Gelişmiş seramikler, yüksek sıcaklık özelliklerinden dolayı kimya sanayi, metalürji, makine, havacılık ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.Yüksek sıcaklık özellikleri arasında yüksek sıcaklık direnci ve ısı yalıtımı bulunur.İkisi arasındaki farklar ve bağlantılar nelerdir?
Yüksek sıcaklığa dayanıklı seramikler esas olarak seramiklerin "yüksek erime noktasına" yöneliktir, yani yüksek sıcaklıklarda yok edilmeleri kolay değildir, ısı yalıtım seramikleri ise esas olarak bazı özel seramiklerin "düşük ısı iletkenliğine" yöneliktir. yani ısıyı izole edebilirler."Isı yalıtım malzemeleri" denilince bunların genel olarak "ısı yalıtımı", "soğuk yalıtımı", "ısı yalıtım malzemeleri" vb. yüksek sıcaklıklarda yalıtım.Bu nedenle, bu uygulama araştırması kapsamında, yüksek sıcaklığa dayanıklı seramiklerin mutlaka ısı yalıtımı olmayabileceğini, ancak yüksek sıcaklıklı çalışma ortamlarında, ısı yalıtım seramiklerinin yüksek sıcaklık dayanımı ve ısı yalıtımı gereksinimlerini karşılaması gerektiğini bilebiliriz.

Yüksek sıcaklığa dayanıklı seramikler
Genel olarak yüksek sıcaklığa dayanıklı seramikler, erime sıcaklığı silikon oksit erime noktasının (1728 ℃) üzerinde olan seramik malzemelerin genel adını ifade eder.Özel seramiklerin önemli bir parçasıdır ve bazen de yüksek sıcaklık refrakter malzemelerinin bir parçasıdır.

Seramik malzemelerin ana kimyasal bileşimine göre, yüksek sıcaklık oksit seramikleri (Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, vb.), Karbür seramikler, borürlü seramikler, nitrürlü seramikler ve silisli seramikler.Yüksek sıcaklığa dayanıklı bir yapı malzemesi olarak havacılık, atom enerjisi, elektronik teknolojisi, makine, kimya sanayi, metalurji ve diğer birçok departmanda yaygın olarak kullanılmaktadır.Modern bilim ve teknoloji için vazgeçilmez bir yüksek sıcaklık mühendislik malzemesidir.

Son yıllarda, eritme ve diğer termal ekipmanlar, yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemeler ve ürünler için giderek daha yüksek gereksinimler ortaya koydukça, havacılık endüstrisinin hızlı gelişimi de yüksek sıcaklığa dayanıklı seramiklerin gelişimini teşvik etti, bu nedenle kalitesi ve çeşitliliği sürekli olarak iyileştirildi. .Şu anda, tek bileşenli yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemeler, korundum malzemeler, yüksek sinterleme sıcaklığı, sinterin büyük termal genleşme katsayısı, zayıf termal şok direnci ve silisyum karbür seramiğin zayıf oksidasyon direnci gibi tek bileşimlerinden dolayı özelliklerde bariz eksikliklere sahiptir. malzemeler.Ek olarak, yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemelerin işlenmesi zordur, zayıf termal şok direncine sahiptir ve kullanımda yapıştırılması kolay değildir, bu da Sialon malzemeleri, Sialon kompozit malzemeleri gibi yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemelerin kompozitinin gelişimini teşvik eder. , yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik kaplama malzemeleri, karbür kompozit seramik yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler vb.

Ultra yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemeler
Ultra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTC), mükemmel termokimyasal stabiliteye ve mükemmel fiziksel özelliklere sahip ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, vb. elastik modül, yüksek sertlik, düşük doymuş buhar basıncı, yüksek termal iletkenlik ve elektriksel iletkenlik, orta düzeyde termal genleşme oranı ve iyi termal şok direnci ve genellikle geçiş metali borürler, karbürler Nitrürler ve bunların kompozitleri dahil olmak üzere yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemeti koruyabilir.

1. Ultra yüksek sıcaklık borür seramikleri
Ultra yüksek sıcaklıklı borür seramikleri başlıca HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 ve YB4 seramiklerini içerir.Bu seramik malzemeler, güçlü kovalent bağları nedeniyle yüksek erime noktası, yüksek sertlik, yüksek mukavemet, düşük buharlaşma hızı, yüksek ısıl iletkenlik ve iletkenlik özelliklerine sahiptir.ZrB2 ve HfB2, borür seramiklerinde en çok çalışılan UHTC'lerdir, ancak zayıf oksidasyon dirençleri, geniş uygulama alanlarını sınırlar.

2. Ultra yüksek sıcaklıklı karbür seramikler
Karbür seramiklerden ZrC, HfC, TaC ve TiC ultra yüksek sıcaklıklarda kullanılabilir.Bu tür seramikler çok yüksek bir erime noktasına sahiptir, ısıtma veya soğutma işlemi sırasında katı faz dönüşümüne uğramaz ve iyi bir termal şok direncine ve yüksek sıcaklık dayanımına sahiptir, ancak karbür UHTC'lerin kırılma tokluğu düşüktür ve oksidasyon direnci düşüktür. yoksul.

