بسته به ویژگی های دمای بالا، سرامیک های پیشرفته به طور گسترده در صنایع شیمیایی، متالورژی، ماشین آلات، هوا فضا و سایر زمینه ها استفاده می شود.از ویژگی های دمای بالای آن می توان به مقاومت در برابر دمای بالا و عایق حرارتی اشاره کرد.

آیا تفاوت یا ارتباط بین این دو را می دانید؟
سرامیک های مقاوم در برابر دمای بالا عمدتاً در "نقطه ذوب بالا" سرامیک ها هدف قرار می گیرند.به عبارت دیگر، تخریب آنها در دماهای بالا آسان نیست، در حالی که سرامیک های عایق حرارتی عمدتاً در جهت "رسانایی حرارتی کم" برخی از سرامیک های خاص هستند، یعنی می توانند گرما را جدا کنند.«مواد عایق حرارتی» مورد بحث شامل «عایق حرارتی»، «عایق سرما»، «مواد عایق حرارتی» و غیره است. پژوهش حاضر در مورد سرامیک های عایق حرارتی عموماً بر روی عایق حرارتی در دماهای بالا متمرکز شده است.بنابراین، در محدوده این تحقیق کاربردی، سرامیک های مقاوم در برابر دمای بالا ممکن است لزوماً عایق حرارتی نباشند.با این حال، در محیط های کاری با دمای بالا، سرامیک های عایق حرارتی باید الزامات مقاومت در برابر دمای بالا و عایق حرارتی را برآورده کنند.

سرامیک های مقاوم در برابر درجه حرارت بالا
به طور کلی، سرامیک های مقاوم در برابر دمای بالا به نام کلی مواد سرامیکی که دمای ذوب آنها بالاتر از نقطه ذوب اکسید سیلیکون است (1728 ℃) اشاره دارد.بخش مهمی از سرامیک های خاص و گاهی اوقات بخشی از مواد نسوز با درجه حرارت بالا است.

با توجه به ترکیب شیمیایی اصلی مواد سرامیکی، آنها را می توان به سرامیک های اکسیدی با دمای بالا (مانند Al2O3، ZrO2، MgO، CaO، ThO2، Cr2O3، SiO2، BeO، 3Al2O3 · 2SiO2، و غیره)، سرامیک های کاربید، سرامیک بورید، سرامیک نیترید و سرامیک سیلیسید.به عنوان یک ماده ساختاری با دمای بالا، به طور گسترده ای در هوا فضا، انرژی اتمی، فناوری الکترونیک، ماشین آلات، صنایع شیمیایی، متالورژی و بسیاری از بخش های دیگر استفاده می شود.این یک ماده مهندسی با دمای بالا برای علم و فناوری مدرن ضروری است.

اخیراً، ذوب و سایر تجهیزات حرارتی الزامات بالاتر و بالاتری را برای مواد و محصولات سرامیکی مقاوم در برابر درجه حرارت بالا مطرح کرده اند.توسعه سریع صنعت هوافضا همچنین باعث توسعه سرامیک های مقاوم در برابر دمای بالا به منظور بهبود کیفیت و تنوع آن شده است.در حال حاضر، مواد سرامیکی مقاوم در برابر درجه حرارت بالا تک جزئی به دلیل ترکیب واحد خود دارای کاستی های آشکاری از نظر خواص هستند، مانند مواد کوراندوم، دمای پخت بالا، ضریب انبساط حرارتی زیاد زینتر، مقاومت در برابر شوک حرارتی ضعیف و مقاومت اکسیداسیون ضعیف سرامیک کاربید سیلیکون. مواد.علاوه بر این، پردازش مواد سرامیکی مقاوم در برابر دمای بالا دشوار است.آنها دارای مقاومت شوک حرارتی ضعیفی هستند، علاوه بر این، اتصال آنها آسان نیست، که همچنین باعث ایجاد کامپوزیت مواد سرامیکی مقاوم در برابر درجه حرارت بالا، مانند مواد Sialon، مواد کامپوزیت Sialon، مواد پوشش سرامیکی مقاوم در برابر درجه حرارت بالا، سرامیک کامپوزیت کاربید می شود. مواد مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و غیره

مواد سرامیکی با دمای فوق العاده بالا
سرامیک با دمای فوق العاده بالا (UHTC) به ترکیبات سرامیکی با نقطه ذوب بیش از 3000 ℃ مانند ZrC، HfC، TaC، HfB2، ZrB2، HfN و غیره اشاره دارد.

