En fonction de leurs caractéristiques à haute température, les céramiques avancées sont largement utilisées dans l'industrie chimique, la métallurgie, les machines, l'aérospatiale et d'autres domaines.Ses caractéristiques à haute température incluent une résistance à haute température et une isolation thermique.

Connaissez-vous les différences ou les liens entre les deux ?
Les céramiques résistantes aux hautes températures sont principalement destinées au "point de fusion élevé" de la céramique.En d'autres termes, ils ne sont pas faciles à détruire à des températures élevées, tandis que les céramiques d'isolation thermique visent principalement la "faible conductivité thermique" de certaines céramiques spéciales, c'est-à-dire qu'elles peuvent isoler la chaleur.Les "matériaux d'isolation thermique" discutés comprennent "l'isolation thermique", "l'isolation froide", les "matériaux d'isolation thermique", etc. Les recherches actuelles sur les céramiques d'isolation thermique se concentrent généralement sur l'isolation thermique à haute température.Par conséquent, dans le cadre de cette recherche d'application, les céramiques résistantes aux hautes températures ne sont pas nécessairement des isolants thermiques.Cependant, dans les environnements de travail à haute température, les céramiques d'isolation thermique doivent répondre aux exigences de résistance à haute température et d'isolation thermique.

Céramique résistante aux hautes températures
D'une manière générale, les céramiques résistantes aux hautes températures désignent le nom général des matériaux céramiques dont la température de fusion est supérieure au point de fusion de l'oxyde de silicium (1728 ℃).C'est une partie importante des céramiques spéciales, et parfois aussi une partie des matériaux réfractaires à haute température.

Selon la composition chimique principale des matériaux céramiques, ils peuvent être divisés en céramiques d'oxyde à haute température (telles que Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, etc.), céramiques de carbure, les céramiques au borure, les céramiques au nitrure et les céramiques au siliciure.En tant que matériau structurel à haute température, il est largement utilisé dans l'aérospatiale, l'énergie atomique, la technologie électronique, les machines, l'industrie chimique, la métallurgie et de nombreux autres départements.C'est un matériau d'ingénierie à haute température indispensable pour la science et la technologie modernes.

Récemment, les fonderies et autres équipements thermiques ont mis en avant des exigences de plus en plus élevées pour les matériaux et produits céramiques résistants aux hautes températures.Le développement rapide de l'industrie aérospatiale a également stimulé le développement de céramiques résistantes aux hautes températures afin d'améliorer sa qualité et sa variété.À l'heure actuelle, les matériaux céramiques monocomposants résistants aux hautes températures présentent des défauts évidents de propriétés en raison de leur composition unique, tels que les matériaux en corindon, la température de frittage élevée, le coefficient de dilatation thermique élevé du fritté, la faible résistance aux chocs thermiques et la faible résistance à l'oxydation de la céramique au carbure de silicium. matériaux.De plus, les matériaux céramiques résistants aux hautes températures sont difficiles à traiter.Ils ont une faible résistance aux chocs thermiques. De plus, ils ne sont pas faciles à coller en cours d'utilisation, ce qui favorise également le développement de matériaux composites céramiques résistants aux hautes températures, tels que les matériaux Sialon, les matériaux composites Sialon, les matériaux de revêtement céramique résistants aux hautes températures, la céramique composite carbure matériaux résistants aux hautes températures, etc.

Matériaux céramiques ultra haute température
Les céramiques à ultra haute température (UHTC) désignent des composés céramiques avec un point de fusion supérieur à 3000 ℃, tels que ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, etc.

Ils ont une excellente stabilité thermochimique et d'excellentes propriétés physiques, notamment un module élastique élevé, une dureté élevée, une faible pression de vapeur saturante, une conductivité thermique et une conductivité électrique élevées, un taux de dilatation thermique modéré et une bonne résistance aux chocs thermiques.Ils peuvent maintenir une résistance élevée à des températures élevées, comprenant généralement des borures de métaux de transition, des nitrures de carbures et leurs composites.

1. Céramique au borure ultra-haute température
Les céramiques au borure à ultra haute température comprennent principalement les céramiques HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 et YB4.Ces matériaux céramiques ont les caractéristiques d'un point de fusion élevé, d'une dureté élevée, d'une résistance élevée, d'un faible taux d'évaporation, d'une conductivité thermique et d'une conductivité élevées, en raison de leurs fortes liaisons covalentes.ZrB2 et HfB2 sont les UHTC les plus étudiés dans les céramiques au borure.Cependant, leur faible résistance à l'oxydation limite leur large application.

2. Céramique carbure ultra-haute température
Parmi les céramiques au carbure, ZrC, HfC, TaC et TiC peuvent être utilisées à des températures ultra-élevées.Ce type de céramique a un point de fusion très élevé.Il ne subit pas de transformation en phase solide pendant le processus de chauffage ou de refroidissement et présente une bonne résistance aux chocs thermiques et une résistance aux hautes températures.cependant, la ténacité à la rupture des UHTC en carbure est faible et la résistance à l'oxydation est médiocre.

