خصائص المواد الخزفية المتطورة

تقدم ZhiHao Ceramics مجموعة شاملة من المواد الخزفية المتطورة بما في ذلك الأكاسيد والنتريدات والكربيدات، والتي تتميز بخصائص ميكانيكية وحرارية وكهربائية وكيميائية متميزة. وتستخدم هذه المواد على نطاق واسع في القطاعات عالية الطلب مثل الفضاء الجوي والإلكترونيات وأشباه الموصلات والتكنولوجيا الطبية والسيارات والطاقة.

نحن لا نكتفي بتوريد المواد فحسب، بل نلتزم أيضًا بتحسين تصميم المواد ومجموعات الأداء باستمرار لتلبية متطلبات السوق المتنوعة.

تقدم هذه الصفحة نظرة عامة منهجية على الخصائص الأساسية لمختلف المواد الخزفية التقنية الشائعة الاستخدام، إلى جانب جداول مفصلة بمعلمات المواد لمساعدتك في اتخاذ قرارات مستنيرة عند اختيار المواد المناسبة.

  • الخصائص الميكانيكية (مثل قوة الانحناء، معامل يونغ، الصلابة، مقاومة الكسر)
  • الخصائص الحرارية (مثل التوصيل الحراري، التمدد الحراري، درجة حرارة التشغيل القصوى)
  • الخصائص الكهربائية (مثل قوة العزل الكهربائي والمقاومة الكهربائية والثابت العازل الكهربائي)
  • الخصائص الكيميائية (مثل مقاومة الأحماض، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة القلويات)

الخاصية الميكانيكية

تحدد الخصائص الميكانيكية كيفية تصرف السيراميك تحت الأحمال الميكانيكية مثل الضغط والشد والانحناء. وتشمل هذه الخصائص صلابة السيراميك وقوة الانحناء وقوة الضغط ومعامل يونغ ومقاومة الكسر. وتعد هذه الخصائص حاسمة بالنسبة للسيراميك المقاوم للتآكل والمحامل الخزفية والأختام والتطبيقات الهيكلية عالية الحمل.

شرح الكلمات المفتاحية ذات الصلة:

  • صلابة السيراميك: القدرة على مقاومة انبعاج السطح أو الخدش.
  • قوة الانحناء للسيراميك: القدرة على مقاومة قوى الانحناء دون حدوث كسر.
  • معامل يونغ للسيراميك: مقياس للصلابة تحت التشوه المرن.
  • صلابة الكسر في السيراميك: القدرة على مقاومة انتشار الشقوق ومنع الكسر.
  • قوة الضغط للسيراميك: أقصى حمل ضغط يمكن أن يتحمله السيراميك.

جدول معلمات الخصائص الميكانيكية

المواد الصلابة (Hv) قوة الانحناء (مגה باسكال) معامل المرونة (GPa) صلابة الكسر (MPa·m¹/²)
الألومينا (نقاء 99.71٪) ~1800 300-400 370 3.5–4.5
الزركونيا المثبتة بالإيتريا (Y-TZP) ~1200 900-1200 210 8-10
ZTA20 ~1500 500-700 300 6-7
نيتريد السيليكون ~1550 800-1000 320 6-8
كربيد السيليكون ~2500 400-550 410 3.0–4.0
نيتريد الألومنيوم ~1200 300-400 320 2.5–3.5
السيراميك القابل للمعالجة ~500 150-200 65 1.5–2.0
نتريد البورون (h-BN) ~100 <100 30 لا ينطبق
أكسيد البريليوم ~1200 250-300 300 2.5–3.0

الأداء الحراري

في التطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة عالية أو دورات حرارية سريعة، تعتبر الخصائص الحرارية ذات أهمية قصوى. وتعد خصائص مثل التوصيل الحراري ومعامل التمدد الحراري ودرجة حرارة التشغيل القصوى أمورًا بالغة الأهمية بالنسبة لمبددات الحرارة والعوازل الحرارية ومكونات المحركات.

