KEramik zinazostahimili JOTO JUU

Keramik ya hali ya juu hutumiwa sana katika tasnia ya kemikali, madini, mashine, anga na nyanja zingine kwa sababu ya sifa zao za joto la juu.Tabia zake za joto la juu ni pamoja na upinzani wa joto la juu na insulation ya joto.Je! ni tofauti gani na uhusiano kati ya hizo mbili?
Keramik sugu ya joto la juu inalenga hasa "hatua ya juu ya kuyeyuka" ya keramik, yaani, si rahisi kuharibiwa kwa joto la juu, wakati keramik ya insulation ya mafuta inalenga hasa "conductivity ya chini ya mafuta" ya keramik maalum. yaani wanaweza kutenga joto.Ikumbukwe kwamba tunapozungumzia "vifaa vya insulation za mafuta", kwa ujumla ni pamoja na "insulation ya joto", "insulation baridi", "vifaa vya insulation ya mafuta", nk Kwa sasa, utafiti juu ya keramik ya insulation ya mafuta kwa ujumla inazingatia mafuta. insulation kwa joto la juu.Kwa hiyo, ndani ya upeo wa utafiti huu wa maombi, tunaweza kujua kwamba keramik ya juu ya joto inaweza kuwa sio insulation ya mafuta, lakini katika mazingira ya kazi ya juu ya joto, keramik ya insulation ya mafuta lazima ikidhi mahitaji ya upinzani wa joto la juu na insulation ya mafuta.

Keramik inayostahimili joto la juu
Kwa ujumla, keramik zinazohimili joto la juu hurejelea jina la jumla la vifaa vya kauri ambavyo halijoto yake myeyuko iko juu ya kiwango myeyuko wa oksidi ya silicon (1728 ℃).Ni sehemu muhimu ya keramik maalum, na wakati mwingine pia ni sehemu ya vifaa vya kukataa joto la juu.

Kulingana na muundo mkuu wa kemikali wa vifaa vya kauri, zinaweza kugawanywa katika kauri za oksidi za joto la juu (kama vile Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, nk), keramik ya carbide, keramik boride, keramik ya nitridi na keramik za silicide.Kama nyenzo ya muundo wa hali ya juu ya joto, hutumiwa sana katika anga, nishati ya atomiki, teknolojia ya elektroniki, mashine, tasnia ya kemikali, madini na idara zingine nyingi.Ni nyenzo ya uhandisi ya halijoto ya juu kwa sayansi na teknolojia ya kisasa.

Katika miaka ya hivi karibuni, kama vile kuyeyusha na vifaa vingine vya joto vikiweka mahitaji ya juu na ya juu kwa vifaa na bidhaa za kauri zinazostahimili joto la juu, maendeleo ya haraka ya tasnia ya anga pia yamechochea ukuzaji wa keramik zinazohimili joto la juu, kwa hivyo ubora wake na anuwai zinaboreshwa kila wakati. .Kwa sasa, sehemu moja ya vifaa vya kauri vinavyostahimili joto la juu vina mapungufu ya wazi katika sifa kwa sababu ya muundo wao mmoja, kama vile vifaa vya corundum, joto la juu la sintering, mgawo mkubwa wa upanuzi wa sinter, upinzani duni wa mshtuko wa mafuta, na upinzani duni wa oxidation ya kauri ya silicon carbide. nyenzo.Kwa kuongezea, vifaa vya kauri vinavyostahimili joto la juu ni ngumu kusindika, vina upinzani duni wa mshtuko wa mafuta, na si rahisi kuunganishwa katika matumizi, ambayo pia inakuza ukuzaji wa mchanganyiko wa vifaa vya kauri vinavyostahimili joto la juu, kama vile vifaa vya Sialon, vifaa vya mchanganyiko wa Sialon. , vifaa vya mipako ya kauri vinavyostahimili joto la juu, vifaa vya kauri vya kauri vinavyoweza kuhimili joto la juu, nk.

