Tergantung pada karakteristik suhu tinggi, keramik canggih banyak digunakan dalam industri kimia, metalurgi, permesinan, ruang angkasa, dan bidang lainnya.Karakteristik suhu tinggi termasuk ketahanan suhu tinggi dan insulasi panas.

Apakah Anda tahu perbedaan atau hubungan antara keduanya?
Keramik tahan suhu tinggi terutama ditujukan pada "titik lebur tinggi" keramik.Dengan kata lain, mereka tidak mudah hancur pada suhu tinggi, sedangkan keramik isolasi termal terutama ditujukan untuk "konduktivitas termal rendah" dari beberapa keramik khusus, yaitu dapat mengisolasi panas."Bahan isolasi termal" yang dibahas meliputi "isolasi termal", "isolasi dingin", "bahan isolasi termal", dll. Penelitian keramik isolasi termal saat ini umumnya difokuskan pada isolasi termal pada suhu tinggi.Oleh karena itu, dalam lingkup penelitian aplikasi ini, keramik tahan suhu tinggi belum tentu merupakan isolasi termal.Namun, di lingkungan kerja bersuhu tinggi, keramik insulasi termal harus memenuhi persyaratan ketahanan suhu tinggi dan insulasi termal.

keramik tahan suhu tinggi
Secara umum, keramik tahan suhu tinggi mengacu pada nama umum bahan keramik yang suhu lelehnya di atas titik leleh silikon oksida (1728 ℃).Ini adalah bagian penting dari keramik khusus, dan terkadang juga merupakan bagian dari bahan tahan api suhu tinggi.

Menurut komposisi kimia utama bahan keramik, mereka dapat dibagi menjadi keramik oksida suhu tinggi (seperti Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, dll.), keramik karbida, keramik borida, keramik nitrida, dan keramik silisida.Sebagai bahan struktural suhu tinggi, banyak digunakan di ruang angkasa, energi atom, teknologi elektronik, permesinan, industri kimia, metalurgi, dan banyak departemen lainnya.Ini adalah bahan rekayasa suhu tinggi yang sangat diperlukan untuk sains dan teknologi modern.

Baru-baru ini, peleburan dan peralatan termal lainnya telah mengajukan persyaratan yang semakin tinggi untuk bahan dan produk keramik tahan suhu tinggi.Pesatnya perkembangan industri kedirgantaraan juga telah mendorong pengembangan keramik tahan suhu tinggi untuk meningkatkan kualitas dan keragamannya.Saat ini, bahan keramik tahan suhu tinggi komponen tunggal memiliki kekurangan sifat yang jelas karena komposisi tunggal mereka, seperti bahan korundum, suhu sintering tinggi, koefisien ekspansi termal sinter yang besar, ketahanan kejut termal yang buruk, dan ketahanan oksidasi keramik silikon karbida yang buruk. bahan.Selain itu, bahan keramik tahan suhu tinggi sulit untuk diproses.Mereka memiliki ketahanan goncangan termal yang buruk Selain itu, mereka tidak mudah terikat dalam penggunaan, yang juga mendorong pengembangan komposit bahan keramik tahan suhu tinggi, seperti bahan Sialon, bahan komposit Sialon, bahan pelapis keramik tahan suhu tinggi, keramik komposit karbida bahan tahan suhu tinggi, dll.

Bahan keramik suhu sangat tinggi
Keramik suhu sangat tinggi (UHTC) mengacu pada senyawa keramik dengan titik leleh lebih dari 3000 ℃, seperti ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, dll.

Mereka memiliki stabilitas termokimia yang sangat baik dan sifat fisik yang sangat baik, termasuk modulus elastisitas tinggi, kekerasan tinggi, tekanan uap jenuh rendah, konduktivitas termal dan konduktivitas listrik yang tinggi, tingkat ekspansi termal sedang dan ketahanan kejut termal yang baik.Mereka dapat mempertahankan kekuatan tinggi pada suhu tinggi, biasanya termasuk borida logam transisi, karbida Nitrida dan kompositnya.

1. Keramik borida suhu sangat tinggi
Keramik borida suhu sangat tinggi terutama meliputi keramik HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 dan YB4.Bahan keramik ini memiliki karakteristik titik leleh tinggi, kekerasan tinggi, kekuatan tinggi, laju penguapan rendah, konduktivitas dan konduktivitas termal tinggi, karena ikatan kovalennya yang kuat.ZrB2 dan HfB2 adalah UHTC yang paling banyak dipelajari dalam keramik borida.Namun, ketahanan oksidasinya yang buruk membatasi aplikasinya yang luas.

2. Keramik karbida suhu sangat tinggi
Di antara keramik karbida, ZrC, HfC, TaC, dan TiC dapat digunakan pada suhu sangat tinggi.Keramik jenis ini memiliki titik leleh yang sangat tinggi.Itu tidak mengalami transformasi fase padat selama proses pemanasan atau pendinginan, dan memiliki ketahanan kejut termal yang baik dan kekuatan suhu tinggi.namun, ketangguhan retak UHTC karbida rendah, dan ketahanan oksidasinya buruk.

