Las cerámicas avanzadas se utilizan ampliamente en la industria química, la metalurgia, la maquinaria, la industria aeroespacial y otros campos debido a sus características de alta temperatura.Sus características de alta temperatura incluyen resistencia a altas temperaturas y aislamiento térmico.¿Cuáles son las diferencias y conexiones entre los dos?
Las cerámicas resistentes a altas temperaturas están dirigidas principalmente al "alto punto de fusión" de las cerámicas, es decir, no son fáciles de destruir a altas temperaturas, mientras que las cerámicas de aislamiento térmico están dirigidas principalmente a la "baja conductividad térmica" de algunas cerámicas especiales, es decir, pueden aislar el calor.Cabe señalar que cuando hablamos de "materiales aislantes térmicos", generalmente incluyen "aislantes térmicos", "aislantes fríos", "materiales aislantes térmicos", etc. En la actualidad, la investigación sobre aislamiento térmico cerámico se centra generalmente en aislamiento a altas temperaturas.Por lo tanto, dentro del alcance de esta investigación de aplicación, podemos saber que las cerámicas resistentes a altas temperaturas pueden no ser necesariamente un aislamiento térmico, pero en entornos de trabajo de alta temperatura, las cerámicas de aislamiento térmico deben cumplir con los requisitos de resistencia a altas temperaturas y aislamiento térmico.

Cerámica resistente a altas temperaturas.
En términos generales, las cerámicas resistentes a altas temperaturas se refieren al nombre general de los materiales cerámicos cuya temperatura de fusión está por encima del punto de fusión del óxido de silicio (1728 ℃).Es una parte importante de las cerámicas especiales y, a veces, también de los materiales refractarios de alta temperatura.

Según la composición química principal de los materiales cerámicos, se pueden dividir en cerámicas de óxido de alta temperatura (como Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, etc.), cerámicas de carburo, cerámica de boruro, cerámica de nitruro y cerámica de siliciuro.Como material estructural de alta temperatura, es ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, energía atómica, tecnología electrónica, maquinaria, industria química, metalurgia y muchos otros departamentos.Es un material de ingeniería de alta temperatura indispensable para la ciencia y la tecnología modernas.

En los últimos años, a medida que los equipos de fundición y otros equipos térmicos presentan requisitos cada vez más altos para materiales y productos cerámicos resistentes a altas temperaturas, el rápido desarrollo de la industria aeroespacial también ha estimulado el desarrollo de cerámicas resistentes a altas temperaturas, por lo que su calidad y variedad se mejoran constantemente. .En la actualidad, los materiales cerámicos resistentes a altas temperaturas de un solo componente tienen deficiencias obvias en las propiedades debido a su composición única, como materiales de corindón, alta temperatura de sinterización, gran coeficiente de expansión térmica del sinterizado, poca resistencia al choque térmico y poca resistencia a la oxidación de la cerámica de carburo de silicio. materialesAdemás, los materiales cerámicos resistentes a altas temperaturas son difíciles de procesar, tienen poca resistencia al choque térmico y no son fáciles de unir durante el uso, lo que también promueve el desarrollo de compuestos de materiales cerámicos resistentes a altas temperaturas, como materiales Sialon, materiales compuestos Sialon , materiales de revestimiento cerámico resistentes a altas temperaturas, materiales cerámicos compuestos de carburo resistentes a altas temperaturas, etc.

Materiales cerámicos de ultra alta temperatura.
Las cerámicas de ultra alta temperatura (UHTC) se refieren a compuestos cerámicos con un punto de fusión de más de 3000 ℃, como ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, etc., que tienen una excelente estabilidad termoquímica y excelentes propiedades físicas, incluyendo alta módulo elástico, alta dureza, baja presión de vapor saturado, alta conductividad térmica y conductividad eléctrica, tasa de expansión térmica moderada y buena resistencia al choque térmico, y puede mantener una alta resistencia a altas temperaturas, generalmente incluyendo boruros de metales de transición, carburos, nitruros y sus compuestos.

1. Cerámica de boruro de temperatura ultra alta
Las cerámicas de boruro de ultra alta temperatura incluyen principalmente cerámicas HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 e YB4.Estos materiales cerámicos tienen las características de alto punto de fusión, alta dureza, alta resistencia, baja tasa de evaporación, alta conductividad térmica y conductividad debido a sus fuertes enlaces covalentes.ZrB2 y HfB2 son los UHTC más ampliamente estudiados en cerámicas de boruro, pero su pobre resistencia a la oxidación limita su amplia aplicación.

2. Cerámica de carburo de temperatura ultra alta
Entre las cerámicas de carburo, ZrC, HfC, TaC y TiC se pueden usar a temperaturas ultra altas.Este tipo de cerámica tiene un punto de fusión muy alto, no sufre transformación de fase sólida durante el proceso de calentamiento o enfriamiento, y tiene buena resistencia al choque térmico y resistencia a altas temperaturas, pero la tenacidad a la fractura de los UHTC de carburo es baja y la resistencia a la oxidación es pobre.

