什么是先进陶瓷材料?
先进陶瓷在世界各地被称为技术陶瓷、工程陶瓷或精密陶瓷,由无机、非金属氧化物、氮化物或碳化物材料构成。先进陶瓷材料具有脆、硬、抗压强、抗剪、抗拉力弱等特点。它们普遍可以承受其他材料在酸性或腐蚀性环境中发生的化学腐蚀,并且通常可以承受非常高的温度,范围从 1,000 °C 到 1,600 °C(1,800 °F 到 3,000 °F)。
为什么使用先进陶瓷材料?
先进陶瓷种类较多,且具有不同的化学成分组成和组织结构,因此具备不同的性质和功能。但由于先进陶瓷普遍具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、电绝缘等特性,被作为工程结构材料和功能材料广泛运用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等方面。
先进陶瓷正在改变世界
由于其卓越的耐高温,高硬度和电性能,先进陶瓷经常在各种应用中替代金属,聚合物和耐火材料。通过改变化学配方或制造工艺,可以调整其性能以满足各种苛刻的条件。正确使用陶瓷可以延长产品寿命,提高效率,降低总体维护成本并提高产品性能。
先进陶瓷的基本特性.
非常高的硬度
先进陶瓷材料最常见的特性之一是极高的硬度(和刚度),有些是不锈钢的4倍以上。如此高的硬度直接转化为出色的耐磨性,使得由先进陶瓷零件可以长时间的应用而不磨损。
极高的抗压强度
先进陶瓷材料具有很高的抗压强度。例如,许多精密陶瓷可以承受1000至4000 MPa的极高负载。另一方面,钛被认为是非常坚固的金属,其抗压强度仅为1000 MPa。
普遍较低的密度
先进陶瓷材料的另一个常见特性是密度低,范围为2至6 g / cm³,这比不锈钢(8 g /cm³)和钛(4.5 g / cm³)要轻得多。由于其高硬度和低重量,先进陶瓷正越来越多地用于各种行业,提供其他材料无法比拟的性能和使用寿命。
耐高温的能力
先进陶瓷可以在大部分金属(或几乎任何其他材料)无法保持其性能的高温下发挥作用。一些陶瓷甚至可以在超过1750°C的温度下运行,使得它们属于超高温材料。事实证明,先进陶瓷在发动机,涡轮机和轴承等高温应用中具有不可估量的价值,它们可以延长使用寿命,提高性能和提高效率。
卓越的电气性能
先进陶瓷材料往往是极好的电绝缘体(高介电强度),它们在其他材料的机械和热性能趋于下降的高温应用中特别有用。某些陶瓷具有低电损耗和高介电常数,这些通常用于电容器和谐振器等电子应用。另外,将绝缘体与结构部件结合的能力导致了许多产品创新,使得它们得到广泛的应用。
化学惰性和耐腐蚀
先进陶瓷材料化学性质非常稳定,化学溶解度低,因此高度耐腐蚀。金属和聚合物不能提供相同的惰性或耐腐蚀性,这使先进陶瓷成为许多商业和工业应用中极具吸引力的选择。尤其是在还需要耐磨性的情况下,先进陶瓷应用零件使用大大提升。
先进陶瓷的弊端.
可塑性较差
由于烧结成型后的先进陶瓷普遍具有较高的硬度,所以导致先进陶瓷在进行机加工时非常困难。因此,与传统的金属材料不同,大部分先进陶瓷在烧结成型后加工只能通过磨具进行研磨,这也是导致相同结构的情况下,先进陶瓷零件售价比金属零件要高的原因。好在,我司提供可加工微晶玻璃陶瓷和六方氮化硼陶瓷,它们可以以传统的切削方式进行加工,具有较高的可塑性。
脆性材料
先进陶瓷的原子键由离子键和共价键组成,这种键合结构意味着原子结构很难移动,使其具备了极高的强度,但同时也使先进陶瓷没有延展性,它们可能非常脆。与先进陶瓷相比,金属具有强度相对较低的“金属”键,它们可以在任何方向与原子键合,这种具有许多多方向键的能力使金属具有延展性、韧性。因此,正确地选用先进陶瓷材料和合理的结构设计显得非常重要。
难以设计
每种类型的先进陶瓷都具有特定的热、机械和电气性能,这些特性可能会因操作条件和产品设计而发生变化。事实上,即使是完全相同类型的先进陶瓷材料的制造过程也可以极大地改变其性能。