يستخدم السيراميك المتقدم على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية والمعادن والآلات والفضاء وغيرها من المجالات بسبب خصائص درجات الحرارة العالية.تشمل خصائص درجة الحرارة المرتفعة مقاومة درجات الحرارة العالية والعزل الحراري.ما هي الاختلافات والصلات بين الاثنين؟
يهدف السيراميك المقاوم للحرارة العالية بشكل أساسي إلى "نقطة الانصهار العالية" للسيراميك ، أي أنه ليس من السهل تدميرها في درجات حرارة عالية ، بينما يهدف السيراميك العازل الحراري بشكل أساسي إلى "التوصيل الحراري المنخفض" لبعض أنواع السيراميك الخاصة ، أي يمكنهم عزل الحرارة.وتجدر الإشارة إلى أنه عندما نتحدث عن "مواد العزل الحراري" ، فإنها تشتمل بشكل عام على "العزل الحراري" ، و "العزل البارد" ، و "مواد العزل الحراري" ، وما إلى ذلك. العزل في درجات حرارة عالية.لذلك ، في نطاق هذا البحث التطبيقي ، يمكننا أن نعرف أن السيراميك المقاوم لدرجات الحرارة العالية قد لا يكون بالضرورة عازلًا حراريًا ، ولكن في بيئات العمل ذات درجات الحرارة العالية ، يجب أن يفي سيراميك العزل الحراري بمتطلبات مقاومة درجات الحرارة العالية والعزل الحراري.

سيراميك مقاوم للحرارة العالية
بشكل عام ، يشير السيراميك المقاوم للحرارة العالية إلى الاسم العام لمواد السيراميك التي تكون درجة حرارة انصهارها أعلى من نقطة انصهار أكسيد السيليكون (1728 درجة مئوية).إنه جزء مهم من السيراميك الخاص ، وأحيانًا جزء من المواد المقاومة للحرارة العالية.

وفقًا للتركيب الكيميائي الرئيسي لمواد السيراميك ، يمكن تقسيمها إلى سيراميك أكسيد عالي الحرارة (مثل Al2O3 ، ZrO2 ، MgO ، CaO ، ThO2 ، Cr2O3 ، SiO2 ، BeO ، 3Al2O3 · 2SiO2 ، إلخ) ، سيراميك كربيد ، سيراميك البوريد وسيراميك النتريد وسيراميك السيليسيد.كمواد هيكلية ذات درجة حرارة عالية ، فهي تستخدم على نطاق واسع في الفضاء ، والطاقة الذرية ، والتكنولوجيا الإلكترونية ، والآلات ، والصناعات الكيماوية ، والمعادن والعديد من الأقسام الأخرى.إنها مادة هندسية عالية الحرارة لا غنى عنها للعلوم والتكنولوجيا الحديثة.

في السنوات الأخيرة ، نظرًا لأن الصهر والمعدات الحرارية الأخرى تطرح متطلبات أعلى وأعلى للمواد والمنتجات الخزفية المقاومة للحرارة العالية ، فقد حفز التطور السريع لصناعة الطيران أيضًا على تطوير سيراميك مقاوم لدرجة الحرارة العالية ، لذلك يتم تحسين جودته وتنوعه باستمرار .في الوقت الحاضر ، تحتوي المواد الخزفية أحادية المكون المقاومة للحرارة العالية على عيوب واضحة في الخصائص بسبب تركيبها الفردي ، مثل مواد اكسيد الالمونيوم ، ودرجة حرارة التكلس العالية ، ومعامل التمدد الحراري الكبير للتلبيد ، ومقاومة الصدمات الحرارية الضعيفة ، ومقاومة الأكسدة السيئة لسيراميك كربيد السيليكون المواد.بالإضافة إلى ذلك ، يصعب معالجة المواد الخزفية المقاومة للحرارة العالية ، ولديها مقاومة ضعيفة للصدمات الحرارية ، وليس من السهل ربطها في الاستخدام ، مما يعزز أيضًا تطوير مركب مواد السيراميك المقاومة للحرارة العالية ، مثل مواد سيالون ، مواد سيالون المركبة ، مواد طلاء السيراميك المقاومة للحرارة العالية ، مواد مقاومة درجات الحرارة العالية من السيراميك المركب كربيد ، إلخ.

