد شفاف رادیویی را فراهم می کند.

ظروف سفالی پخته شده چندین قرن پیش ظاهر شد و از آن زمان به بخشی از زندگی بشر تبدیل شده است. تا به امروز تقریباً بدون تغییر باقی مانده است ، اما امروز می خواهیم نه کاملاً در مورد آن، بلکه در مورد پیرو عملی تر و زیباتر آن - سرامیک صحبت کنیم.

تفاوت با خاک رس معمولی

سرامیک تنها در چند نکته با خاک رس متفاوت است، اما برای محصولات نهایی کافی است تا خواص عملی جدیدی دریافت کنند.

این ماده از دو جزء اصلی تشکیل شده است: خاک رس که به عنوان پایه استفاده می شود و مواد افزودنی. به عنوان دومی، می توان از مواد معدنی جامد مختلف، به عنوان مثال، ماسه یا گچ معمولی استفاده کرد. همه اینها بر تخلخل، میزان جذب آب و حتی رنگ تأثیر می گذارد.

تفاوت مهم دیگر در تکنولوژی تولید نهفته است. در حالی که پخت یک محصول سفالی مرحله نهایی ساخت آن است، برای ظروف سرامیکیاین فقط نیمی از داستان است برای محافظت بیشتر و افزایش استحکام، سطح آن لزوماً با یک لایه نازک لعاب پوشیده شده است - یک ترکیب ویژه بر اساس شیشه. پس از اجرا مجدداً در دماهای پایین تر شلیک می شود تا لایه محافظ روی سطح ثابت شود.

خواص سرامیک

بسته به اجزای انتخاب شده و تفاوت در فناوری ساخت، خواص نهایی ظروف سرامیکی ممکن است کمی متفاوت باشد، اما "فهرست اساسی" کیفیت برای همه محصولات یکسان است:

• آنها بادوام هستند، اما در برابر ضربه و سقوط مقاومت نمی کنند.
• دیوارها ظروف سرامیکیدارای ساختار متخلخلی هستند که به دلیل آن گرما هنگام گرم شدن شروع به پخش هموار می کند و به طور مساوی در کل سطح توزیع می شود. این تأثیر مثبتی بر طعم ظروف دارد و آنها را آبدارتر و غنی تر می کند و یادآور سوپ ها و خورش های یک اجاق روسی است.
• لعاب به طور قابل اعتمادی از پایه در برابر جذب رطوبت محافظت می کند و در برابر خراش مقاوم است.
• وجود شیشه در پوشش خاصیت نچسب بودن ظروف را افزایش می دهد. حتی با حداقل مقدار روغن، غذا در سرامیک های مرغوب در حین پخت نمی چسبد و نمی سوزد.
• این ماده سازگار با محیط زیست و ایمن است.
• بوی خاص خود را ندارد، بنابراین نمی تواند طعم ظرف تمام شده را خراب کند.
• محدوده دما برای استفاده از محصولات سرامیکی بسیار گسترده است - می توانید در فر در آنها بپزید و همچنین مواد غذایی را در یخچال نگهداری کنید. تنها چیزی که سرامیک ها نمی توانند آن را تحمل کنند، تغییرات ناگهانی دما است. به دلیل انبساط شدید هوا در منافذ به راحتی ترک می خورد.

انواع

همانطور که قبلاً اشاره کردیم ، اجزای مورد استفاده در ترکیب بر ظاهر و خواص تأثیر می گذارند و در واقع چندین نوع ماده را تشکیل می دهند:

• چینی یکی از معروف ترین و قابل تشخیص ترین انواع آن است. می توان آن را با وزن سبک و دیواره های نازک و کمی شفاف تشخیص داد. ظروف چینی. برای ساخت آن از خاک رس سفید استفاده شده است که رنگ سفید آبی "امضا" را می دهد. با وجود ظرافت و ظرافت، پرسلن استحکام و مقاومت نسبتاً بالایی در برابر حرارت دارد.
• فینس - شبیه به چینی است، زیرا از خاک رس سفید نیز ساخته شده است، اما ساختار متخلخل تری دارد، به همین دلیل دیواره های محصولات باید ضخیم تر شوند. استحکام کلی فیانس حدود یک چهارم کمتر از پرسلن است.
• خاک رس تراکوتا - برخلاف انواع قبلی، این ماده دارای سایه های تیره است - از زرد خردلی تا قهوه ای پررنگ، مایل به قرمز یا حتی سیاه. این ویژگی اغلب با پوشاندن سطح با لعاب شفاف به مزیت تبدیل می شود. بدون حفاظت اضافی، چنین خاک رس به شدت آب را جذب می کند، بنابراین قبلا فقط برای ساخت ظروف برای ذخیره محصولات خشک فله استفاده می شد.
• شیشه سرامیک یک ماده مدرن است که شامل خاک رس نمی شود. با این وجود ، ظروف از آن تقریباً طبق همان اصل ساخته می شوند - محصولات نه تنها از یک ترکیب شیشه ای خاص تشکیل می شوند، بلکه علاوه بر آن پخته می شوند.
• دولومیت یکی دیگر از انواعی است که نسبتاً اخیراً محبوبیت پیدا کرده است. در واقع، آن نیز سرامیک نیست (از انواع سنگ آهک است)، اما بر اساس ظاهرو تعدادی از خواص بسیار شبیه به آن است. ظروف پخت و پز و استفاده در فر از آن ساخته نمی شود، بلکه برای ساختن قوری، کاسه قند و گلدان استفاده می شود.

چه ظروف آشپزخانه از سرامیک ساخته می شود؟

از سفال برای ایجاد استفاده می شود ظروف سفالیو دیگر ظروف آشپزخانه بسیار گسترده است. از آن ساخته شده است:

• گلدان،
• تابه ها،
• نخود فرنگی،
• قالب برای پخت و پز،
• فنجان، قوری، ست،
• کاسه قند، کاسه آب نبات،
• بشقاب ها و ظروف بزرگ،
• قفسه های ملاقه و کیسه های چای,
• نمکدان،
• چاقوهای آشپزخانه

احتمالاً حتی نیست لیست کاملو اگر به آشپزخانه خود نگاه کنید، مطمئناً چیزی را خواهید یافت که فراموش کردیم به آن اشاره کنیم.

و در نهایت، ارزش تمرکز روی تابه ها و قابلمه هایی است که در آنها از سرامیک فقط به عنوان یک پوشش نچسب استفاده می شود. از نظر توزیع گرما، آنها به ظروف فلزی معمولی نزدیکتر هستند، اما پوشش، بر خلاف تفلون، بسیار قوی تر و بادوام تر است. با این حال، دستیابی به آن عطر بسیار غنی و طعم خاص ظروف پخته شده در ظروف سرامیکی ممکن نخواهد بود.