高度なセラミックスは、その高温特性により、化学工業、冶金、機械、航空宇宙などの分野で広く使用されています。その高温特性には、高温耐性と断熱性が含まれます。両者の違いと関係は何ですか？
耐熱セラミックスは主にセラミックスの「高融点」、つまり高温で破壊されにくいことを目的としていますが、断熱セラミックスは主に一部の特殊セラミックスの「低熱伝導率」を目的としています。つまり、熱を分離できます。なお、「断熱材」というと、一般的に「断熱材」「保冷材」「断熱材」などが含まれます。高温での断熱。したがって、このアプリケーション研究の範囲内で、耐熱セラミックは必ずしも断熱性ではない可能性があることがわかりますが、高温の作業環境では、断熱セラミックは耐熱性と断熱性の要件を満たす必要があります。

耐熱セラミックス
一般的に、耐熱セラミックスとは、溶融温度が酸化ケイ素の融点（1728℃）を超えるセラミック材料の総称を指します。それは特殊なセラミックの重要な部分であり、時には高温耐火材料の一部でもあります.

セラミック材料の主な化学組成によると、それらは高温酸化物セラミックス（Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、ThO2、Cr2O3、SiO2、BeO、3Al2O3・2SiO2など）、炭化物セラミックス、ホウ化物セラミックス、窒化物セラミックス、ケイ化物セラミックス。高温構造材料として、航空宇宙、原子力、電子技術、機械、化学工業、冶金、その他多くの部門で広く使用されています。現代の科学技術に欠かせない高温工学材料です。

近年、製錬およびその他の熱装置が高温耐性セラミック材料および製品に対するますます高い要件を提唱するにつれて、航空宇宙産業の急速な発展も高温耐性セラミックの開発を刺激したため、その品質と多様性は絶えず改善されています.現在、単一成分の耐高温セラミック材料は、コランダム材料、高い焼結温度、焼結の大きな熱膨張係数、不十分な熱衝撃抵抗、炭化ケイ素セラミックの不十分な耐酸化性など、それらの単一組成による特性に明らかな欠点があります。材料。さらに、高温耐性セラミック材料は、加工が難しく、熱衝撃抵抗が低く、使用中の接着が容易ではないため、サイアロン材料、サイアロン複合材料などの高温耐性セラミック材料複合材料の開発も促進されます。 、耐高温セラミックコーティング材、超硬複合セラミック耐高温材など

超高温セラミック材料
超高温セラミックス (UHTC) とは、ZrC、HfC、TaC、HfB2、ZrB2、HfN など、融点が 3000 ℃を超えるセラミック化合物を指し、優れた熱化学的安定性と優れた物理的特性を備えています。弾性率、高硬度、低飽和蒸気圧、高熱伝導率と電気伝導率、適度な熱膨張率と優れた熱衝撃抵抗、通常は遷移金属ホウ化物、炭化物、窒化物、およびそれらの複合物を含む高温で高強度を維持できます。

1. 超高温ホウ化物セラミックス
超高温ホウ化物セラミックには、主にHfB2、ZrB2、TaB2、TiB2、およびYB4セラミックが含まれます。これらのセラミック材料は、その強力な共有結合により、高融点、高硬度、高強度、低蒸発速度、高熱伝導率および導電率の特性を備えています。ZrB2 と HfB2 は、ホウ化物セラミックで最も広く研究されている UHTC ですが、耐酸化性が低いため、幅広い用途が制限されています。

2. 超高温超硬セラミックス
超硬セラミックスの中でもZrC、HfC、TaC、TiCは超高温で使用できます。この種のセラミックスは非常に高い融点を持ち、加熱または冷却プロセス中に固相変態を起こさず、優れた耐熱衝撃性と高温強度を備えていますが、超硬 UHTC の破壊靭性は低く、耐酸化性は低いです。貧しい。

3. 超高温窒化物セラミックス
ZrN、HfN、TaN などの超高温窒化物セラミックスも優れた特性を持っています。遷移金属窒化物は高い融点を持っています。しかしながら、そのような耐火性窒化物の融点は周囲圧力にも関連しており、すべての耐火性窒化物が高温高圧酸化環境での作業に適しているわけではありません。遷移金属窒化物は、切削工具の表面硬化層に重要な用途があります。

断熱セラミックス
現在、断熱セラミックスに関する研究は、主に遮熱コーティングセラミック材料に焦点を当てています。遮熱コーティングは、主に航空エンジン業界で使用されており、優れた断熱効果と高温耐酸化性を備えています。これは、現在最も高度な高温保護コーティングの 1 つです。

遮熱コーティングには、断熱、高温酸化抵抗、耐食性の機能があります。その典型的な構造は、表面のセラミック断熱層と中間の金属結合層からなる二重層システムです。セラミック遮熱層は、遮熱コーティングで実際に断熱の役割を果たしており、金属基板への熱伝導を効果的に減らし、重要なコンポーネントを保護することができます。遮熱コーティングに適したセラミック材料は、高融点、低熱伝導率、金属マトリックスとの熱膨張係数のより良い一致、高温での良好な化学的安定性、金属層との高い接着性、および室温間の相変化がないという要件を満たす必要があります。そして働く温度。
1. 酸化物安定化 ZrO2
酸化物安定化 ZrO2 は、熱伝導率が低く、熱膨張係数が高く、高温性能に優れているため、長い間遮熱コーティングの主要なセラミック材料でした。ZrO2 を安定化させる酸化物には、CaO や MgO などの 2 価安定剤、Y2O3、Sm2O3、Nd2O3、Er2O3 などの 3 価安定剤、CeO2 や HfO2 などの 4 価安定剤など、さまざまな種類があります。

2.ペロブスカイト構造のABO3セラミックス
ペロブスカイト構造のABO3セラミックスのうち、SrZrO3、BaZrO3、MgZrO3などは、初期の遮熱コーティングに使用されました。SrZrO3 は融点が 2690 ℃ と高いが、高温での相安定性が悪く、高温での遮熱コーティング材として単独で使用するには適していない。BaZrO3 の融点は 2000 ℃ であり、膨張係数は YSZ よりもはるかに低いため、耐熱衝撃性は劣っています。

3. A2B2O7 セラミック材料
A2B2O7 (A は希土類元素、B は Zr、Hf、Ce などの元素) セラミック材料は、ZrO2 材料よりも熱伝導率が低く、熱膨張係数が同等であり、高温での相安定性が良好であり、最も有望な材料と見なされています。 ZrO2 を置換するシステム。

4. マグネタイト構造 MMeAl11O19 セラミックス
ヘキサアルミン酸塩 MMeAl11O19 (M は La、Nd、Sr などの元素、Me はアルカリ土類金属元素など) セラミックスの微細構造は、マグネタイト鉛構造を持ち、ランダムに配置された層で構成されています。これは、長期にわたって良好な構造と高温での熱安定性を維持するために開発された遮熱コーティングです。ZrO2系遮熱コーティング材よりもはるかに低い焼結速度です。微細孔が多く、保温効果が高い。

5. その他のセラミック材料
上記の遮熱コーティング用セラミック材料に加えて、遮熱コーティングの適用が見込める他のセラミック材料も開発されている。Y3Al5O12 (略して YAG) も優れた遮熱コーティング材料であり、ガーネット構造に属します。室温から融点（1970℃）まで良好な熱安定性を維持でき、熱伝導率が低い。YAG の酸素の拡散速度は、ZrO2 の酸素の拡散速度よりも 10 桁小さいため、YAG は基板と金属結合層を十分に保護できます。