شرح الكلمات المفتاحية ذات الصلة:

  • الموصلية الحرارية للسيراميك: القدرة الفعالة على نقل الحرارة.
  • معامل التمدد الحراري: درجة تمدد المادة مع ارتفاع درجة الحرارة.
  • مقاومة الصدمات الحرارية للسيراميك: مقاومة التشقق تحت تأثير التغيرات السريعة في درجة الحرارة.
  • السيراميك المقاوم للحرارة العالية: سيراميك يحافظ على قوته واستقراره عند درجات حرارة تتجاوز 1000 درجة مئوية.

جدول معلمات الأداء الحراري

المواد الموصلية الحرارية (وات/م كلفن) معامل التمدد الحراري (10⁻⁶/K) أقصى درجة حرارة تشغيل (درجة مئوية)
الألومينا 25-35 7.5 1500
أكسيد الزركونيوم 2-3 10-11 1000
ثايوريا الزنك 12-15 8-9 1450
نيتريد السيليكون 25-30 3.2 1300
كربيد السيليكون 120-150 4.0 1600
نيتريد الألومنيوم 170-200 4.5 1000
السيراميك القابل للمعالجة 1.5 9.0 800
نتريد البورون 30-50 1.0 900
أكسيد البريليوم 250 8.0 1200

الأداء الكهربائي

تحدد الخصائص الكهربائية قدرة المادة على العزل أو التوصيل. وتستخدم السيراميك المتطور مثل السيراميك العازل للكهرباء أو السيراميك العازل الكهربائي على نطاق واسع في المكثفات والعوازل ولوحات الدوائر الكهربائية وأجهزة الميكروويف.

شرح الكلمات المفتاحية ذات الصلة:

  • قوة العزل الكهربائي للسيراميك: أقصى جهد كهربائي يمكن أن يتحمله المادة دون حدوث انهيار كهربائي.
  • مقاومة الحجم: مقاومة مادة ما لتدفق التيار الكهربائي.
  • الثابت العازل الكهربائي للسيراميك: الثابت العازل الكهربائي للسيراميك تحت تأثير مجال كهربائي.

جدول معلمات الأداء الكهربائي

المواد قوة العزل الكهربائي (كيلو فولت/مم) الثابت العازل الكهربائي (1 ميجاهرتز) مقاومة الحجم (Ω·cm)
الألومينا 10-15 9-10 >10¹⁴
أكسيد الزركونيوم 7-9 22-30 10¹⁰
ثايوريا الزنك 9-11 15-20 >10¹²
نيتريد السيليكون 12 8-9 >10¹⁴
كربيد السيليكون ~5 9-10 ~10⁵–10⁶ (أشباه الموصلات)
نيتريد الألومنيوم 12-15 8.5 >10¹³
السيراميك القابل للمعالجة 6-8 6 >10¹²
نتريد البورون 4-5 4 10¹⁵
أكسيد البريليوم 9-10 6.5–7 >10¹⁴

مقاومة المواد الكيميائية

تحدد الاستقرار الكيميائي قدرة المادة على تحمل البيئات الكيميائية القاسية. تعتبر السيراميك المقاوم للتآكل مواد مثالية للمفاعلات الكيميائية ومعدات أشباه الموصلات وأنظمة التعقيم الطبي.

شرح الكلمات المفتاحية ذات الصلة:

  • مقاومة السيراميك للتآكل: القدرة على البقاء خاملاً كيميائياً عند التعرض لمواد كيميائية تآكلية.
  • الاستقرار الكيميائي للسيراميك: قادر على مقاومة التلف لفترات طويلة في البيئات القاسية.
  • السيراميك في البيئات الحمضية والقلوية: سلوك السيراميك عند تعرضه للأحماض والقلويات والمذيبات.

جدول مقارنة المقاومة الكيميائية

المواد مقاومة الأحماض مقاومة القلويات خصائص مضادة للأكسدة
الألومينا جيد إلى حد ما حسناً. جيد إلى حد ما
أكسيد الزركونيوم حسناً. بشكل عام حسناً.
ثايوريا الزنك جيد إلى حد ما حسناً. جيد إلى حد ما
نيتريد السيليكون جيد إلى حد ما حسناً. جيد إلى حد ما
كربيد السيليكون جيد إلى حد ما جيد إلى حد ما جيد إلى حد ما
نيتريد الألومنيوم بشكل عام بشكل عام
السيراميك القابل للمعالجة بشكل عام بشكل عام
نتريد البورون حسناً. جيد (خامل تجاه HF)
أكسيد البريليوم حسناً. بشكل عام حسناً.