3. Keramik nitrida suhu sangat tinggi
Keramik nitrida suhu sangat tinggi, seperti ZrN, HfN, dan TaN juga memiliki sifat yang baik.Nitrida logam transisi memiliki titik leleh yang tinggi.Namun, titik leleh nitrida tahan api tersebut juga terkait dengan tekanan sekitar.Tidak semua nitrida tahan api cocok untuk bekerja di lingkungan oksidasi suhu tinggi dan tekanan tinggi.Nitrida logam transisi memiliki aplikasi penting pada lapisan permukaan alat pemotong yang diperkeras.

Keramik isolasi termal
Penelitian keramik isolasi termal saat ini sebagian besar difokuskan pada bahan keramik pelapis penghalang termal.Lapisan penghalang termal terutama digunakan dalam industri mesin terbang, yang memiliki efek isolasi termal yang baik dan ketahanan oksidasi suhu tinggi.Ini adalah salah satu pelapis pelindung suhu tinggi tercanggih saat ini.

Lapisan penghalang termal memiliki fungsi insulasi panas, ketahanan oksidasi suhu tinggi dan ketahanan korosi.Struktur tipikalnya adalah sistem lapisan ganda, terdiri dari lapisan penghalang termal keramik di permukaan dan lapisan pengikat logam di tengah.Lapisan penghalang termal keramik sebenarnya memainkan peran isolasi dalam lapisan penghalang termal.Secara efektif dapat mengurangi konduksi panas ke substrat logam dan melindungi komponen utama.Bahan keramik yang cocok untuk lapisan penghalang termal harus memenuhi persyaratan titik leleh tinggi, konduktivitas termal rendah, pencocokan koefisien ekspansi termal dengan matriks logam yang lebih baik, stabilitas kimia yang baik pada suhu tinggi, daya rekat tinggi dengan lapisan logam, dan tidak ada perubahan fasa antara suhu kamar dan suhu kerja.

1. Oksida menstabilkan ZrO2
Oksida yang distabilkan ZrO2 memiliki konduktivitas termal yang rendah, koefisien ekspansi termal yang tinggi, dan kinerja suhu tinggi yang baik.Ini telah menjadi bahan keramik utama pelapis penghalang termal untuk jangka waktu yang lama.Ada banyak jenis oksida yang digunakan untuk menstabilkan ZrO2, antara lain penstabil divalen seperti CaO dan MgO, penstabil trivalen seperti Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3, dan penstabil tetravalen seperti CeO2 dan HfO2.

2. Keramik ABO3 dengan struktur perovskite
Di antara keramik ABO3 berstruktur perovskit, SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3, dll. digunakan dalam lapisan penghalang termal pada tahap awal.Titik leleh SrZrO3 setinggi 2690 ℃.Namun, stabilitas fasanya pada suhu tinggi buruk.Tidak cocok untuk digunakan sendiri sebagai bahan pelapis penghalang panas pada suhu tinggi.Titik leleh BaZrO3 adalah 2000 ℃.Koefisien ekspansinya jauh lebih rendah daripada YSZ.Oleh karena itu, ketahanan kejut termalnya buruk.

3. Bahan keramik A2B2O7
A2B2O7 (A adalah elemen tanah jarang, B adalah Zr, Hf, Ce dan elemen lainnya) bahan keramik memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan bahan ZrO2.Ini adalah koefisien ekspansi termal yang setara dan stabilitas fase suhu tinggi yang baik.Sementara itu, dianggap sebagai sistem material yang paling menjanjikan untuk menggantikan ZrO2.

4. Struktur magnetit keramik MMeAl11O19
Mikrostruktur heksaaluminat MMeAl11O19 (M adalah La, Nd, Sr dan elemen lainnya, Me adalah elemen logam alkali tanah, dll.) keramik dengan struktur timbal magnetit terdiri dari lapisan yang tersusun secara acak.Sebagai lapisan penghalang termal, ini dikembangkan terlambat untuk mempertahankan struktur jangka panjang yang baik dan stabilitas termal pada suhu tinggi.Ini memiliki tingkat sintering yang jauh lebih rendah daripada bahan pelapis penghalang termal berbasis ZrO2.Ada banyak mikropori untuk memastikan efek isolasi termal yang baik.

5. Bahan keramik lainnya
Selain bahan keramik pelapis penghalang termal di atas, bahan keramik lain dengan prospek aplikasi pelapis penghalang termal juga telah dikembangkan.Y3Al5O12 (disingkat YAG) juga merupakan bahan pelapis penghalang termal yang baik, termasuk dalam struktur garnet.Itu tidak hanya dapat menjaga stabilitas termal yang baik dari suhu kamar hingga titik leleh (1970 ℃), tetapi juga memiliki konduktivitas termal yang rendah.Tingkat difusi oksigen dalam YAG adalah 10 lipat lebih kecil dari pada ZrO2.Oleh karena itu, YAG dapat melindungi lapisan substrat dan ikatan logam dengan baik.