ขึ้นอยู่กับลักษณะอุณหภูมิสูง เซรามิกขั้นสูงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี โลหะวิทยา เครื่องจักร การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆลักษณะที่อุณหภูมิสูง ได้แก่ ทนต่ออุณหภูมิสูงและเป็นฉนวนความร้อน

คุณรู้ความแตกต่างหรือความเชื่อมโยงระหว่างทั้งสองหรือไม่?
เซรามิกส์ทนความร้อนสูงมุ่งเป้าไปที่ "จุดหลอมเหลวสูง" ของเซรามิกเป็นหลักกล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันไม่ง่ายที่จะถูกทำลายที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่เซรามิกที่เป็นฉนวนความร้อนมุ่งเป้าไปที่ "การนำความร้อนต่ำ" ของเซรามิกพิเศษบางชนิด นั่นคือ พวกมันสามารถแยกความร้อนได้"วัสดุฉนวนความร้อน" ที่กล่าวถึง ได้แก่ "ฉนวนความร้อน" "ฉนวนกันความเย็น" "วัสดุฉนวนความร้อน" เป็นต้น งานวิจัยปัจจุบันเกี่ยวกับเซรามิกฉนวนความร้อนโดยทั่วไปมุ่งเน้นไปที่ฉนวนความร้อนที่อุณหภูมิสูงดังนั้น ภายใต้ขอบเขตของการวิจัยการใช้งานนี้ เซรามิกส์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูงอาจไม่จำเป็นต้องเป็นฉนวนกันความร้อนเสมอไปอย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีอุณหภูมิสูง เซรามิกฉนวนกันความร้อนต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและฉนวนกันความร้อน

เซรามิกทนอุณหภูมิสูง
โดยทั่วไปแล้ว เซรามิกทนอุณหภูมิสูงหมายถึงชื่อทั่วไปของวัสดุเซรามิกที่มีอุณหภูมิหลอมเหลวสูงกว่าจุดหลอมเหลวของซิลิกอนออกไซด์ (1728 ℃)เป็นส่วนสำคัญของเซรามิกชนิดพิเศษ และบางครั้งก็เป็นส่วนหนึ่งของวัสดุทนไฟที่มีอุณหภูมิสูงด้วย

ตามองค์ประกอบทางเคมีหลักของวัสดุเซรามิก พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นเซรามิกออกไซด์อุณหภูมิสูง (เช่น Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2 เป็นต้น) เซรามิกคาร์ไบด์ เซรามิกส์บอไรด์ เซรามิกไนไตรด์ และเซรามิกซิลิไซด์ในฐานะที่เป็นวัสดุโครงสร้างที่มีอุณหภูมิสูง จึงถูกใช้อย่างกว้างขวางในการบินและอวกาศ พลังงานปรมาณู เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องจักร อุตสาหกรรมเคมี โลหะวิทยา และแผนกอื่นๆ อีกมากมายเป็นวัสดุวิศวกรรมอุณหภูมิสูงที่ขาดไม่ได้สำหรับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่

เมื่อเร็ว ๆ นี้ การถลุงแร่และอุปกรณ์ระบายความร้อนอื่น ๆ ได้นำเสนอข้อกำหนดที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ สำหรับวัสดุและผลิตภัณฑ์เซรามิกที่ทนต่ออุณหภูมิสูงการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมการบินและอวกาศได้กระตุ้นการพัฒนาเซรามิกที่ทนต่ออุณหภูมิสูงเพื่อปรับปรุงคุณภาพและความหลากหลายในปัจจุบัน วัสดุเซรามิกที่ทนต่ออุณหภูมิสูงแบบส่วนประกอบเดียวมีข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัดในคุณสมบัติเนื่องจากองค์ประกอบเดี่ยว เช่น วัสดุคอรันดัม อุณหภูมิในการเผาผนึกสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงของซินเตอร์ ความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนต่ำ วัสดุ.นอกจากนี้วัสดุเซรามิกที่ทนต่ออุณหภูมิสูงยังดำเนินการได้ยากมีความต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนต่ำ นอกจากนี้ยังไม่ง่ายต่อการยึดติดในการใช้งาน ซึ่งยังส่งเสริมการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตเซรามิกที่ทนต่ออุณหภูมิสูง เช่น วัสดุ Sialon วัสดุคอมโพสิต Sialon วัสดุเคลือบเซรามิกทนความร้อนสูง เซรามิกคอมโพสิตคาร์ไบด์ วัสดุทนอุณหภูมิสูง ฯลฯ