التطبيقات القائمة على الأداء

تستخدم السيراميك المتطور على نطاق واسع في مختلف الصناعات بفضل قوته الميكانيكية الاستثنائية واستقراره الحراري وخصائصه العازلة للكهرباء ومقاومته الكيميائية. يعرض هذا القسم دراسات حالات تطبيقية مصممة خصيصًا لتلبية متطلبات أداء محددة، لمساعدة المهندسين ومطوري المنتجات في اختيار المواد الخزفية الأنسب.

تتميز السيراميك مثل الزركونيا والألومينا المقواة بالزركونيا (ZTA) ونتريد السيليكون بقوة انثناء عالية ومقاومة ممتازة للكسر، مما يجعلها مثالية للبيئات ذات المتطلبات الميكانيكية الصعبة.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • مقعد الصمام وصمام عدم الرجوع
  • محامل كروية ومحامل أسطوانية
  • أدوات القطع والملحقات
  • مكبس المضخة والعمود
  • الدعم الهيكلي في البيئات عالية الحمل

الميزات الرئيسية:

  • مقاومة فائقة للإجهاد الميكانيكي والتعب
  • ثبات الأبعاد على المدى الطويل
  • مقاومة عالية للتأثيرات ومقاومة للتشقق

تُستخدم مواد مثل الألومينا و ZTA وكربيد السيليكون في البيئات عالية الاحتكاك أو الكاشطة نظرًا لصلابتها الاستثنائية ومقاومتها للتآكل.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • الأختام الميكانيكية والمحامل المنزلقة
  • بطانة المضخة والمكبس
  • فوهة وقناة
  • أدوات النسيج وسحب الأسلاك

الميزات الرئيسية:

  • موصلية حرارية عالية، مع خصائص عزل كهربائي
  • مقاومة جيدة للصدمات الحرارية
  • التوافق مع اللحام والتعدين

تتميز نيتريد الألومنيوم وكربيد السيليكون وأكسيد البريليوم بقدرة عالية على التوصيل الحراري، وتستخدم بشكل متكرر في الأنظمة الإلكترونية والبصرية الإلكترونية لضمان تبديد الحرارة بشكل فعال.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • المشعاعات والمبددات الحرارية
  • حاملات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء والليزر
  • ركيزة إلكترونيات الطاقة
  • عازل نظام التفريغ

الميزات الرئيسية:

  • موصلية حرارية عالية، مع خصائص عزل كهربائي
  • مقاومة جيدة للصدمات الحرارية
  • التوافق مع اللحام والتعدين

تتمتع الألومينا ونتريد البورون السداسي والزجاج الخزفي القابل للتشغيل الآلي بقوة عازلة ومقاومة عالية، مما يجعلها مناسبة للمكونات الإلكترونية عالية الجهد والترددات الراديوية والدقيقة.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • عازلات الجهد العالي والبطانات
  • ركيزة الترددات اللاسلكية/الموجات الدقيقة
  • تغذية الفراغ
  • مثبتات كهروستاتيكية ومكونات عازلة

الميزات الرئيسية:

  • خصائص عازلة ممتازة
  • خسارة عازلة منخفضة وثابتة ثابتة
  • أداء الموثوقية في البيئات عالية التردد

بالنسبة للتطبيقات التي تنطوي على التعرض للأحماض والقلويات والغازات المسببة للتآكل، تعتبر مواد مثل كربيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم ونتريد السيليكون خيارات مثالية بسبب خمولها الكيميائي ومقاومتها للأكسدة.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • بطانة المفاعل الكيميائي
  • مكونات حفر أشباه الموصلات
  • نظام معالجة السوائل
  • مكونات العادم والاحتراق

الميزات الرئيسية:

  • مقاومة للأحماض والقلويات وعوامل الأكسدة
  • تلوث منخفض، نقاء عالٍ
  • يحافظ على الاستقرار في درجات الحرارة العالية والبيئات الكيميائية