آنها پایداری حرارتی عالی و خواص فیزیکی عالی، از جمله مدول الاستیک بالا، سختی بالا، فشار بخار اشباع کم، هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی بالا، نرخ انبساط حرارتی متوسط ​​و مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب دارند.آنها می توانند استحکام بالایی را در دماهای بالا حفظ کنند، معمولاً شامل بوریدهای فلزات واسطه، نیتریدهای کاربید و کامپوزیت های آنها.

1. سرامیک بورید با دمای فوق العاده بالا
سرامیک های بورید با دمای بسیار بالا عمدتاً شامل سرامیک های HfB2، ZrB2، TaB2، TiB2 و YB4 هستند.این مواد سرامیکی به دلیل داشتن پیوندهای کووالانسی قوی دارای ویژگی های نقطه ذوب بالا، سختی بالا، استحکام بالا، سرعت تبخیر کم، هدایت حرارتی و رسانایی بالا هستند.ZrB2 و HfB2 به طور گسترده ای UHTC مورد مطالعه در سرامیک بورید هستند.با این حال، مقاومت اکسیداسیون ضعیف آنها کاربرد گسترده آنها را محدود می کند.

2. سرامیک کاربید با دمای فوق العاده بالا
در میان سرامیک های کاربید، ZrC، HfC، TaC و TiC را می توان در دماهای بسیار بالا استفاده کرد.این نوع سرامیک ها نقطه ذوب بسیار بالایی دارند.در طول فرآیند گرمایش یا سرمایش، تغییر فاز جامد را تجربه نمی کند و مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت دمایی بالا دارد.با این حال، چقرمگی شکست UHTCs کاربید کم است، و مقاومت در برابر اکسیداسیون ضعیف است.

3. سرامیک نیترید با دمای فوق العاده بالا
سرامیک های نیترید با دمای بسیار بالا مانند ZrN، HfN و TaN نیز خواص خوبی دارند.نیتریدهای فلزات واسطه نقطه ذوب بالایی دارند.با این حال، نقطه ذوب چنین نیتریدهای نسوز نیز با فشار محیط مرتبط است.همه نیتریدهای نسوز برای کار در محیط اکسیداسیون با دمای بالا و فشار بالا مناسب نیستند.نیتریدهای فلزات واسطه کاربردهای مهمی در لایه سخت شده سطحی ابزارهای برش دارند.

سرامیک های عایق حرارتی
تحقیق حاضر در مورد سرامیک های عایق حرارتی بیشتر بر روی مواد سرامیکی پوشش سد حرارتی متمرکز شده است.پوشش مانع حرارتی عمدتاً در صنعت موتورهای هوایی استفاده می شود که دارای اثر عایق حرارتی خوب و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا است.این یکی از پیشرفته ترین پوشش های محافظ در دمای بالا در حال حاضر است.