วัสดุเซรามิกอุณหภูมิสูงพิเศษ
เซรามิกอุณหภูมิสูงพิเศษ (UHTC) หมายถึงสารประกอบเซรามิกที่มีจุดหลอมเหลวมากกว่า 3,000 ℃ เช่น ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN เป็นต้น

มีความคงตัวทางความร้อนและคุณสมบัติทางกายภาพที่ยอดเยี่ยม รวมถึงโมดูลัสยืดหยุ่นสูง ความแข็งสูง ความดันไออิ่มตัวต่ำ การนำความร้อนและการนำไฟฟ้าสูง อัตราการขยายตัวเนื่องจากความร้อนปานกลาง และต้านทานแรงกระแทกจากความร้อนได้ดีพวกเขาสามารถรักษาความแข็งแรงสูงที่อุณหภูมิสูง โดยปกติรวมถึงบอไรด์โลหะทรานซิชัน คาร์ไบด์ ไนไตรด์ และวัสดุผสม

1. เซรามิกบอไรด์อุณหภูมิสูงพิเศษ
เซรามิกบอไรด์อุณหภูมิสูงพิเศษส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซรามิก HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 และ YB4วัสดุเซรามิกเหล่านี้มีลักษณะจุดหลอมเหลวสูง ความแข็งสูง ความแข็งแรงสูง อัตราการระเหยต่ำ การนำความร้อนและการนำไฟฟ้าสูง เนื่องจากพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งZrB2 และ HfB2 เป็น UHTC ที่มีการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุดในเซรามิกบอไรด์อย่างไรก็ตาม ความต้านทานต่อออกซิเดชันที่ไม่ดีจะจำกัดการใช้งานในวงกว้าง

2. เซรามิกคาร์ไบด์อุณหภูมิสูงพิเศษ
ในบรรดาเซรามิกคาร์ไบด์ ZrC, HfC, TaC และ TiC สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงพิเศษเซรามิกชนิดนี้มีจุดหลอมเหลวสูงมากไม่ผ่านการเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็งในระหว่างกระบวนการทำความร้อนหรือทำความเย็น และทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดีและทนต่ออุณหภูมิสูงอย่างไรก็ตาม ความเหนียวแตกหักของคาร์ไบด์ UHTC นั้นต่ำ และความต้านทานการเกิดออกซิเดชันก็ต่ำ

3. เซรามิกไนไตรด์อุณหภูมิสูงพิเศษ
เซรามิกไนไตรด์อุณหภูมิสูงพิเศษ เช่น ZrN, HfN และ TaN ก็มีคุณสมบัติที่ดีเช่นกันไนไตรด์โลหะทรานซิชันมีจุดหลอมเหลวสูงอย่างไรก็ตาม จุดหลอมเหลวของไนไตรด์ที่ทนไฟนั้นสัมพันธ์กับความดันบรรยากาศด้วยไนไตรด์ทนไฟบางชนิดไม่เหมาะสำหรับการทำงานในสภาพแวดล้อมออกซิเดชันที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงไนไตรด์โลหะทรานซิชันมีการใช้งานที่สำคัญในชั้นผิวแข็งของเครื่องมือตัด

เซรามิกฉนวนกันความร้อน
งานวิจัยเกี่ยวกับเซรามิกส์ฉนวนกันความร้อนในปัจจุบันส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่วัสดุเซรามิกเคลือบป้องกันความร้อนการเคลือบป้องกันความร้อนส่วนใหญ่จะใช้ในอุตสาหกรรมเครื่องยนต์อากาศยาน ซึ่งมีผลเป็นฉนวนความร้อนที่ดีและต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงเป็นหนึ่งในสารเคลือบป้องกันอุณหภูมิสูงที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบัน

การเคลือบป้องกันความร้อนมีหน้าที่เป็นฉนวนความร้อน ต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง และต้านทานการกัดกร่อนโครงสร้างทั่วไปเป็นระบบสองชั้น ซึ่งประกอบด้วยชั้นกั้นความร้อนเซรามิกบนพื้นผิวและชั้นยึดโลหะตรงกลางชั้นกั้นความร้อนเซรามิกมีบทบาทเป็นฉนวนในการเคลือบกั้นความร้อนสามารถลดการนำความร้อนไปยังพื้นผิวโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพและปกป้องส่วนประกอบหลักวัสดุเซรามิกที่เหมาะสมสำหรับการเคลือบป้องกันความร้อนต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของจุดหลอมเหลวสูง การนำความร้อนต่ำ การจับคู่สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนกับเมทริกซ์โลหะที่ดีกว่า ความเสถียรทางเคมีที่ดีที่อุณหภูมิสูง การยึดเกาะสูงกับชั้นโลหะ และไม่เปลี่ยนเฟสระหว่างอุณหภูมิห้อง และอุณหภูมิในการทำงาน