3. Céramique de nitrure à très haute température
Les céramiques nitrurées à ultra haute température, telles que ZrN, HfN et TaN, ont également de bonnes propriétés.Les nitrures de métaux de transition ont des points de fusion élevés.Cependant, le point de fusion de tels nitrures réfractaires est également lié à la pression ambiante.Tous les nitrures réfractaires ne conviennent pas pour travailler dans un environnement d'oxydation à haute température et haute pression.Les nitrures de métaux de transition ont des applications importantes dans la couche durcie en surface des outils de coupe.

Céramique d'isolation thermique
Les recherches actuelles sur les céramiques d'isolation thermique se concentrent principalement sur les matériaux céramiques de revêtement de barrière thermique.Le revêtement de barrière thermique est principalement utilisé dans l'industrie des moteurs aéronautiques, qui a un bon effet d'isolation thermique et une résistance à l'oxydation à haute température.C'est l'un des revêtements de protection à haute température les plus avancés à l'heure actuelle.

Le revêtement de barrière thermique a les fonctions d'isolation thermique, de résistance à l'oxydation à haute température et de résistance à la corrosion.Sa structure typique est un système à double couche, composé d'une couche de barrière thermique en céramique sur la surface et d'une couche de liaison métallique au milieu.La couche céramique de barrière thermique joue en effet un rôle isolant dans le revêtement de barrière thermique.Il peut réduire efficacement la conduction thermique vers le substrat métallique et protéger les composants clés.Les matériaux céramiques appropriés pour les revêtements de barrière thermique doivent répondre aux exigences de point de fusion élevé, de faible conductivité thermique, d'une meilleure correspondance du coefficient de dilatation thermique avec la matrice métallique, d'une bonne stabilité chimique à haute température, d'une adhérence élevée avec la couche métallique et d'aucun changement de phase entre la température ambiante et la température de travail.

1. Oxyde stabilisé ZrO2
Le ZrO2 stabilisé à l'oxyde a une faible conductivité thermique, un coefficient de dilatation thermique élevé et de bonnes performances à haute température.C'est le principal matériau céramique du revêtement de barrière thermique depuis longtemps.Il existe de nombreux types d'oxydes utilisés pour stabiliser ZrO2, y compris des stabilisants divalents tels que CaO et MgO, des stabilisants trivalents tels que Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3 et des stabilisants tétravalents tels que CeO2 et HfO2.

2. Céramique ABO3 à structure pérovskite
Parmi les céramiques ABO3 structurées en pérovskite, SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3, etc. ont été utilisées dans les revêtements de barrière thermique à un stade précoce.Le point de fusion de SrZrO3 est aussi élevé que 2690 ℃.Cependant, sa stabilité de phase à haute température est médiocre.Il ne convient pas pour être utilisé seul comme matériau de revêtement de barrière thermique à des températures élevées.Le point de fusion de BaZrO3 est de 2000 ℃.Son coefficient de dilatation est bien inférieur à celui de YSZ.Par conséquent, sa résistance aux chocs thermiques est médiocre.

3. Matériaux céramiques A2B2O7
Le matériau céramique A2B2O7 (A est un élément de terre rare, B est Zr, Hf, Ce et d'autres éléments) a une conductivité thermique inférieure à celle du matériau ZrO2.C'est un coefficient de dilatation thermique équivalent et une bonne stabilité de phase à haute température.Pendant ce temps, il est considéré comme le système de matériaux le plus prometteur pour remplacer le ZrO2.

4. Céramique MMeAl11O19 à structure magnétite
La microstructure de la céramique hexaaluminate MMeAl11O19 (M est La, Nd, Sr et d'autres éléments, Me est un élément de métal alcalino-terreux, etc.) à structure de plomb magnétite est composée de couches disposées de manière aléatoire.En tant que revêtement de barrière thermique, il est développé tardivement pour maintenir une bonne structure et une stabilité thermique à long terme à des températures élevées.Il a un taux de frittage bien inférieur à celui des matériaux de revêtement de barrière thermique à base de ZrO2.Il existe de nombreux micropores pour assurer un bon effet d'isolation thermique.

5. Autres matériaux céramiques
En plus des matériaux céramiques ci-dessus de revêtements de barrière thermique, d'autres matériaux céramiques avec des perspectives d'application de revêtements de barrière thermique ont également été développés.Y3Al5O12 (YAG en abrégé) est également un bon matériau de revêtement de barrière thermique, appartenant à la structure du grenat.Il peut non seulement maintenir une bonne stabilité thermique de la température ambiante au point de fusion (1970 ℃), mais également avoir une faible conductivité thermique.Le taux de diffusion de l'oxygène dans le YAG est inférieur de 10 ordres de grandeur à celui du ZrO2.Par conséquent, YAG peut bien protéger le substrat et la couche de liaison métallique.