Gốm tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, luyện kim, máy móc, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác do đặc tính nhiệt độ cao của chúng.Đặc điểm nhiệt độ cao của nó bao gồm khả năng chịu nhiệt độ cao và cách nhiệt.Sự khác biệt và kết nối giữa hai là gì?
Gốm chịu nhiệt độ cao chủ yếu nhằm vào "điểm nóng chảy cao" của gốm, nghĩa là chúng không dễ bị phá hủy ở nhiệt độ cao, trong khi gốm cách nhiệt chủ yếu nhằm vào "độ dẫn nhiệt thấp" của một số loại gốm đặc biệt, nghĩa là chúng có thể cách ly nhiệt.Cần lưu ý rằng khi chúng ta nói về "vật liệu cách nhiệt", chúng thường bao gồm "cách nhiệt", "cách nhiệt lạnh", "vật liệu cách nhiệt", v.v. Hiện tại, nghiên cứu về gốm cách nhiệt thường tập trung vào vật liệu cách nhiệt. cách nhiệt ở nhiệt độ cao.Vì vậy, trong phạm vi nghiên cứu ứng dụng này, chúng ta có thể biết rằng gốm sứ chịu nhiệt độ cao có thể không nhất thiết phải là vật liệu cách nhiệt, nhưng trong môi trường làm việc có nhiệt độ cao, gốm sứ cách nhiệt phải đáp ứng yêu cầu chịu nhiệt độ cao và cách nhiệt.

Gốm sứ chịu nhiệt độ cao
Nói chung, gốm chịu nhiệt độ cao là tên gọi chung của vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao hơn điểm nóng chảy oxit silic (1728 ℃).Nó là một phần quan trọng của gốm sứ đặc biệt, và đôi khi cũng là một phần của vật liệu chịu nhiệt độ cao.

Theo thành phần hóa học chính của vật liệu gốm, chúng có thể được chia thành gốm oxit nhiệt độ cao (như Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, ThO2, Cr2O3, SiO2, BeO, 3Al2O3 · 2SiO2, v.v.), gốm cacbua, gốm boride, gốm nitrua và gốm silicide.Là một vật liệu cấu trúc nhiệt độ cao, nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, năng lượng nguyên tử, công nghệ điện tử, máy móc, công nghiệp hóa chất, luyện kim và nhiều bộ phận khác.Nó là một vật liệu kỹ thuật nhiệt độ cao không thể thiếu cho khoa học và công nghệ hiện đại.

Trong những năm gần đây, khi quá trình luyện kim và các thiết bị nhiệt khác đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với vật liệu và sản phẩm gốm chịu nhiệt độ cao, sự phát triển nhanh chóng của ngành hàng không vũ trụ cũng đã kích thích sự phát triển của gốm chịu nhiệt độ cao, vì vậy chất lượng và chủng loại của nó không ngừng được cải thiện. .Hiện tại, vật liệu gốm chịu nhiệt độ cao một thành phần có những thiếu sót rõ ràng về tính chất do thành phần đơn lẻ của chúng, chẳng hạn như vật liệu corundum, nhiệt độ thiêu kết cao, hệ số giãn nở nhiệt lớn của vật liệu thiêu kết, khả năng chống sốc nhiệt kém và khả năng chống oxy hóa kém của gốm cacbua silic vật liệu.Ngoài ra, vật liệu gốm chịu nhiệt độ cao khó gia công, khả năng chống sốc nhiệt kém, không dễ kết dính khi sử dụng, điều này cũng thúc đẩy sự phát triển của vật liệu composite gốm chịu nhiệt độ cao, chẳng hạn như vật liệu Sialon, vật liệu composite Sialon , vật liệu phủ gốm chịu nhiệt độ cao, vật liệu gốm composite cacbua chịu nhiệt độ cao, v.v.

Vật liệu gốm nhiệt độ cực cao
Gốm nhiệt độ cực cao (UHTC) dùng để chỉ các hợp chất gốm có nhiệt độ nóng chảy trên 3000 ℃, chẳng hạn như ZrC, HfC, TaC, HfB2, ZrB2, HfN, v.v., có tính ổn định nhiệt hóa học tuyệt vời và tính chất vật lý tuyệt vời, bao gồm cao mô đun đàn hồi, độ cứng cao, áp suất hơi bão hòa thấp, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện cao, tốc độ giãn nở nhiệt vừa phải và khả năng chống sốc nhiệt tốt, đồng thời có thể duy trì độ bền cao ở nhiệt độ cao, thường bao gồm các borua kim loại chuyển tiếp, cacbua nitrua và vật liệu tổng hợp của chúng.

1. Gốm sứ boride nhiệt độ cực cao
Gốm boride nhiệt độ cực cao chủ yếu bao gồm gốm HfB2, ZrB2, TaB2, TiB2 và YB4.Những vật liệu gốm này có đặc điểm là nhiệt độ nóng chảy cao, độ cứng cao, độ bền cao, tốc độ bay hơi thấp, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện cao do liên kết cộng hóa trị mạnh của chúng.ZrB2 và HfB2 là các UHTC được nghiên cứu rộng rãi nhất trong gốm boride, nhưng khả năng chống oxy hóa kém của chúng đã hạn chế ứng dụng rộng rãi của chúng.

2. Gốm cacbua nhiệt độ cực cao
Trong số gốm cacbua, ZrC, HfC, TaC và TiC có thể được sử dụng ở nhiệt độ cực cao.Loại gốm này có nhiệt độ nóng chảy rất cao, không trải qua quá trình biến đổi pha rắn trong quá trình gia nhiệt hoặc làm mát, đồng thời có khả năng chống sốc nhiệt tốt và độ bền nhiệt độ cao, nhưng độ bền đứt gãy của UHTC cacbua thấp và khả năng chống oxy hóa là nghèo.

