Bergantung pada ciri suhu tinggi mereka, seramik termaju digunakan secara meluas dalam industri kimia, metalurgi, jentera, aeroangkasa dan bidang lain.Ciri suhu tingginya termasuk rintangan suhu tinggi dan penebat haba.

Adakah anda tahu perbezaan atau kaitan antara kedua-duanya?
Seramik tahan suhu tinggi terutamanya bertujuan untuk "takat lebur tinggi" seramik.Dalam erti kata lain, mereka tidak mudah dimusnahkan pada suhu tinggi, manakala seramik penebat haba terutamanya bertujuan untuk "konduksi terma rendah" beberapa seramik khas, iaitu, ia boleh mengasingkan haba."Bahan penebat haba" yang dibincangkan termasuk "penebat haba", "penebat sejuk", "bahan penebat haba", dll. Penyelidikan semasa mengenai seramik penebat haba secara amnya tertumpu pada penebat haba pada suhu tinggi.Oleh itu, dalam skop penyelidikan aplikasi ini, seramik tahan suhu tinggi mungkin tidak semestinya penebat haba.Walau bagaimanapun, dalam persekitaran kerja suhu tinggi, seramik penebat haba mesti memenuhi keperluan rintangan suhu tinggi dan penebat haba.

Seramik tahan suhu tinggi
Secara umumnya, seramik tahan suhu tinggi merujuk kepada nama umum bahan seramik yang suhu leburnya melebihi takat lebur silikon oksida (1728 ℃).Ia adalah bahagian penting seramik khas, dan kadang-kadang juga sebahagian daripada bahan refraktori suhu tinggi.

Mengikut komposisi kimia utama bahan seramik, ia boleh dibahagikan kepada seramik oksida suhu tinggi (seperti Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, dll.), seramik karbida, seramik borida, seramik nitrida dan seramik silisid.Sebagai bahan struktur suhu tinggi, ia digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, tenaga atom, teknologi elektronik, jentera, industri kimia, metalurgi dan banyak jabatan lain.Ia adalah bahan kejuruteraan suhu tinggi yang sangat diperlukan untuk sains dan teknologi moden.

Baru-baru ini, peleburan dan peralatan haba lain telah mengemukakan keperluan yang lebih tinggi dan lebih tinggi untuk bahan dan produk seramik tahan suhu tinggi.Perkembangan pesat industri aeroangkasa juga telah merangsang pembangunan seramik tahan suhu tinggi untuk meningkatkan kualiti dan kepelbagaiannya.Pada masa ini, bahan seramik tahan suhu tinggi komponen tunggal mempunyai kelemahan yang jelas dalam sifat kerana komposisi tunggalnya, seperti bahan korundum, suhu pensinteran yang tinggi, pekali pengembangan haba yang besar bagi sinter, rintangan kejutan haba yang lemah, dan rintangan pengoksidaan yang lemah bagi seramik silikon karbida. bahan.Di samping itu, bahan seramik tahan suhu tinggi sukar diproses.Mereka mempunyai rintangan kejutan haba yang lemah Di samping itu, mereka tidak mudah untuk diikat dalam penggunaan, yang juga menggalakkan pembangunan komposit bahan seramik tahan suhu tinggi, seperti bahan Sialon, bahan komposit Sialon, bahan salutan seramik tahan suhu tinggi, seramik komposit karbida. bahan tahan suhu tinggi, dsb.

Bahan seramik suhu ultra tinggi
Seramik suhu ultra tinggi (UHTC) merujuk kepada sebatian seramik dengan takat lebur lebih daripada 3000 ℃, seperti ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, dll.

Mereka mempunyai kestabilan termokimia yang sangat baik dan sifat fizikal yang sangat baik, termasuk modulus keanjalan tinggi, kekerasan tinggi, tekanan wap tepu rendah, kekonduksian haba dan kekonduksian elektrik yang tinggi, kadar pengembangan haba sederhana dan rintangan kejutan haba yang baik.Mereka boleh mengekalkan kekuatan tinggi pada suhu tinggi, biasanya termasuk borida logam peralihan, karbida Nitrida dan kompositnya.

1. Seramik boride suhu ultra tinggi
Seramik borida suhu ultra tinggi terutamanya termasuk seramik HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 dan YB4.Bahan seramik ini mempunyai ciri-ciri takat lebur yang tinggi, kekerasan yang tinggi, kekuatan tinggi, kadar penyejatan yang rendah, kekonduksian terma yang tinggi dan kekonduksian, disebabkan oleh ikatan kovalen yang kuat.ZrB2 dan HfB2 adalah UHTC yang paling banyak dikaji dalam seramik boride.Walau bagaimanapun, rintangan pengoksidaan yang lemah mengehadkan penggunaannya yang luas.

2. Seramik karbida suhu ultra tinggi
Antara seramik karbida, ZrC, HfC, TaC dan TiC boleh digunakan pada suhu ultra tinggi.Seramik jenis ini mempunyai takat lebur yang sangat tinggi.Ia tidak mengalami perubahan fasa pepejal semasa proses pemanasan atau penyejukan, dan mempunyai rintangan kejutan haba yang baik dan kekuatan suhu tinggi.bagaimanapun, keliatan patah UHTC karbida adalah rendah, dan rintangan pengoksidaan adalah lemah.

