Abhängig von ihren Hochtemperatureigenschaften werden Hochleistungskeramiken in der chemischen Industrie, Metallurgie, im Maschinenbau, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Bereichen eingesetzt.Seine Hochtemperatureigenschaften umfassen eine hohe Temperaturbeständigkeit und Wärmeisolierung.

Kennen Sie die Unterschiede oder Zusammenhänge zwischen den beiden?
Hochtemperaturbeständige Keramiken zielen hauptsächlich auf den "hohen Schmelzpunkt" von Keramiken ab.Mit anderen Worten, sie sind bei hohen Temperaturen nicht leicht zu zerstören, während Wärmedämmkeramiken hauptsächlich auf die "geringe Wärmeleitfähigkeit" einiger Spezialkeramiken abzielen, dh sie können Wärme isolieren.Die diskutierten "Wärmedämmstoffe" umfassen "Wärmedämmung", "Kältedämmung", "Wärmedämmstoffe" usw. Die gegenwärtige Forschung zu Wärmedämmkeramiken konzentriert sich allgemein auf die Wärmedämmung bei hohen Temperaturen.Hochtemperaturbeständige Keramik muss daher im Rahmen dieser Anwendungsforschung nicht zwangsläufig eine Wärmedämmung sein.In Hochtemperatur-Arbeitsumgebungen müssen Wärmedämmkeramiken jedoch die Anforderungen an Hochtemperaturbeständigkeit und Wärmedämmung erfüllen.

Hochtemperaturbeständige Keramik
Im Allgemeinen beziehen sich hochtemperaturbeständige Keramiken auf den allgemeinen Namen von keramischen Materialien, deren Schmelztemperatur über dem Schmelzpunkt von Siliziumoxid (1728 ℃) liegt.Es ist ein wichtiger Bestandteil von Spezialkeramiken und manchmal auch ein Bestandteil von Hochtemperatur-Feuerfestmaterialien.

Entsprechend der hauptsächlichen chemischen Zusammensetzung keramischer Materialien können sie in Hochtemperatur-Oxidkeramiken (wie Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2 usw.), Boridkeramik, Nitridkeramik und Silizidkeramik.Als Hochtemperatur-Strukturmaterial wird es in der Luft- und Raumfahrt, Atomenergie, Elektrotechnik, Maschinen, chemischen Industrie, Metallurgie und vielen anderen Abteilungen eingesetzt.Es ist ein unverzichtbares Hochtemperatur-Konstruktionsmaterial für moderne Wissenschaft und Technologie.

In jüngerer Zeit haben Schmelzanlagen und andere Wärmeanlagen immer höhere Anforderungen an hochtemperaturbeständige keramische Materialien und Produkte gestellt.Die schnelle Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie hat auch die Entwicklung von hochtemperaturbeständigen Keramiken angeregt, um deren Qualität und Vielfalt zu verbessern.Derzeit haben hochtemperaturbeständige Einkomponenten-Keramikmaterialien aufgrund ihrer Einzelzusammensetzung offensichtliche Mängel in den Eigenschaften, wie z. B. Korundmaterialien, hohe Sintertemperatur, großer Wärmeausdehnungskoeffizient des Sinters, schlechte Wärmeschockbeständigkeit und schlechte Oxidationsbeständigkeit von Siliziumkarbidkeramik Materialien.Außerdem sind die hochtemperaturbeständigen keramischen Werkstoffe schwierig zu verarbeiten.Sie haben eine schlechte Wärmeschockbeständigkeit. Außerdem sind sie im Gebrauch nicht leicht zu verbinden, was auch die Entwicklung von hochtemperaturbeständigen keramischen Verbundwerkstoffen wie Sialon-Materialien, Sialon-Verbundwerkstoffen, hochtemperaturbeständigen keramischen Beschichtungsmaterialien, Carbid-Verbundkeramik fördert Hochtemperaturbeständige Materialien usw.

Ultrahochtemperatur-Keramikmaterialien
Ultrahochtemperaturkeramik (UHTC) bezieht sich auf keramische Verbindungen mit einem Schmelzpunkt von mehr als 3000 ℃, wie z. B. ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN usw.

Sie haben eine ausgezeichnete thermochemische Stabilität und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften, einschließlich eines hohen Elastizitätsmoduls, einer hohen Härte, eines niedrigen Sättigungsdampfdrucks, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Leitfähigkeit, einer mäßigen Wärmeausdehnungsrate und einer guten Wärmeschockbeständigkeit.Sie können bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit aufrechterhalten und umfassen normalerweise Übergangsmetallboride, Carbide, Nitride und ihre Verbundstoffe.

1. Ultrahochtemperaturboridkeramik
Ultrahochtemperatur-Boridkeramiken umfassen hauptsächlich HfB2-, ZrB2-, TaB2-, TiB2- und YB4-Keramiken.Diese Keramikmaterialien haben aufgrund ihrer starken kovalenten Bindungen die Eigenschaften eines hohen Schmelzpunkts, einer hohen Härte, einer hohen Festigkeit, einer geringen Verdampfungsrate, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und Leitfähigkeit.ZrB2 und HfB2 sind die am besten untersuchten UHTCs in Boridkeramiken.Allerdings schränkt ihre geringe Oxidationsbeständigkeit ihre breite Anwendung ein.

