고온 저항 세라믹
고급 세라믹은 고온 특성으로 인해 화학 산업, 야금, 기계, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.고온 특성에는 고온 저항 및 단열이 포함됩니다.둘 사이의 차이점과 연관성은 무엇입니까?
고온 내성 세라믹은 주로 세라믹의 "높은 융점", 즉 고온에서 쉽게 파괴되지 않는 반면 단열 세라믹은 주로 일부 특수 세라믹의 "낮은 열전도율"을 목표로합니다. 즉, 열을 분리할 수 있습니다."단열 재료"에 대해 이야기할 때 일반적으로 "단열", "보냉", "단열 재료" 등을 포함한다는 점에 유의해야 합니다. 현재 단열 세라믹에 대한 연구는 일반적으로 열에 중점을 두고 있습니다. 고온에서의 절연.따라서 본 응용 연구 범위 내에서 고온 저항 세라믹이 반드시 단열일 필요는 없지만 고온 작업 환경에서 단열 세라믹은 고온 저항 및 단열 요구 사항을 충족해야 함을 알 수 있습니다.
고온 내성 세라믹
일반적으로 고온 내성 세라믹은 용융 온도가 산화규소 용융점(1728℃) 이상인 세라믹 재료의 총칭을 말합니다.특수 세라믹의 중요한 부분이며 때로는 고온 내화 재료의 일부이기도 합니다.
세라믹 재료의 주요 화학 성분에 따라 고온 산화물 세라믹(예: Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2 등), 카바이드 세라믹, 붕화물 세라믹, 질화물 세라믹 및 실리사이드 세라믹.고온 구조 재료로서 항공 우주, 원자력, 전자 기술, 기계, 화학 산업, 야금 및 기타 여러 부서에서 널리 사용됩니다.현대 과학 기술에 없어서는 안될 고온 공학 재료입니다.
최근 몇 년 동안 제련 및 기타 열 장비가 고온 내성 세라믹 재료 및 제품에 대한 요구 사항이 점점 더 높아짐에 따라 항공 우주 산업의 급속한 발전은 고온 내성 세라믹의 개발을 자극하여 품질과 다양성이 지속적으로 향상되었습니다. .현재 단일 성분 고온 내성 세라믹 재료는 강옥 재료, 높은 소결 온도, 소결체의 큰 열팽창 계수, 열충격 저항성 열충격 및 실리콘 카바이드 세라믹의 열악한 내 산화성과 같은 단일 구성으로 인해 특성에 명백한 단점이 있습니다. 재료.또한 고온 저항성 세라믹 재료는 가공이 어렵고 열충격 저항성이 낮으며 사용시 접착이 쉽지 않아 Sialon 재료, Sialon 복합 재료와 같은 고온 저항성 세라믹 재료 복합 재료의 개발을 촉진합니다. , 고온 내성 세라믹 코팅 재료, 초경 복합 세라믹 고온 내성 재료 등
초고온 세라믹 재료
초고온세라믹(UHTC)은 ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN 등 융점이 3000℃ 이상인 세라믹 화합물을 말하며 열화학적 안정성이 우수하고, 탄성 계수, 높은 경도, 낮은 포화 증기압, 높은 열전도율 및 전기 전도성, 적당한 열 팽창률 및 우수한 열충격 저항성, 일반적으로 전이 금속 붕화물, 탄화물 질화물 및 그 복합물을 포함하여 고온에서 높은 강도를 유지할 수 있습니다.
1. 초고온 붕화물 세라믹스
초고온 붕화물 세라믹은 주로 HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 및 YB4 세라믹을 포함합니다.이러한 세라믹 소재는 강한 공유결합으로 인해 고융점, 고경도, 고강도, 낮은 증발률, 높은 열전도성 및 전도성의 특성을 가지고 있습니다.ZrB2 및 HfB2는 붕화물 세라믹에서 가장 널리 연구된 UHTC이지만 열악한 내산화성으로 인해 광범위한 적용이 제한됩니다.
2. 초고온 카바이드 세라믹스
초경 세라믹 중 ZrC, HfC, TaC 및 TiC는 초고온에서 사용할 수 있습니다.이러한 종류의 세라믹은 융점이 매우 높고 가열 또는 냉각 과정에서 고체상 변형을 겪지 않으며 우수한 내열 충격성과 고온 강도를 갖지만 초경 UHTC의 파괴 인성은 낮고 내 산화성은 가난한.
