Lidstvo znovu vstoupí do keramického věku z doby oceli

(Lidstvo znovu vstoupí do keramického věku z doby oceli)

Číňané vynalezli keramiku již asi 8000-2000 před naším letopočtem (neolit). Nádobí vyrobené z hlíny se nazývá keramika a nádoby vyrobené z porcelánu se nazývají porcelán. Keramika je obecné označení pro keramiku a porcelán. Hlína a porcelánová hlína, dvě různé vlastnosti země, se používají jako suroviny a lze je nazvat keramikou prostřednictvím procesu dávkování, formování, sušení a pečení.

S rozvojem moderní vědy a techniky se v minulém století objevilo mnoho nových keramických odrůd. Již nepoužívají nebo zřídka používají tradiční keramické suroviny, jako je jíl, živec, křemen atd., ale používají jiné jedinečné suroviny, a dokonce se rozšiřují do oblasti nesilikátových, neoxidových a objevilo se mnoho nových procesů. . Význam keramiky tedy daleko přesahuje úzké tradiční pojmy minulosti.

Zpočátku byla keramika obecným termínem pro keramiku a porcelán. Tedy tvarované slinuté těleso získané lisováním a vysokoteplotním slinováním. Tradiční keramické materiály odkazují především na hlinitokřemičitany. Zpočátku lidé neměli vysoké požadavky na výběr hlinitokřemičitanu, čistota nebyla významná, velikost částic nebyla jednotná a lisovací tlak nebyl vysoký. Keramika získaná v této době se nazývá tradiční keramika. Později se vyvinula do vysoké čistoty, malé a jednotné velikosti částic, vysokého lisovacího tlaku a slinuté těleso získané slinováním se nazývalo krásná keramika.

V další etapě lidé zkoumali základ materiálů tvořících keramiku, což výrazně změnilo pojetí keramiky. Vnitřní mechanické vlastnosti keramiky souvisí se strukturou chemické vazby prvků tvořících keramiku. Jako keramické materiály lze použít chemické látky, které mohou při tvorbě krystalů tvořit relativně stabilní trojrozměrnou síťovou strukturu. S neustálým vývojem a pokrokem keramických surovin se používání keramických výrobků stále rozšiřuje. Byl vytvořen nový typ materiálu – keramické materiály.

Keramické materiály se týkají třídy anorganických nekovových materiálů vyrobených z přírodních nebo syntetických sloučenin tvarováním a vysokoteplotním slinováním. Má výhody vysokého bodu tání, vysoké tvrdosti, vysoké odolnosti proti opotřebení a odolnosti proti oxidaci. Může být použit jako konstrukční materiál a řezný materiál. Protože keramika má také některé jedinečné vlastnosti, lze ji použít i jako funkční materiál. Jak jsou keramické materiály stále rafinovanější, řeč vědců: nemusíme znovu vstupovat do keramického věku z doby oceli.

Vlastnosti keramických materiálů

1. Mechanické vlastnosti keramických materiálů

Keramické materiály jsou materiály s nejlepší tuhostí a nejvyšší tvrdostí mezi strojírenskými materiály a jejich tvrdost je většinou nad 1500HV. Keramika má vyšší pevnost v tlaku, ale nižší pevnost v tahu a špatnou plasticitu a houževnatost.

2. Tepelné vlastnosti keramických materiálů

Keramické materiály mají obecně vysokou teplotu tání (většinou nad 2000 °C) a mají vynikající chemickou stabilitu při vysokých teplotách; tepelná vodivost keramiky je nižší než u kovových materiálů a keramika je také správným tepelně izolačním materiálem. Součinitel lineární roztažnosti keramiky je přitom nižší než u kovů. Při změnách teplot má keramika vynikající rozměrovou stálost.

3. Elektrické vlastnosti keramických materiálů

Většina keramiky má dobrou elektrickou izolaci, takže se široce používá k výrobě izolačních zařízení různých napětí (1 kV ~ 110 kV). Feroelektrická keramika (titanát barnatý BaTiO3) má vysokou dielektrickou konstantu a lze ji použít k výrobě kondenzátorů. Feroelektrická keramika může působením vnějšího elektrického pole měnit tvar a přeměňovat elektrickou energii na mechanickou energii (s charakteristikami piezoelektrických materiálů). Může být použit jako reproduktor, gramofon, ultrazvukový přístroj, sonar, lékařský spektrometr atd. Několik keramik má také polovodičové charakteristiky a lze je použít jako usměrňovače.

4. Chemické vlastnosti keramických materiálů

Keramické materiály nepodléhají snadno oxidaci při vysokých teplotách a mají vynikající odolnost proti korozi vůči kyselinám, zásadám a solím.