پوشش مانع حرارتی دارای عملکردهای عایق حرارتی، مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا و مقاومت در برابر خوردگی است.ساختار معمولی آن یک سیستم دو لایه است که از یک لایه مانع حرارتی سرامیکی در سطح و یک لایه اتصال فلزی در وسط تشکیل شده است.لایه سد حرارتی سرامیکی در واقع نقش عایق را در پوشش سد حرارتی ایفا می کند.این می تواند به طور موثری هدایت گرما را به بستر فلزی کاهش دهد و از اجزای کلیدی محافظت کند.مواد سرامیکی مناسب برای پوشش های مانع حرارتی باید شرایط نقطه ذوب بالا، هدایت حرارتی پایین، تطابق بهتر ضریب انبساط حرارتی با زمینه فلزی، پایداری شیمیایی خوب در دمای بالا، چسبندگی بالا با لایه فلزی و عدم تغییر فاز بین دمای اتاق را برآورده کنند. و دمای کار

1. ZrO2 تثبیت شده با اکسید
ZrO2 تثبیت شده با اکسید دارای هدایت حرارتی کم، ضریب انبساط حرارتی بالا و عملکرد دمای بالا خوب است.این ماده سرامیکی اصلی پوشش مانع حرارتی برای مدت طولانی بوده است.انواع مختلفی از اکسیدها برای تثبیت ZrO2 استفاده می شود، از جمله تثبیت کننده های دو ظرفیتی مانند CaO و MgO، تثبیت کننده های سه ظرفیتی مانند Y2O3، Sm2O3، Nd2O3، Er2O3، و تثبیت کننده های چهار ظرفیتی مانند CeO2 و HfO2.

2. سرامیک ABO3 با ساختار پروسکایت
در میان سرامیک‌های ABO3 با ساختار پروسکایت، SrZrO3، BaZrO3، MgZrO3 و غیره در پوشش‌های سد حرارتی در مراحل اولیه مورد استفاده قرار گرفتند.نقطه ذوب SrZrO3 به 2690 ℃ می رسد.با این حال، پایداری فاز آن در دماهای بالا ضعیف است.استفاده از آن به تنهایی به عنوان ماده پوشش سد حرارتی در دماهای بالا مناسب نیست.نقطه ذوب BaZrO3 2000 ℃ است.ضریب انبساط آن بسیار کمتر از YSZ است.بنابراین مقاومت شوک حرارتی آن ضعیف است.

3. مواد سرامیکی A2B2O7
A2B2O7 (A عنصر خاکی کمیاب است، B Zr، Hf، Ce و عناصر دیگر است) مواد سرامیکی رسانایی حرارتی کمتری نسبت به مواد ZrO2 دارند.این ضریب انبساط حرارتی معادل و پایداری فاز در دمای بالا است.در همین حال، این سیستم امیدوار کننده ترین سیستم مواد برای جایگزینی ZrO2 در نظر گرفته می شود.

4. سرامیک ساختار مگنتیت MMeAl11O19
ریزساختار هگزا آلومینات MMeAl11O19 (M است La، Nd، Sr و عناصر دیگر، Me عنصر فلز قلیایی خاکی و غیره است) سرامیک با ساختار سرب مگنتیت از لایه‌هایی که به‌طور تصادفی مرتب شده‌اند تشکیل شده است.به عنوان یک پوشش مانع حرارتی، برای حفظ ساختار خوب طولانی مدت و پایداری حرارتی در دماهای بالا دیر توسعه یافته است.سرعت تف جوشی بسیار کمتری نسبت به مواد پوشش سد حرارتی مبتنی بر ZrO2 دارد.ریز منافذ زیادی برای اطمینان از اثر عایق حرارتی خوب وجود دارد.

5. سایر مواد سرامیکی
علاوه بر مواد سرامیکی فوق پوشش های مانع حرارتی، سایر مواد سرامیکی با چشم انداز کاربرد پوشش های مانع حرارتی نیز توسعه یافته اند.Y3Al5O12 (به اختصار YAG) همچنین یک ماده پوشش سد حرارتی خوب است که متعلق به ساختار گارنت است.این نه تنها می تواند پایداری حرارتی خوبی را از دمای اتاق تا نقطه ذوب (1970 ℃) حفظ کند، بلکه رسانایی حرارتی پایینی نیز دارد.سرعت انتشار اکسیژن در YAG 10 مرتبه کوچکتر از ZrO2 است.بنابراین YAG می تواند به خوبی از بستر و لایه اتصال فلزی محافظت کند.