يمكن تشكيل السيراميك الزجاجي القابل للتشغيل الآلي (MGC) بسهولة باستخدام الأدوات التقليدية، مما يجعله مثاليًا للإنتاج بكميات صغيرة، والتصميمات الهندسية المعقدة، والنماذج الأولية السريعة.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • أجهزة اختبار مخصصة ورقائق
  • حاملات الليزر والمكونات البصرية
  • مكونات متوافقة مع الفراغ
  • مكونات البحث والتطوير والنماذج الأولية السريعة

الميزات الرئيسية:

  • لا حاجة للتلبيد، سهل المعالجة
  • خصائص عزل كهربائي ممتازة
  • مستقر في الفراغ وفي درجات الحرارة العالية

في مجالات مثل معالجة أشباه الموصلات والأجهزة التحليلية، يُفضل استخدام السيراميك عالي النقاء بما في ذلك أكسيد الألومنيوم (99.71٪) ونتريد الألومنيوم ونتريد البورون بسبب مستويات التلوث المنخفضة للغاية والاستقرار الكيميائي.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

  • مكونات معالجة الرقائق ودعمها
  • مكونات غرفة مقاومة للبلازما
  • حامل بصري دقيق
  • بيئات طبية ومعقمة

الميزات الرئيسية:

  • انبعاثات عادم منخفضة وتلوث ضئيل
  • خصائص عازلة عالية وخصائص حرارية
  • متوافق مع غرف الأبحاث وظروف الضغط الفائق

الأسئلة المتكررة بشأن خصائص المواد الخزفية

يعتمد اختيار السيراميك المتقدم على متطلبات الأداء للتطبيق المحدد. فيما يلي أمثلة تستند إلى الخصائص المذكورة أعلاه:

يتميز أكسيد البريليوم (BeO) بأعلى معدل توصيل حراري (>230 وات/م·كلفن)، يليه نيتريد الألومنيوم (AlN). هذه السيراميكيات ضرورية لتبديد الحرارة في التطبيقات الإلكترونية عالية الطاقة.

تشتهر الزركونيا المثبتة بالإيتريا (Y-TZP) و ZTA بمتانتها العالية ضد الكسر وقوتها الضاغطة. وغالبًا ما تستخدم في الأنظمة الميكانيكية التي تتطلب مقاومة الصدمات وتحمل الإجهاد.

معظم أنواع السيراميك المتطورة هي عوازل ممتازة، مثل الألومينا ونتريد البورون. ومع ذلك، فإن بعض أنواع السيراميك — مثل كربيد السيليكون — تتميز بخصائص أشباه الموصلات وتستخدم في الأجهزة الإلكترونية بسبب خصائصها الكهربائية المحددة.

يتمتع كربيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم بمقاومة استثنائية للأحماض والقلويات والأكسدة، ويستخدمان بشكل متكرر في المصانع الكيميائية وأنظمة العادم وغرف معالجة أشباه الموصلات.

في حين أن معظم السيراميك التقني صلب وهش، فإن السيراميك الزجاجي القابل للتشغيل الآلي مثل MGC يمكن تشغيله بسهولة باستخدام الأدوات التقليدية. هذه المواد مناسبة تمامًا للنماذج الأولية والأشكال الهندسية المعقدة.

خصائص السيراميك المتقدمة

لست متأكدًا من المادة الخزفية المناسبة لتطبيقك؟
استخدم نموذجنا التفاعلي لإجراء اختيارك.

دعنا نساعدك في اختيار المواد المناسبة.

في Zhihao Ceramics، نحن متخصصون في توريد ومعالجة السيراميك التقني المتطور المصمم خصيصًا لتلبية متطلبات التصميم والأداء الخاصة بك. سواء كنت تعمل على تطوير منتجات جديدة أو تحسين المكونات الحالية، يمكن لمهندسي المواد لدينا مساعدتك في اختيار السيراميك الأنسب لصناعتك.

  • دليل اختيار المواد

  • التصنيع المخصص والنماذج الأولية

  • توريد السيراميك عالي الأداء