5. Optické vlastnosti keramických materiálů

Keramické materiály mají také jedinečné optické vlastnosti. Lze je použít jako pevné laserové materiály, vizuální vláknové materiály, optické úložiště atd. Transparentní keramiku lze použít pro vysokotlaké sodíkové výbojky. Magnetická keramika (jako jsou ferity: MgFe2O4, CuFe2O4, Fe3O4) má širokou škálu aplikací v audiopáskách, gramofonových deskách, transformátorových jádrech a součástech velkokapacitních počítačových pamětí.

Klasifikace keramických materiálů

Keramické materiály lze rozdělit na běžné materiály a jedinečné materiály podle různých slinovacích surovin. Materiály každodenní potřeby jsou slinovány z přírodních surovin, jako je živec, jíl a křemen. Jsou to typické silikátové materiály. Hlavními složkami jsou křemík, hliník a kyslík. Tyto tři prvky tvoří 90 % všech prvků kůry. Obyčejná keramika Bohaté zdroje, nízká cena, vyzrálá technologie. Tento typ keramiky lze podle výkonnostních charakteristik a použití rozdělit na keramiku denního použití, stavební keramiku, elektroizolační keramiku, chemickou keramiku atd. Specializované materiály jsou vyrobeny z vysoce čistých uměle syntetizovaných surovin, které jsou tvořeny slinováním s přesnou technologií řízení a obecně mají specifické jedinečné vlastnosti, aby vyhovovaly různým potřebám. Podle hlavních složek se rozlišuje oxidová keramika, nitridová keramika, karbidová keramika, cermety atd.; unikátní keramika má vybrané mechanické, optické, akustické, elektrické, magnetické, tepelné a další vlastnosti.

Podle různého použití lze unikátní keramické materiály rozdělit na strukturální keramiku, nástrojovou keramiku a funkční keramiku.

1.Strukturní keramika

Hlavním složením aluminové keramiky je Al2O3, který je obecně vyšší než 45 %. Aluminová keramika má různé vynikající vlastnosti. Vysokoteplotní odolnost lze běžně používat při 1600 ℃ po dlouhou dobu, odolnost proti korozi, vysoká pevnost, její pevnost je 2 až 3krát větší než u běžné keramiky a vyšší může dosáhnout 5 až 6krát. Nevýhodou je, že je křehký a nedokáže přijmout náhlé změny okolní teploty. Mimořádně univerzální, lze použít jako kelímek, zapalovací svíčku motoru, žáruvzdorný materiál pro vysoké teploty, jímku, těsnicí kroužek atd., lze také použít jako nástroje a formy.

Hlavním složením keramiky z nitridu křemíku je Si3N4, což je vysokoteplotní keramika s pevností při vysokých teplotách, vysokou tvrdostí, odolností proti opotřebení, odolností proti korozi a samomazáním. Koeficient lineární roztažnosti je nejmenší mezi různými keramikami a teplota použití je až 1400 ° C. Má vynikající odolnost proti korozi, kromě kyseliny fluorovodíkové, odolá korozi různých jiných kyselin a odolá korozi různých kovů a má vynikající elektrickou izolaci a odolnost proti záření. Může být použit jako vysokoteplotní ložiska; těsnicí kroužky používané v korozivních médiích, pouzdrech termočlánků a nástrojích pro řezání kovů.

Hlavním složením keramiky z karbidu křemíku je SiC, což je keramika s vysokou pevností, vysokou tvrdostí a vysokým teplotám, která si dokáže udržet vysokou pevnost v ohybu při použití od 1200 °C do 1400 °C. V současnosti je nejšpičkovější keramika s teplotní pevností, keramika z karbidu křemíku. Má také vynikající tepelnou vodivost, odolnost proti oxidaci, elektrickou vodivost a vysokou rázovou houževnatost. Je to vynikající vysokoteplotní konstrukční materiál, který lze použít pro díly, které pracují při vysokých teplotách, jako jsou trysky raketových ocasních ploch, pouzdra termočlánků, trubky pecí atd.; jeho tepelná vodivost může být použita k výrobě materiálů výměníků tepla při vysokých teplotách; a jeho vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení pro brusné kotouče a brusiva.

Šestiúhelníková keramika z nitridu bóru se skládá hlavně z BN a krystalová struktura je hexagonální krystalový systém. Struktura a výkon šestihranného nitridu boru jsou podobné grafitu, proto se nazývá „bílý grafit“, jeho tvrdost je nízká, lze jej řezat a má samomazné vlastnosti. Lze z něj vyrobit samomazná vysokoteplotní ložiska, formy na tvarování skla atd.