2. Ultrahochtemperatur-Karbidkeramik
Unter den Hartmetallkeramiken können ZrC, HfC, TaC und TiC bei ultrahohen Temperaturen verwendet werden.Diese Art von Keramik hat einen sehr hohen Schmelzpunkt.Es erfährt während des Erwärmungs- oder Abkühlungsprozesses keine Festphasenumwandlung und weist eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit auf.die Bruchzähigkeit von Carbid-UHTCs ist jedoch gering und die Oxidationsbeständigkeit ist schlecht.

3. Ultrahochtemperatur-Nitridkeramik
Ultrahochtemperatur-Nitridkeramiken wie ZrN, HfN und TaN haben ebenfalls gute Eigenschaften.Übergangsmetallnitride haben hohe Schmelzpunkte.Der Schmelzpunkt solcher hitzebeständiger Nitride hängt jedoch auch vom Umgebungsdruck ab.Nicht alle feuerfesten Nitride sind für die Arbeit in der Hochtemperatur- und Hochdruckoxidationsumgebung geeignet.Übergangsmetallnitride haben wichtige Anwendungen in der oberflächengehärteten Schicht von Schneidwerkzeugen.

Keramik zur Wärmedämmung
Die gegenwärtige Forschung zu Wärmedämmkeramiken konzentriert sich hauptsächlich auf keramische Materialien zur Wärmedämmschicht.Wärmedämmschichten werden hauptsächlich in der Flugzeugtriebwerksindustrie verwendet, die eine gute Wärmedämmwirkung und eine hohe Oxidationsbeständigkeit aufweisen.Es ist derzeit eine der fortschrittlichsten Hochtemperatur-Schutzbeschichtungen.

Die Wärmedämmschicht hat die Funktionen Wärmedämmung, Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.Sein typischer Aufbau ist ein Doppelschichtsystem, bestehend aus einer keramischen Wärmedämmschicht an der Oberfläche und einer metallischen Haftschicht in der Mitte.Die keramische Wärmedämmschicht spielt in der Wärmedämmschicht eigentlich eine isolierende Rolle.Es kann die Wärmeleitung zum Metallsubstrat effektiv reduzieren und Schlüsselkomponenten schützen.Geeignete keramische Materialien für Wärmedämmschichten müssen die Anforderungen eines hohen Schmelzpunkts, einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit, einer besseren Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten an die Metallmatrix, einer guten chemischen Stabilität bei hoher Temperatur, einer hohen Haftung an der Metallschicht und keiner Phasenänderung zwischen Raumtemperatur erfüllen und Arbeitstemperatur.

1. Oxidstabilisiertes ZrO2
Oxidstabilisiertes ZrO2 hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine gute Hochtemperaturleistung.Es war lange Zeit das wichtigste keramische Material für Wärmedämmschichten.Es gibt viele Arten von Oxiden, die zur Stabilisierung von ZrO2 verwendet werden, darunter zweiwertige Stabilisatoren wie CaO und MgO, dreiwertige Stabilisatoren wie Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3 und vierwertige Stabilisatoren wie CeO2 und HfO2.

2. ABO3-Keramik mit Perowskitstruktur
Unter den Perowskit-strukturierten ABO3-Keramiken wurden SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3 usw. in der Frühphase in Wärmedämmschichten verwendet.Der Schmelzpunkt von SrZrO3 liegt bei 2690 ℃.Seine Phasenstabilität bei hohen Temperaturen ist jedoch schlecht.Es ist nicht geeignet, allein als Wärmedämmbeschichtungsmaterial bei hohen Temperaturen verwendet zu werden.Der Schmelzpunkt von BaZrO3 liegt bei 2000 ℃.Sein Ausdehnungskoeffizient ist viel niedriger als der von YSZ.Daher ist seine Wärmeschockbeständigkeit schlecht.

3. A2B2O7 keramische Materialien
A2B2O7 (A ist ein Seltenerdelement, B ist Zr, Hf, Ce und andere Elemente) Keramikmaterial hat eine geringere Wärmeleitfähigkeit als ZrO2-Material.Es ist ein äquivalenter Wärmeausdehnungskoeffizient und eine gute Hochtemperaturphasenstabilität.Mittlerweile gilt es als das vielversprechendste Materialsystem, um ZrO2 zu ersetzen.

4. Keramik mit Magnetitstruktur MMeAl11O19
Die Mikrostruktur von Hexaaluminat-MMeAl11O19-Keramik (M ist La, Nd, Sr und andere Elemente, Me ist ein Erdalkalimetallelement usw.) mit Magnetit-Leiterstruktur besteht aus zufällig angeordneten Schichten.Als Wärmedämmschicht wurde sie erst spät entwickelt, um langfristig eine gute Struktur und thermische Stabilität bei hohen Temperaturen zu erhalten.Es hat eine Sinterrate, die weit unter der von ZrO2-basierten Wärmedämmbeschichtungsmaterialien liegt.Es gibt viele Mikroporen, um eine gute Wärmedämmwirkung zu gewährleisten.

5. Andere keramische Materialien
Neben den oben genannten Keramikmaterialien für Wärmedämmschichten wurden auch andere Keramikmaterialien mit Anwendungsperspektiven für Wärmedämmschichten entwickelt.Y3Al5O12 (kurz YAG) ist auch ein gutes Wärmedämmschichtmaterial, das zur Granatstruktur gehört.Es kann nicht nur eine gute thermische Stabilität von Raumtemperatur bis zum Schmelzpunkt (1970 ℃) beibehalten, sondern auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.Die Diffusionsgeschwindigkeit von Sauerstoff in YAG ist um 10 Größenordnungen kleiner als die in ZrO2.Daher kann YAG das Substrat und die Metallbindungsschicht gut schützen.