3. 초고온 질화물 세라믹스
ZrN, HfN 및 TaN과 같은 초고온 질화물 세라믹도 우수한 특성을 가지고 있습니다.전이 금속 질화물은 융점이 높습니다.그러나 이러한 내화성 질화물의 융점은 주변 압력과도 관련이 있으며 모든 내화성 질화물이 고온 및 고압 산화 환경에서 작업하기에 적합한 것은 아닙니다.전이 금속 질화물은 절삭 공구의 표면 경화층에 중요한 용도로 사용됩니다.
단열 세라믹
현재 단열 세라믹에 대한 연구는 대부분 단열 코팅 세라믹 소재에 집중되어 있습니다.차열 코팅은 주로 항공 엔진 산업에 사용되며 우수한 단열 효과와 고온 산화 저항성을 가지고 있습니다.현재 가장 진보된 고온 보호 코팅 중 하나입니다.
열차폐 코팅은 단열, 고온 내 산화성 및 내식성 기능을 가지고 있습니다.일반적인 구조는 표면의 세라믹 열 차단층과 중간의 금속 결합층으로 구성된 이중층 시스템입니다.세라믹 열 차단층은 실제로 열 차단 코팅에서 단열 역할을 하여 금속 기판에 대한 열 전도를 효과적으로 줄이고 주요 구성 요소를 보호할 수 있습니다.열차폐 코팅에 적합한 세라믹 재료는 높은 융점, 낮은 열전도율, 금속 매트릭스와 더 나은 열팽창 계수 일치, 고온에서 우수한 화학적 안정성, 금속층과의 높은 접착력, 상온 간 상변화 없음 등의 요구 사항을 충족해야 합니다. 및 작동 온도.
1. 산화물 안정화 ZrO2
산화물 안정화 ZrO2는 열전도율이 낮고 열팽창 계수가 높으며 고온 성능이 우수하여 오랫동안 열차폐 코팅의 주요 세라믹 재료였습니다.CaO 및 MgO와 같은 2가 안정제, Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3와 같은 3가 안정제 및 CeO2 및 HfO2와 같은 4가 안정제를 포함하여 ZrO2를 안정화하는 데 사용되는 많은 종류의 산화물이 있습니다.
2. 페로브스카이트 구조의 ABO3 세라믹스
페로브스카이트 구조의 ABO3 세라믹 중 SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3 등은 초기에 열차단 코팅에 사용되었다.SrZrO3의 녹는점은 2690℃로 높지만 고온에서 상안정성이 좋지 않아 단독으로 고온에서 차열코팅 재료로 사용하기에는 적합하지 않다.BaZrO3의 녹는점은 2000℃이고 팽창 계수는 YSZ보다 훨씬 낮기 때문에 내열 충격성이 좋지 않습니다.
3. A2B2O7 세라믹 재료
A2B2O7(A는 희토류 원소, B는 Zr, Hf, Ce 및 기타 원소) 세라믹 재료는 ZrO2 재료보다 열전도율이 낮고 동등한 열팽창 계수와 우수한 고온 위상 안정성을 가지며 가장 유망한 재료로 간주됩니다. ZrO2를 대체하는 시스템.
4. 자철광 구조 MMeAl11O19 세라믹스
마그네타이트 납 구조를 갖는 헥사알루미네이트 MMeAl11O19(M은 La, Nd, Sr 및 기타 원소, Me는 알칼리 토금속 원소 등) 세라믹의 미세 구조는 무작위로 배열된 층으로 구성됩니다.장기간 우수한 구조와 고온에서의 열적 안정성을 유지하기 위해 뒤늦게 개발된 열차폐 코팅입니다.ZrO2 기반 열차폐 코팅 재료보다 훨씬 낮은 소결 속도를 가집니다.미세기공이 많아 보온효과가 좋습니다.
5. 기타 세라믹 재료
열 차단 코팅의 상기 세라믹 재료에 더하여, 열 차단 코팅의 적용 가능성이 있는 다른 세라믹 재료도 개발되었습니다.Y3Al5O12(줄여서 YAG)는 또한 석류석 구조에 속하는 우수한 차열 코팅 재료입니다.상온에서 녹는점(1970℃)까지 양호한 열 안정성을 유지할 수 있으며 열전도율이 낮습니다.YAG의 산소 확산 속도는 ZrO2보다 10배 작기 때문에 YAG는 기판과 금속 결합층을 잘 보호할 수 있습니다.