3. Gốm nitrua nhiệt độ cực cao
Gốm nitrua nhiệt độ cực cao như ZrN, HfN và TaN cũng có đặc tính tốt.Nitrua kim loại chuyển tiếp có điểm nóng chảy cao.Tuy nhiên, điểm nóng chảy của các nitrua chịu lửa như vậy cũng liên quan đến áp suất xung quanh và không phải tất cả các nitrua chịu lửa đều phù hợp để làm việc trong môi trường oxy hóa ở nhiệt độ cao và áp suất cao.Nitrua kim loại chuyển tiếp có các ứng dụng quan trọng trong lớp làm cứng bề mặt của dụng cụ cắt.

Gốm sứ cách nhiệt
Hiện nay, các nghiên cứu về gốm cách nhiệt chủ yếu tập trung vào vật liệu gốm phủ lớp cách nhiệt.Lớp phủ rào cản nhiệt chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp máy bay, có tác dụng cách nhiệt tốt và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao.Nó là một trong những lớp phủ bảo vệ nhiệt độ cao tiên tiến nhất hiện nay.

Lớp phủ rào cản nhiệt có chức năng cách nhiệt, chống oxy hóa ở nhiệt độ cao và chống ăn mòn.Cấu trúc điển hình của nó là một hệ thống hai lớp, bao gồm lớp rào cản nhiệt gốm trên bề mặt và lớp liên kết kim loại ở giữa.Lớp rào cản nhiệt gốm thực sự đóng vai trò cách nhiệt trong lớp phủ rào cản nhiệt, có thể làm giảm hiệu quả sự dẫn nhiệt đến đế kim loại và bảo vệ các bộ phận chính.Vật liệu gốm thích hợp cho lớp phủ cản nhiệt phải đáp ứng các yêu cầu về điểm nóng chảy cao, độ dẫn nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt phù hợp hơn với ma trận kim loại, ổn định hóa học tốt ở nhiệt độ cao, độ bám dính cao với lớp kim loại và không có sự thay đổi pha giữa nhiệt độ phòng và nhiệt độ làm việc.
1. ZrO2 ổn định oxit
ZrO2 ổn định oxit có độ dẫn nhiệt thấp, hệ số giãn nở nhiệt cao và hiệu suất nhiệt độ cao tốt, và là vật liệu gốm chính của lớp phủ rào cản nhiệt trong một thời gian dài.Có nhiều loại oxit được sử dụng để ổn định ZrO2, bao gồm chất ổn định hóa trị hai như CaO và MgO, chất ổn định hóa trị ba như Y2O3, Sm2O3, Nd2O3, Er2O3 và chất ổn định hóa trị bốn như CeO2 và HfO2.

2. Gốm ABO3 có cấu trúc perovskite
Trong số các loại gốm ABO3 có cấu trúc perovskite, SrZrO3, BaZrO3, MgZrO3, v.v. đã được sử dụng trong lớp phủ rào cản nhiệt ở giai đoạn đầu.Mặc dù điểm nóng chảy của SrZrO3 cao tới 2690 ℃, nhưng độ ổn định pha của nó ở nhiệt độ cao rất kém và không phù hợp để sử dụng một mình làm vật liệu phủ rào cản nhiệt ở nhiệt độ cao.Điểm nóng chảy của BaZrO3 là 2000 ℃ và hệ số giãn nở của nó thấp hơn nhiều so với YSZ nên khả năng chống sốc nhiệt kém.

3. Vật liệu gốm A2B2O7
Vật liệu gốm A2B2O7 (A là nguyên tố đất hiếm, B là Zr, Hf, Ce và các nguyên tố khác) có độ dẫn nhiệt thấp hơn vật liệu ZrO2, hệ số giãn nở nhiệt tương đương và độ ổn định pha ở nhiệt độ cao tốt, được coi là vật liệu hứa hẹn nhất hệ thống thay thế ZrO2.

4. Cấu trúc từ tính gốm sứ MMeAl11O19
Cấu trúc tế vi của hexaaluminate MMeAl11O19 (M là La, Nd, Sr và các nguyên tố khác, Me là nguyên tố kim loại kiềm thổ, v.v.) gốm có cấu trúc chì từ tính bao gồm các lớp được sắp xếp ngẫu nhiên.Nó là lớp phủ cản nhiệt được phát triển muộn để duy trì cấu trúc tốt lâu dài và ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao.Nó có tốc độ thiêu kết thấp hơn nhiều so với vật liệu phủ rào cản nhiệt dựa trên ZrO2.Có nhiều lỗ nhỏ, có tác dụng cách nhiệt tốt.

5. Vật liệu gốm sứ khác
Ngoài các vật liệu gốm của lớp phủ rào cản nhiệt ở trên, các vật liệu gốm khác có triển vọng ứng dụng của lớp phủ rào cản nhiệt cũng đã được phát triển.Y3Al5O12 (gọi tắt là YAG) cũng là vật liệu sơn cản nhiệt tốt, thuộc cấu trúc granat.Nó có thể duy trì độ ổn định nhiệt tốt từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ nóng chảy (1970 ℃) và có độ dẫn nhiệt thấp.Tốc độ khuếch tán của oxy trong YAG nhỏ hơn 10 bậc so với trong ZrO2 nên YAG có thể bảo vệ tốt lớp nền và lớp liên kết kim loại.