Gelişmiş seramikler, yüksek sıcaklık özelliklerine bağlı olarak kimya sanayi, metalurji, makine, havacılık ve uzay ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.Yüksek sıcaklık özellikleri arasında yüksek sıcaklık direnci ve ısı yalıtımı bulunur.

İkisi arasındaki farkları veya bağlantıları biliyor musunuz?
Yüksek sıcaklığa dayanıklı seramikler, esas olarak seramiklerin "yüksek erime noktasına" yöneliktir.Yani yüksek sıcaklıklarda kolay kolay yok olmazlar, ısı yalıtım seramikleri ise esas olarak bazı özel seramiklerin "düşük ısı iletkenliği" yani ısıyı izole edebilmeleri amaçlanır.Tartışılan "ısı yalıtım malzemeleri", "ısı yalıtımı", "soğuk yalıtımı", "ısı yalıtımı malzemeleri", vb. içerir. Isı yalıtımı seramikleri üzerine mevcut araştırma, genellikle yüksek sıcaklıklardaki ısı yalıtımına odaklanır.Bu nedenle, bu uygulama araştırması kapsamında, yüksek sıcaklığa dayanıklı seramikler mutlaka ısı yalıtımı olmayabilir.Ancak yüksek sıcaklıklı çalışma ortamlarında ısı yalıtım seramiklerinin yüksek sıcaklık dayanımı ve ısı yalıtımı gereksinimlerini karşılaması gerekir.

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 zamanlarda, ergitme ve diğer termal ekipmanlar, yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemeler ve ürünler için daha yüksek gereksinimler ortaya koymuştur.Havacılık endüstrisinin hızlı gelişimi, kalitesini ve çeşitliliğini artırmak için yüksek sıcaklığa dayanıklı seramiklerin gelişimini de teşvik etmiştir.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.Ayrıca yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemelerin işlenmesi zordur.Zayıf termal şok direncine sahiptirler Ek olarak, kullanımda bağlanmaları kolay değildir, bu da Sialon malzemeleri, Sialon kompozit malzemeleri, yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik kaplama malzemeleri, karbür kompozit seramik gibi yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemeler kompozitinin gelişimini teşvik eder. yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler, vb.

Ultra yüksek sıcaklığa dayanıklı seramik malzemeler
Ultra yüksek sıcaklık seramikleri (UHTC), ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, vb. gibi erime noktası 3000 ℃'den fazla olan seramik bileşikleri ifade eder.

Mükemmel termokimyasal kararlılığa ve yüksek elastik modül, yüksek sertlik, düşük doymuş buhar basıncı, yüksek termal iletkenlik ve elektrik iletkenliği, orta düzeyde termal genleşme oranı ve iyi termal şok direnci dahil olmak üzere mükemmel fiziksel özelliklere sahiptirler.Genellikle geçiş metali borürleri, karbürler Nitrürler ve bunların kompozitleri dahil olmak üzere yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemeti koruyabilirler.

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.Bununla birlikte, zayıf oksidasyon direnci, 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.Isıtma veya soğutma işlemi sırasında katı faz dönüşümüne uğramaz ve iyi termal şok direncine ve yüksek sıcaklık dayanımına sahiptir.ancak, karbür UHTC'lerin kırılma tokluğu düşüktür ve oksidasyon direnci zayıftır.

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 nitrürlerin erime noktası, ortam basıncıyla da ilişkilidir.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
Isı yalıtım seramikleri ile ilgili mevcut araştırma, çoğunlukla termal bariyer kaplama seramik malzemelerine odaklanmıştır.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 aslında termal bariyer kaplamasında yalıtkan bir rol oynar.Metal alt tabakaya ısı iletimini etkili bir şekilde azaltabilir ve ana bileşenleri koruyabilir.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.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 yüksektir.Bununla birlikte, yüksek sıcaklıklarda faz kararlılığı zayıftır.Yüksek sıcaklıklarda termal bariyer kaplama malzemesi olarak tek başına kullanılması uygun değildir.BaZrO3'ün erime noktası 2000 ℃'dir.Genleşme katsayısı YSZ'ninkinden çok daha düşüktür.Bu nedenle termal şok direnci zayıftır.

3. A2B2O7 seramik malzemeler
A2B2O7 (A nadir toprak elementidir, B ise Zr, Hf, Ce ve diğer elementlerdir) seramik malzeme ZrO2 malzemeye göre daha düşük termal iletkenliğe sahiptir.Eşdeğer termal genleşme katsayısı ve iyi yüksek sıcaklık faz kararlılığıdır.Bu arada, ZrO2'nin yerini alacak en umut verici malzeme sistemi olarak kabul edilir.

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.Termal bariyer kaplama olarak, yüksek sıcaklıklarda uzun süreli iyi yapı ve termal kararlılık sağlamak için geç geliştirilmiştir.ZrO2 esaslı termal bariyer kaplama malzemelerine göre çok daha düşük sinterleme oranına sahiptir.İyi bir ısı yalıtımı etkisi sağlamak için birçok mikro gözenek vardır.

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.Sadece oda sıcaklığından erime noktasına (1970 ℃) kadar iyi termal kararlılığı korumakla kalmaz, aynı zamanda düşük termal iletkenliğe de sahiptir.YAG'daki oksijenin difüzyon hızı, ZrO2'dekinden 10 kat daha küçüktür.Bu nedenle YAG, alt tabakayı ve metal bağlama katmanını iyi koruyabilir.