3. Seramik nitrida suhu ultra tinggi
Seramik nitrida suhu ultra tinggi, seperti ZrN, HfN dan TaN juga mempunyai sifat yang baik.Nitrida logam peralihan mempunyai takat lebur yang tinggi.Walau bagaimanapun, takat lebur nitrida refraktori tersebut juga berkaitan dengan tekanan ambien.Tidak semua nitrida refraktori sesuai untuk bekerja dalam persekitaran pengoksidaan suhu tinggi dan tekanan tinggi.Nitrida logam peralihan mempunyai aplikasi penting dalam lapisan keras permukaan alat pemotong.

Seramik penebat haba
Penyelidikan semasa mengenai seramik penebat haba kebanyakannya tertumpu kepada bahan seramik salutan penghalang haba.Salutan penghalang terma digunakan terutamanya dalam industri aeroengine, yang mempunyai kesan penebat haba yang baik dan rintangan pengoksidaan suhu tinggi.Ia adalah salah satu lapisan pelindung suhu tinggi yang paling maju pada masa ini.

Salutan penghalang terma mempunyai fungsi penebat haba, rintangan pengoksidaan suhu tinggi dan rintangan kakisan.Struktur tipikalnya ialah sistem dua lapisan, yang terdiri daripada lapisan penghalang haba seramik pada permukaan dan lapisan ikatan logam di tengah.Lapisan penghalang haba seramik sebenarnya memainkan peranan penebat dalam salutan penghalang haba.Ia berkesan boleh mengurangkan pengaliran haba ke substrat logam dan melindungi komponen utama.Bahan seramik yang sesuai untuk salutan penghalang haba hendaklah memenuhi keperluan takat lebur yang tinggi, kekonduksian haba yang rendah, padanan yang lebih baik bagi pekali pengembangan haba dengan matriks logam, kestabilan kimia yang baik pada suhu tinggi, lekatan tinggi dengan lapisan logam, dan tiada perubahan fasa antara suhu bilik dan suhu kerja.

1. Oksida menstabilkan ZrO2
ZrO2 yang distabilkan oksida mempunyai kekonduksian haba yang rendah, pekali pengembangan haba yang tinggi dan prestasi suhu tinggi yang baik.Ia telah menjadi bahan seramik utama salutan penghalang haba untuk jangka masa yang panjang.Terdapat banyak jenis oksida yang digunakan untuk menstabilkan ZrO2, termasuk penstabil divalen seperti CaO dan MgO, penstabil trivalen seperti Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3, dan penstabil tetravalen seperti CeO2 dan HfO2.

2. Seramik ABO3 dengan struktur perovskit
Antara seramik ABO3 berstruktur perovskite, SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3, dan lain-lain digunakan dalam salutan penghalang haba pada peringkat awal.Takat lebur SrZrO3 adalah setinggi 2690 ℃.Walau bagaimanapun, kestabilan fasanya pada suhu tinggi adalah lemah.Ia tidak sesuai digunakan secara bersendirian sebagai bahan salutan penghalang haba pada suhu tinggi.Takat lebur BaZrO3 ialah 2000 ℃.Pekali pengembangannya jauh lebih rendah daripada YSZ.Oleh itu, rintangan kejutan habanya adalah lemah.

3. A2B2O7 bahan seramik
A2B2O7 (A ialah unsur nadir bumi, B ialah Zr, Hf, Ce dan unsur lain) bahan seramik mempunyai kekonduksian terma yang lebih rendah daripada bahan ZrO2.Ia adalah pekali pengembangan haba bersamaan dan kestabilan fasa suhu tinggi yang baik.Sementara itu, ia dianggap sebagai sistem bahan yang paling menjanjikan untuk menggantikan ZrO2.

4. Struktur magnetit MMeAl11O19 seramik
Struktur mikro hexaaluminate MMeAl11O19 (M ialah La, Nd, Sr dan unsur-unsur lain, Me ialah unsur logam alkali tanah, dsb.) seramik dengan struktur plumbum magnetit terdiri daripada lapisan yang disusun secara rawak.Sebagai salutan penghalang haba, ia dibangunkan lewat untuk mengekalkan struktur jangka panjang yang baik dan kestabilan terma pada suhu tinggi.Ia mempunyai kadar pensinteran jauh lebih rendah daripada bahan salutan penghalang haba berasaskan ZrO2.Terdapat banyak mikropori untuk memastikan kesan penebat haba yang baik.

5. Bahan seramik lain
Sebagai tambahan kepada bahan seramik salutan penghalang haba di atas, bahan seramik lain dengan prospek aplikasi salutan penghalang haba juga telah dibangunkan.Y3Al5O12 (pendek kata YAG) juga merupakan bahan salutan penghalang haba yang baik, kepunyaan struktur garnet.Ia bukan sahaja dapat mengekalkan kestabilan haba yang baik dari suhu bilik ke takat lebur (1970 ℃), tetapi juga mempunyai kekonduksian terma yang rendah.Kadar resapan oksigen dalam YAG adalah 10 pesanan magnitud lebih kecil daripada ZrO2.Oleh itu, YAG boleh melindungi substrat dan lapisan ikatan logam dengan baik.