Nyenzo za kauri za joto la juu
Kauri za halijoto ya juu sana (UHTC) hurejelea misombo ya kauri yenye kiwango myeyuko cha zaidi ya 3000 ℃, kama vile ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, n.k., ambayo ina uthabiti bora wa thermokemia na sifa bora za kimwili, ikiwa ni pamoja na juu. moduli ya elastic, ugumu wa juu, shinikizo la chini la mvuke ulijaa, conductivity ya juu ya mafuta na conductivity ya umeme, kiwango cha wastani cha upanuzi wa mafuta na upinzani mzuri wa mshtuko wa joto, na inaweza kudumisha nguvu ya juu kwa joto la juu, kwa kawaida ikiwa ni pamoja na borides ya mpito ya chuma, carbides Nitridi na composites zao.

1. Kauri za boride zenye joto la juu sana
Keramik zenye halijoto ya juu zaidi hujumuisha kauri za HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 na YB4.Nyenzo hizi za kauri zina sifa ya kiwango cha juu cha kuyeyuka, ugumu wa juu, nguvu ya juu, kiwango cha chini cha uvukizi, conductivity ya juu ya mafuta na conductivity kutokana na vifungo vyao vya covalent vikali.ZrB2 na HfB2 ndizo UHTC zilizosomwa zaidi katika keramik ya boride, lakini upinzani wao duni wa oksidi huzuia matumizi yao mapana.

2. Keramik ya carbudi yenye joto la juu
Miongoni mwa keramik ya carbudi, ZrC, HfC, TaC na TiC inaweza kutumika kwa joto la juu zaidi.Aina hii ya keramik ina kiwango cha juu sana cha kuyeyuka, haifanyi mabadiliko ya awamu imara wakati wa joto au mchakato wa baridi, na ina upinzani mzuri wa mshtuko wa joto na nguvu ya joto la juu, lakini ugumu wa kuvunjika kwa UHTC za carbide ni ndogo, na upinzani wa oxidation ni. maskini.

3. Keramik ya nitridi yenye joto la juu sana
Kauri za nitridi za halijoto ya juu kama vile ZrN, HfN na TaN pia zina sifa nzuri.Nitridi za chuma za mpito zina viwango vya juu vya kuyeyuka.Hata hivyo, kiwango cha kuyeyuka cha nitridi hizo za kinzani pia kinahusiana na shinikizo la mazingira, na sio nitridi zote za kinzani zinafaa kwa kufanya kazi katika mazingira ya oxidation ya joto la juu na shinikizo la juu.Nitridi za chuma za mpito zina matumizi muhimu katika safu ngumu ya uso ya zana za kukata.

Keramik ya insulation ya mafuta
Kwa sasa, utafiti juu ya keramik ya insulation ya mafuta inazingatia zaidi nyenzo za kauri za mipako ya kizuizi cha mafuta.Mipako ya kizuizi cha mafuta hutumiwa hasa katika sekta ya aeroengine, ambayo ina athari nzuri ya insulation ya mafuta na upinzani wa oxidation ya joto la juu.Ni mojawapo ya mipako ya juu zaidi ya ulinzi wa joto la juu kwa sasa.