3. Cerámica de nitruro de temperatura ultra alta
Las cerámicas de nitruro de ultra alta temperatura como ZrN, HfN y TaN también tienen buenas propiedades.Los nitruros de metales de transición tienen puntos de fusión elevados.Sin embargo, el punto de fusión de dichos nitruros refractarios también está relacionado con la presión ambiental, y no todos los nitruros refractarios son adecuados para trabajar en el entorno de oxidación a alta temperatura y alta presión.Los nitruros de metales de transición tienen importantes aplicaciones en la capa endurecida superficial de las herramientas de corte.

Cerámica de aislamiento térmico
En la actualidad, la investigación sobre materiales cerámicos aislantes térmicos se centra principalmente en materiales cerámicos de revestimiento de barrera térmica.El revestimiento de barrera térmica se utiliza principalmente en la industria de motores aeronáuticos, que tiene un buen efecto de aislamiento térmico y resistencia a la oxidación a altas temperaturas.Es uno de los recubrimientos protectores de alta temperatura más avanzados en la actualidad.

El revestimiento de barrera térmica tiene las funciones de aislamiento térmico, resistencia a la oxidación a alta temperatura y resistencia a la corrosión.Su estructura típica es un sistema de doble capa, que consta de una capa de barrera térmica de cerámica en la superficie y una capa de unión de metal en el medio.La capa de barrera térmica de cerámica en realidad juega un papel aislante en el revestimiento de barrera térmica, que puede reducir efectivamente la conducción de calor al sustrato metálico y proteger los componentes clave.Los materiales cerámicos adecuados para revestimientos de barrera térmica deben cumplir los requisitos de alto punto de fusión, baja conductividad térmica, mejor coincidencia del coeficiente de expansión térmica con la matriz metálica, buena estabilidad química a alta temperatura, alta adhesión con la capa metálica y sin cambio de fase entre temperatura ambiente y temperatura de trabajo.
1. ZrO2 estabilizado con óxido
El ZrO2 estabilizado con óxido tiene baja conductividad térmica, alto coeficiente de expansión térmica y buen rendimiento a altas temperaturas, y ha sido el principal material cerámico del recubrimiento de barrera térmica durante un largo período de tiempo.Hay muchos tipos de óxidos utilizados para estabilizar ZrO2, incluidos estabilizadores divalentes como CaO y MgO, estabilizadores trivalentes como Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3 y estabilizadores tetravalentes como CeO2 y HfO2.

2. Cerámica ABO3 con estructura de perovskita
Entre las cerámicas ABO3 con estructura de perovskita, SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3, etc. se utilizaron en los recubrimientos de barrera térmica en las primeras etapas.Aunque el punto de fusión de SrZrO3 es tan alto como 2690 ℃, su estabilidad de fase a altas temperaturas es pobre y no es adecuado para usarse solo como material de revestimiento de barrera térmica a altas temperaturas.El punto de fusión de BaZrO3 es de 2000 ℃ y su coeficiente de expansión es mucho más bajo que el de YSZ, por lo que su resistencia al choque térmico es deficiente.

3. Materiales cerámicos A2B2O7
El material cerámico A2B2O7 (A es un elemento de tierras raras, B es Zr, Hf, Ce y otros elementos) tiene una conductividad térmica más baja que el material ZrO2, un coeficiente de expansión térmica equivalente y una buena estabilidad de fase a alta temperatura, y se considera que es el material más prometedor. sistema para reemplazar ZrO2.

4. Estructura de magnetita Cerámica MMeAl11O19
La microestructura de la cerámica de hexaaluminato MMeAl11O19 (M es La, Nd, Sr y otros elementos, Me es un elemento de metal alcalinotérreo, etc.) con estructura de plomo de magnetita se compone de capas dispuestas al azar.Es un recubrimiento de barrera térmica desarrollado tardíamente para mantener una buena estructura y estabilidad térmica a largo plazo a altas temperaturas.Tiene una tasa de sinterización mucho más baja que la de los materiales de revestimiento de barrera térmica basados ​​en ZrO2.Hay muchos microporos y tiene un buen efecto de aislamiento térmico.

5. Otros materiales cerámicos
Además de los materiales cerámicos anteriores de revestimientos de barrera térmica, también se han desarrollado otros materiales cerámicos con perspectivas de aplicación de revestimientos de barrera térmica.Y3Al5O12 (YAG para abreviar) también es un buen material de revestimiento de barrera térmica, que pertenece a la estructura granate.Puede mantener una buena estabilidad térmica desde la temperatura ambiente hasta el punto de fusión (1970 ℃) y tiene una baja conductividad térmica.La tasa de difusión de oxígeno en YAG es 10 órdenes de magnitud menor que la de ZrO2, por lo que YAG puede proteger bien el sustrato y la capa de unión de metal.