مواد سيراميك بدرجة حرارة عالية للغاية
يشير السيراميك عالي الحرارة (UHTC) إلى مركبات السيراميك بنقطة انصهار تزيد عن 3000 درجة مئوية ، مثل ZrC و HfC و TaC و HfB2 و ZrB2 و HfN وما إلى ذلك ، والتي تتمتع باستقرار كيميائي حراري ممتاز وخصائص فيزيائية ممتازة ، بما في ذلك عالية معامل المرونة ، والصلابة العالية ، وانخفاض ضغط البخار المشبع ، والتوصيل الحراري العالي والتوصيل الكهربائي ، ومعدل التمدد الحراري المعتدل ومقاومة الصدمات الحرارية الجيدة ، ويمكنه الحفاظ على قوة عالية في درجات الحرارة المرتفعة ، بما في ذلك عادةً بوريدات المعادن الانتقالية ، وكربيدات النيتريد ومركباتها.

1. سيراميك بوريد عالي الحرارة
تشتمل سيراميك البورايد ذات درجة الحرارة العالية بشكل أساسي على سيراميك HfB2 و ZrB2 و TaB2 و TiB2 و YB4.تتميز هذه المواد الخزفية بخصائص نقطة الانصهار العالية والصلابة العالية والقوة العالية ومعدل التبخر المنخفض والموصلية الحرارية العالية والموصلية بسبب روابطها التساهمية القوية.يعتبر ZrB2 و HfB2 من أكثر المواد UHTCs التي تمت دراستها على نطاق واسع في سيراميك البوريد ، لكن مقاومتها الضعيفة للأكسدة تحد من تطبيقها على نطاق واسع.

2. سيراميك كربيد بدرجة حرارة عالية للغاية
من بين سيراميك الكربيد ، يمكن استخدام ZrC و HfC و TaC و TiC في درجات حرارة عالية جدًا.يحتوي هذا النوع من السيراميك على نقطة انصهار عالية جدًا ، ولا يخضع لتحول الطور الصلب أثناء عملية التسخين أو التبريد ، ولديه مقاومة جيدة للصدمات الحرارية وقوة درجة حرارة عالية ، ولكن صلابة الكسر في كربيد UHTCs منخفضة ، ومقاومة الأكسدة هي مسكين.

3. سيراميك نيتريد عالي الحرارة
تتميز سيراميك النيتريد عالية الحرارة مثل ZrN و HfN و TaN أيضًا بخصائص جيدة.نترات المعدن الانتقالي لها نقاط انصهار عالية.ومع ذلك ، فإن نقطة انصهار هذه النيتريد المقاومة للحرارة مرتبطة أيضًا بالضغط المحيط ، وليست كل النيتريدات المقاومة للحرارة مناسبة للعمل في بيئة الأكسدة ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي.للنتريد المعدني الانتقالي تطبيقات مهمة في الطبقة الصلبة لأدوات القطع.

سيراميك عازل للحرارة
في الوقت الحاضر ، يركز البحث على سيراميك العزل الحراري في الغالب على مواد طلاء السيراميك بالحاجز الحراري.يستخدم طلاء الحاجز الحراري بشكل أساسي في صناعة المحركات الهوائية ، والتي لها تأثير عزل حراري جيد ومقاومة أكسدة عالية الحرارة.إنها واحدة من أكثر الطلاءات الواقية من درجات الحرارة العالية تطوراً في الوقت الحاضر.