Mipako ya kizuizi cha joto ina kazi za insulation ya joto, upinzani wa oxidation ya joto la juu na upinzani wa kutu.Muundo wake wa kawaida ni mfumo wa safu mbili, unaojumuisha safu ya kizuizi cha mafuta ya kauri juu ya uso na safu ya kuunganisha chuma katikati.Safu ya kizuizi cha mafuta ya kauri kwa kweli ina jukumu la kuhami katika mipako ya kizuizi cha mafuta, ambayo inaweza kupunguza kwa ufanisi upitishaji wa joto kwenye substrate ya chuma na kulinda vipengele muhimu.Nyenzo zinazofaa za kauri kwa ajili ya mipako ya kizuizi cha mafuta zitakidhi mahitaji ya kiwango cha juu cha kuyeyuka, conductivity ya chini ya mafuta, uwiano bora wa mgawo wa upanuzi wa mafuta na tumbo la chuma, utulivu mzuri wa kemikali kwenye joto la juu, mshikamano wa juu na safu ya chuma, na hakuna mabadiliko ya awamu kati ya joto la chumba. na joto la kazi.
1. Oksidi imetulia ZrO2
Oksidi iliyoimarishwa ya ZrO2 ina upitishaji wa chini wa mafuta, mgawo wa upanuzi wa juu wa joto na utendaji mzuri wa joto la juu, na imekuwa nyenzo kuu ya kauri ya mipako ya kizuizi cha joto kwa muda mrefu.Kuna aina nyingi za oksidi zinazotumiwa kuleta utulivu wa ZrO2, ikiwa ni pamoja na vidhibiti vya kugawanyika kama vile CaO na MgO, vidhibiti vidogo vidogo kama vile Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3, na vidhibiti vya tetravalent kama vile CeO2 na HfO2.

2. ABO3 keramik na muundo wa perovskite
Miongoni mwa perovskite muundo wa keramik ABO3, SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3, nk zilitumiwa katika mipako ya kizuizi cha joto katika hatua ya mwanzo.Ingawa kiwango myeyuko cha SrZrO3 ni cha juu kama 2690 ℃, uthabiti wa awamu yake katika halijoto ya juu ni duni, na haifai kutumiwa peke yake kama nyenzo ya mipako ya kizuizi cha joto kwenye joto la juu.Kiwango cha kuyeyuka cha BaZrO3 ni 2000 ℃, na mgawo wake wa upanuzi ni wa chini sana kuliko ule wa YSZ, hivyo upinzani wake wa mshtuko wa joto ni duni.

3. A2B2O7 vifaa vya kauri
A2B2O7 (A ni kipengele cha nadra cha dunia, B ni Zr, Hf, Ce na vipengele vingine) nyenzo za kauri zina conductivity ya chini ya mafuta kuliko nyenzo ya ZrO2, mgawo sawa wa upanuzi wa mafuta na utulivu mzuri wa awamu ya joto la juu, na inachukuliwa kuwa nyenzo yenye kuahidi zaidi. mfumo wa kuchukua nafasi ya ZrO2.

4. Muundo wa sumaku MMeAl11O19 keramik
Muundo mdogo wa hexaaluminate MMeAl11O19 (M ni La, Nd, Sr na vipengele vingine, Me ni kipengele cha chuma cha alkali, nk) keramik yenye muundo wa risasi wa magnetite inaundwa na tabaka zilizopangwa kwa nasibu.Ni mipako ya kizuizi cha joto iliyoandaliwa marehemu kwa ajili ya kudumisha muundo mzuri wa muda mrefu na utulivu wa joto kwenye joto la juu.Ina kiwango cha sintering chini sana kuliko ile ya ZrO2 kulingana na nyenzo za mipako ya kizuizi cha mafuta.Kuna micropores nyingi, na ina athari nzuri ya insulation ya mafuta.

5. Nyenzo nyingine za kauri
Mbali na nyenzo za juu za kauri za mipako ya kizuizi cha joto, vifaa vingine vya kauri na matarajio ya maombi ya mipako ya kizuizi cha mafuta pia yameandaliwa.Y3Al5O12 (YAG kwa kifupi) pia ni nyenzo nzuri ya mipako ya kizuizi cha mafuta, mali ya muundo wa garnet.Inaweza kudumisha uthabiti mzuri wa mafuta kutoka kwa joto la kawaida hadi kiwango myeyuko (1970 ℃), na ina conductivity ya chini ya mafuta.Kasi ya usambaaji wa oksijeni katika YAG ni oda 10 za ukubwa chini ya ile ya ZrO2, kwa hivyo YAG inaweza kulinda safu ndogo ya unganishi na chuma.