اعتمادًا على خصائص درجات الحرارة العالية ، يتم استخدام السيراميك المتقدم على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية والمعادن والآلات والفضاء وغيرها من المجالات.تشمل خصائص درجة الحرارة المرتفعة مقاومة درجات الحرارة العالية والعزل الحراري.

هل تعرف الاختلافات أو الروابط بين الاثنين؟
السيراميك المقاوم للحرارة العالية يهدف بشكل أساسي إلى "نقطة انصهار عالية" للسيراميك.بعبارة أخرى ، ليس من السهل تدميرها في درجات حرارة عالية ، في حين أن سيراميك العزل الحراري يهدف بشكل أساسي إلى "الموصلية الحرارية المنخفضة" لبعض أنواع السيراميك الخاصة ، أي يمكنه عزل الحرارة.تشمل "مواد العزل الحراري" التي تمت مناقشتها "العزل الحراري" ، "العزل البارد" ، "مواد العزل الحراري" ، إلخ. يركز البحث الحالي حول سيراميك العزل الحراري بشكل عام على العزل الحراري عند درجات الحرارة العالية.لذلك ، في نطاق هذا البحث التطبيقي ، قد لا يكون السيراميك المقاوم لدرجة الحرارة العالية بالضرورة عازلًا حراريًا.ومع ذلك ، في بيئات العمل ذات درجة الحرارة العالية ، يجب أن يفي السيراميك العازل بالحرارة 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 الآونة الأخيرة ، وضعت معدات الصهر وغيرها من المعدات الحرارية متطلبات أعلى وأعلى لمواد ومنتجات السيراميك المقاومة للحرارة العالية.حفز التطور السريع لصناعة الطيران أيضًا على تطوير سيراميك مقاوم للحرارة العالية من أجل تحسين جودته وتنوعه.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 مواد السيراميك المقاومة للحرارة العالية.لديهم مقاومة ضعيفة للصدمات الحرارية بالإضافة إلى ذلك ، ليس من السهل ربطهم في الاستخدام ، مما يعزز أيضًا تطوير مواد سيراميك مقاومة للحرارة العالية ، مثل مواد سيالون ، مواد سيالون المركبة ، مواد طلاء السيراميك المقاومة لدرجة الحرارة العالية ، سيراميك كربيد مركب مواد مقاومة درجات الحرارة العالية ، إلخ.

مواد سيراميك بدرجة حرارة عالية للغاية
يشير السيراميك شديد الحرارة (UHTC) إلى مركبات السيراميك بنقطة انصهار تزيد عن 3000 درجة مئوية ، مثل ZrC ، HfC ، TaC ، HfB2 ، ZrB2 ، HfN ، إلخ.

لديهم استقرار كيميائي حراري ممتاز وخصائص فيزيائية ممتازة ، بما في ذلك معامل المرونة العالي ، والصلابة العالية ، وضغط البخار المشبع المنخفض ، والموصلية الحرارية العالية والتوصيل الكهربائي ، ومعدل التمدد الحراري المعتدل ، ومقاومة الصدمات الحرارية الجيدة.يمكنهم الحفاظ على قوة عالية في درجات حرارة عالية ، بما في ذلك عادة بوريدات المعادن الانتقالية ، كربيدات نيتريد 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 ، وذلك بسبب روابطها التساهمية القوية.يعتبر ZrB2 و HfB2 من أكثر UHTCs دراسة على نطاق واسع في سيراميك البوريد.ومع ذلك ، فإن 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.هذا النوع من السيراميك له نقطة انصهار عالية جدًا.لا يخضع لتحول الطور الصلب أثناء عملية التسخين أو التبريد ، ولديه مقاومة جيدة للصدمات الحرارية وقوة درجة حرارة عالية.ومع ذلك ، فإن صلابة الكسر الخاصة بالكربيد UHTCs منخفضة ، ومقاومة الأكسدة ضعيفة.

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

سيراميك عازل للحرارة
يركز البحث الحالي 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.يمكن أن تقلل بشكل فعال 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
أكسيد ZrO2 المستقر لديه موصلية حرارية منخفضة ، معامل تمدد حراري عالي وأداء جيد في درجات الحرارة العالية.لقد كانت 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.تصل درجة انصهار SrZrO3 إلى 2690 ℃.ومع ذلك ، فإن استقرار طورها في درجات حرارة عالية ضعيف.إنه غير مناسب للاستخدام بمفرده كمواد طلاء حاجز حراري في درجات حرارة عالية.نقطة انصهار BaZrO3 هي 2000 ℃.معامل التمدد الخاص بها أقل بكثير من معامل YSZ.لذلك ، مقاومة الصدمات الحرارية ضعيفة.

3. A2B2O7 مواد السيراميك
A2B2O7 (A عنصر أرضي نادر ، B هو Zr ، Hf ، Ce وعناصر أخرى) مادة السيراميك لها موصلية حرارية أقل من مادة ZrO2.إنه مكافئ معامل التمدد الحراري واستقرار الطور الجيد عند درجة الحرارة العالية.وفي الوقت نفسه ، يعتبر نظام المواد الواعد 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.كطلاء حاجز حراري ، تم تطويره متأخرًا 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 لضمان 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.لا يمكنها فقط الحفاظ على الاستقرار الحراري الجيد من درجة حرارة الغرفة إلى نقطة الانصهار (1970 ℃) ، ولكن أيضًا لديها توصيل حراري منخفض.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.