1. ออกไซด์เสถียร ZrO2
ZrO2 ที่เสถียรออกไซด์มีค่าการนำความร้อนต่ำ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูง และประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงที่ดีเป็นวัสดุเซรามิกหลักของการเคลือบป้องกันความร้อนมาเป็นเวลานานมีออกไซด์หลายชนิดที่ใช้เพื่อทำให้ ZrO2 เสถียร รวมถึงสารทำให้เสถียรแบบไดวาเลนต์ เช่น CaO และ MgO สารทำให้เสถียรแบบไตรวาเลนต์ เช่น Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3 และสารทำให้เสถียรแบบเตตระวาเลนต์ เช่น CeO2 และ HfO2

2. เซรามิก ABO3 ที่มีโครงสร้างเพอร์รอฟสไกต์
ในบรรดาเซรามิก ABO3 ที่มีโครงสร้างเพอรอฟสไกต์ SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3 ฯลฯ ถูกนำมาใช้ในการเคลือบป้องกันความร้อนในช่วงแรกจุดหลอมเหลวของ SrZrO3 สูงถึง 2,690 ℃อย่างไรก็ตามความเสถียรของเฟสที่อุณหภูมิสูงนั้นไม่ดีไม่เหมาะที่จะใช้เพียงอย่างเดียวเป็นวัสดุเคลือบป้องกันความร้อนที่อุณหภูมิสูงจุดหลอมเหลวของ BaZrO3 คือ 2,000 ℃ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวต่ำกว่าของ YSZ มากดังนั้นความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจึงต่ำ

3. วัสดุเซรามิก A2B2O7
A2B2O7 (A คือธาตุหายาก B คือ Zr, Hf, Ce และธาตุอื่นๆ) วัสดุเซรามิกมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าวัสดุ ZrO2เป็นค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่เทียบเท่าและความเสถียรของเฟสที่อุณหภูมิสูงที่ดีในขณะเดียวกัน ก็ถือเป็นระบบวัสดุที่มีแนวโน้มดีที่สุดในการแทนที่ ZrO2

4. โครงสร้างแมกนีไทต์ MMeAl11O19 เซรามิกส์
โครงสร้างจุลภาคของเฮกซะอะลูมิเนต MMeAl11O19 (M คือ La, Nd, Sr และธาตุอื่นๆ, Me คือธาตุโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ฯลฯ) เซรามิกที่มีโครงสร้างตะกั่วแบบแมกนีไทต์ประกอบด้วยชั้นที่จัดเรียงแบบสุ่มในฐานะที่เป็นสารเคลือบป้องกันความร้อน จึงได้รับการพัฒนาขึ้นในภายหลังเพื่อรักษาโครงสร้างที่ดีในระยะยาวและเสถียรภาพทางความร้อนที่อุณหภูมิสูงมีอัตราการเผาผนึกต่ำกว่าวัสดุเคลือบป้องกันความร้อนที่ใช้ ZrO2 มากมี micropores จำนวนมากเพื่อให้แน่ใจว่ามีผลฉนวนกันความร้อนที่ดี

5. วัสดุเซรามิกอื่น ๆ
นอกจากวัสดุเซรามิกข้างต้นของการเคลือบป้องกันความร้อนแล้ว ยังมีการพัฒนาวัสดุเซรามิกอื่น ๆ ที่มีความเป็นไปได้ในการใช้งานของการเคลือบป้องกันความร้อนอีกด้วยY3Al5O12 (เรียกสั้นๆ ว่า YAG) เป็นวัสดุเคลือบป้องกันความร้อนที่ดี ซึ่งเป็นของโครงสร้างโกเมนไม่เพียงแต่สามารถรักษาเสถียรภาพทางความร้อนได้ดีตั้งแต่อุณหภูมิห้องจนถึงจุดหลอมเหลว (1970 ℃) แต่ยังมีค่าการนำความร้อนต่ำอีกด้วยอัตราการแพร่ของออกซิเจนใน YAG มีขนาดเล็กกว่าใน ZrO2 10 คำสั่งดังนั้น YAG จึงสามารถปกป้องพื้นผิวและชั้นยึดโลหะได้ดี