3. Ultra yüksek sıcaklıklı nitrür seramikler
ZrN, HfN ve TaN gibi ultra yüksek sıcaklık nitrür seramikleri de iyi özelliklere sahiptir.Geçiş metali nitrürleri yüksek erime noktalarına sahiptir.Bununla birlikte, bu tür refrakter nitritlerin erime noktası aynı zamanda ortam basıncıyla da ilişkilidir ve tüm refrakter nitrürler, yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı oksidasyon ortamında çalışmaya uygun değildir.Geçiş metali nitrürleri, kesici takımların yüzey sertleştirilmiş tabakasında önemli uygulamalara sahiptir.

Isı yalıtım seramikleri
Şu anda, ısı yalıtım seramikleri üzerine yapılan araştırmalar çoğunlukla termal bariyer kaplama seramik malzemelerine odaklanmaktadır.Termal bariyer kaplama, esas olarak, iyi ısı yalıtım etkisine ve yüksek sıcaklık oksidasyon direncine sahip olan uçak motoru endüstrisinde kullanılmaktadır.Şu anda en gelişmiş yüksek sıcaklık koruyucu kaplamalardan biridir.

Termal bariyer kaplama, ısı yalıtımı, yüksek sıcaklık oksidasyon direnci ve korozyon direnci işlevlerine sahiptir.Tipik yapısı, yüzeyde seramik termal bariyer tabakası ve ortada metal bağlayıcı tabakadan oluşan çift katmanlı bir sistemdir.Seramik termal bariyer tabakası, termal bariyer kaplamasında, metal alt tabakaya ısı iletimini etkili bir şekilde azaltabilen ve ana bileşenleri koruyabilen, aslında yalıtkan bir rol oynar.Termal bariyer kaplamalar için uygun seramik malzemeler, yüksek erime noktası, düşük termal iletkenlik, termal genleşme katsayısının metal matrisle daha iyi eşleşmesi, yüksek sıcaklıkta iyi kimyasal stabilite, metal tabaka ile yüksek yapışma ve oda sıcaklığı arasında faz değişimi olmaması gereksinimlerini karşılamalıdır. ve çalışma sıcaklığı.
1. Oksit stabilize ZrO2
Oksitle stabilize edilmiş ZrO2, düşük termal iletkenliğe, yüksek termal genleşme katsayısına ve iyi yüksek sıcaklık performansına sahiptir ve uzun süredir termal bariyer kaplamanın ana seramik malzemesi olmuştur.ZrO2'yi stabilize etmek için kullanılan, CaO ve MgO gibi iki değerlikli stabilizatörler, Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3 gibi üç değerlikli stabilizatörler ve CeO2 ve HfO2 gibi dört değerlikli stabilizatörler dahil olmak üzere birçok oksit türü vardır.

2. Perovskite yapılı ABO3 seramikleri
Perovskit yapılı ABO3 seramiklerinden SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3 vb. termal bariyer kaplamalarda erken dönemde kullanılmıştır.SrZrO3'ün erime noktası 2690 ℃ kadar yüksek olmasına rağmen, yüksek sıcaklıklarda faz kararlılığı zayıftır ve yüksek sıcaklıklarda termal bariyer kaplama malzemesi olarak tek başına kullanılması uygun değildir.BaZrO3'ün erime noktası 2000 ℃'dir ve genleşme katsayısı YSZ'ninkinden çok daha düşüktür, bu nedenle termal şok direnci zayıftır.

3. A2B2O7 seramik malzemeler
A2B2O7 (A, nadir toprak elementidir, B, Zr, Hf, Ce ve diğer elementlerdir) seramik malzeme, ZrO2 malzemeden daha düşük termal iletkenliğe, eşdeğer termal genleşme katsayısına ve iyi yüksek sıcaklık faz kararlılığına sahiptir ve en umut verici malzeme olarak kabul edilir. ZrO2'nin yerini alacak sistem.

4. Manyetit yapısı MMeAl11O19 seramikleri
Manyetit kurşun yapılı hekzaalüminat MMeAl11O19 (M La, Nd, Sr ve diğer elementler, Me alkalin toprak metal elementi vb.) seramiklerin mikro yapısı rastgele düzenlenmiş katmanlardan oluşur.Yüksek sıcaklıklarda uzun süreli iyi yapı ve termal stabilite sağlamak için geç geliştirilen termal bariyer kaplamadır.ZrO2 esaslı termal bariyer kaplama malzemelerine göre çok daha düşük sinterleme oranına sahiptir.Birçok mikro gözenek vardır ve iyi bir ısı yalıtım etkisine sahiptir.

5. Diğer seramik malzemeler
Termal bariyer kaplamaların yukarıdaki seramik malzemelerine ek olarak, termal bariyer kaplamaların uygulama beklentileri olan diğer seramik malzemeler de geliştirilmiştir.Y3Al5O12 (kısaca YAG) da granat yapısına ait iyi bir termal bariyer kaplama malzemesidir.Oda sıcaklığından erime noktasına (1970 ℃) kadar iyi termal kararlılığı koruyabilir ve düşük termal iletkenliğe sahiptir.YAG'daki oksijenin difüzyon hızı, ZrO2'dekinden 10 kat daha küçüktür, bu nedenle YAG, alt tabakayı ve metal bağlayıcı tabakayı iyi koruyabilir.