يتميز طلاء الحاجز الحراري بوظائف العزل الحراري ومقاومة الأكسدة بدرجة الحرارة العالية ومقاومة التآكل.هيكلها النموذجي هو نظام مزدوج الطبقة ، يتكون من طبقة حاجز حراري خزفي على السطح وطبقة ربط معدنية في المنتصف.تلعب طبقة الحاجز الحراري الخزفي دورًا عازلًا في طلاء الحاجز الحراري ، والذي يمكن أن يقلل بشكل فعال من توصيل الحرارة إلى الركيزة المعدنية وحماية المكونات الرئيسية.يجب أن تفي المواد الخزفية المناسبة لطلاء الحاجز الحراري بمتطلبات نقطة الانصهار العالية ، والتوصيل الحراري المنخفض ، والمطابقة الأفضل لمعامل التمدد الحراري مع المصفوفة المعدنية ، والاستقرار الكيميائي الجيد في درجات الحرارة العالية ، والالتصاق العالي بالطبقة المعدنية ، وعدم تغير الطور بين درجة حرارة الغرفة ودرجة حرارة العمل.
1. استقر أكسيد ZrO2
يتمتع ZrO2 المثبت بالأكسيد بموصلية حرارية منخفضة ، ومعامل تمدد حراري مرتفع وأداء جيد في درجات الحرارة العالية ، وقد كان المادة الخزفية الرئيسية لطلاء الحاجز الحراري لفترة طويلة من الزمن.هناك العديد من أنواع الأكاسيد المستخدمة لتثبيت ZrO2 ، بما في ذلك المثبتات ثنائية التكافؤ مثل CaO و MgO والمثبتات ثلاثية التكافؤ مثل Y2O3 و Sm2O3 و Nd2O3 و Er2O3 والمثبتات الرباعية التكافؤ مثل CeO2 و HfO2.

2. سيراميك ABO3 بهيكل بيروفسكايت
من بين سيراميك ABO3 المركب من البيروفسكايت ، تم استخدام SrZrO3 و BaZrO3 و MgZrO3 وما إلى ذلك في طلاءات الحاجز الحراري في المرحلة المبكرة.على الرغم من أن نقطة انصهار SrZrO3 تصل إلى 2690 ℃ ، إلا أن ثبات طورها في درجات الحرارة المرتفعة ضعيف ، وليس من المناسب استخدامها بمفردها كمادة طلاء حاجز حراري في درجات حرارة عالية.نقطة انصهار BaZrO3 هي 2000 ℃ ، ومعامل تمددها أقل بكثير من YSZ ، لذا فإن مقاومتها للصدمات الحرارية ضعيفة.

3. A2B2O7 مواد السيراميك
A2B2O7 (A عنصر أرضي نادر ، B هو Zr ، Hf ، Ce وعناصر أخرى) تتميز مادة السيراميك بموصلية حرارية أقل من مادة ZrO2 ، ومعامل تمدد حراري مكافئ وثبات جيد في الطور عند درجة حرارة عالية ، وتعتبر أكثر المواد الواعدة نظام ليحل محل ZrO2.

4. مغنتيت هيكل السيراميك MMeAl11O19
البنية المجهرية لسداسي ألومينات MMeAl11O19 (M هي La ، Nd ، Sr وعناصر أخرى ، Me عبارة عن عنصر فلز قلوي أرضي ، إلخ.) يتكون الخزف ذو هيكل الرصاص المغنتيت من طبقات مرتبة بشكل عشوائي.إنه طلاء حاجز حراري تم تطويره مؤخرًا للحفاظ على بنية جيدة على المدى الطويل واستقرار حراري في درجات حرارة عالية.لديها معدل تلبيد أقل بكثير من مواد طلاء الحاجز الحراري القائمة على ZrO2.هناك العديد من المسام الدقيقة ، ولها تأثير عزل حراري جيد.

5. مواد خزفية أخرى
بالإضافة إلى المواد الخزفية المذكورة أعلاه لطلاء الحاجز الحراري ، تم أيضًا تطوير مواد خزفية أخرى مع احتمالات تطبيق طلاء الحاجز الحراري.Y3Al5O12 (YAG اختصارًا) هي أيضًا مادة طلاء جيدة للحاجز الحراري ، تنتمي إلى هيكل العقيق.يمكن أن يحافظ على استقرار حراري جيد من درجة حرارة الغرفة إلى نقطة الانصهار (1970 ℃) ، ولديه موصلية حرارية منخفضة.معدل انتشار الأكسجين في YAG هو 10 أوامر من حيث الحجم أصغر من ذلك في ZrO2 ، لذلك يمكن لـ YAG حماية الركيزة وطبقة الترابط المعدني جيدًا.