2. Nástrojová keramika

Hlavními složkami slinutého karbidu jsou karbidy a pojiva. Mezi karbidy patří především karbidy, karbidy titanu, karbidy tantalu, niobu a karbidy vanadu. Pojiva jsou převážně kobalt. Ve srovnání s nástrojovou ocelí má slinutý karbid vyšší tvrdost (až 87 ~ 91HRA), dobrou tvrdost za tepla (výborná odolnost proti otěru při cca 1000 ℃). Při použití jako nástroj je řezná rychlost 4-7krát vyšší než u rychlořezné oceli a životnost se zvyšuje 5 až 8krát. Jeho nevýhodou je, že tvrdost je příliš vysoká, křehkost je náročná na obrábění. Proto se z něj často vyrábí čepele a vykládá se na držák nástroje. Slinutý karbid se používá hlavně pro obráběcí nástroje; různé formy, včetně rýsovacích prodlužovacích raznic, rýsovacích raznic, raznic pro ražení za studena, důlních nástrojů, geologie a vývoje ropy, používají různé vrtáky atd.

Diamant Přírodní diamant (diamant) je vzácná ozdoba, zatímco syntetický diamant je široce používán v průmyslu. Diamant je nejtvrdší materiál v přírodě a má také velmi vysoký modul pružnosti. Tepelná vodivost diamantu je nejvyšší mezi známými materiály; Diamant má vynikající izolační vlastnosti. Diamant lze použít jako vrtáky, nože, brusné nástroje, matrice pro tažení drátu a orovnávací nástroje; diamantové nástroje mohou být zpracovány velmi přesně, aby bylo dosaženo zrcadlového povrchu. Diamantové nástroje však mají špatnou tepelnou stabilitu a výraznou afinitu s prvky skupiny železa, takže je nelze použít pro zpracování železa a slitin na bázi niklu. Zpracovávají především neželezné kovy a nekovy a jsou široce používány v keramice, skle, kameni, betonu, drahokamech, zpracování achátu atd.

Kubický nitrid boru (CBN) má kubickou krystalickou strukturu, jeho tvrdost je vysoká, hned po diamantu, a má lepší tepelnou stabilitu a chemickou stabilitu než diamant. Lze jej použít pro kalenou ocel, litinu odolnou proti opotřebení, materiály pro žárové nástřiky a nikl. Jedná se o řezání kovů. Lze z něj vyrobit nástroje, brusné nástroje, matrice pro tažení drátu atd.

Mezi další nástrojové keramiky patří oxid hlinitý, oxid zirkoničitý, nitrid křemíku a další keramika, ale jsou horší než výše uvedené tři nástrojové keramiky z hlediska celkového výkonu a technických aplikací.

3. Funkční keramika

Funkční keramika má obvykle jedinečné fyzikální vlastnosti a zahrnuje mnoho oborů. Typická keramika se stejnými funkcemi zahrnuje dielektrickou keramiku, optickou keramiku, magnetickou keramiku a polovodičovou keramiku. Dielektrická keramika má vlastnosti izolace, aktivního bodu, piezoelektriky a silných dielektrických vlastností. Používají se hlavně v substrátech integrovaných obvodů, termistorech, oscilátorech, kondenzátorech atd.; optická keramika má fluorescenční luminiscenci, vysokou průhlednost a bodovou emisi. Barevný efekt a další vlastnosti, lze použít v laserech, infračervených oknech, optických vláknech, displejích atd.; magnetická keramika se dělí na měkkou magnetickou, tvrdou magnetickou, magnetické pásky, různá vysokofrekvenční magnetická jádra jsou jemná magnetická keramika a elektroakustická zařízení, nástroje a magnetická základna ovládacího zařízení je vyrobena z tvrdé magnetické keramiky; polovodičová keramika má vliv na změnu teploty odporu a termionickou emisi a často se používá pro teplotní senzory a horké katody.

Krásná keramika je jednou z jedinečných hodnot nových materiálů a má široké možnosti rozvoje. Taková krásná keramika s vynikajícími vlastnostmi může být široce používána místo oceli a jiných kovů v širokém rozsahu pro dosažení účelu úspory energie, zlepšení účinnosti a snížení nákladů, kombinace krásné keramiky a syntetických polymerních materiálů. Může snížit hmotnost, velikost a účinnost vozidel.

Vynikající keramické materiály se stanou vysoce pevnými materiály, které vydrží vysoké teploty, takže je lze použít jako různé materiály tepelných motorů, včetně leteckých motorů, materiálů pro výrobu energie v palivových článcích, materiálů stěn jaderného reaktoru a materiálů pro motory s vnějším spalováním bez znečištění. . Krásná keramika, vysoce výkonné molekulární materiály, nové kovové materiály a kompozitní materiály jsou uvedeny jako čtyři nové materiály. Někteří vědci předpovídají. S příchodem krásné keramiky lidé znovu vstoupí do keramického věku z doby oceli.

Krásná keramika stále více vede nový materiálový svět s vynikajícími vlastnostmi, jako je odolnost proti vysokým teplotám, super pevnost a všestrannost. Dekorativní keramika je vysoce výkonná keramika, která je vyrobena z čistých, vysoce čistých, syntetických anorganických sloučenin jako surovin a slinutá přesnými kontrolními procesy. Jsou také známé jako pokročilá keramika nebo nová keramika. Existuje mnoho druhů krásné keramiky, které lze zhruba rozdělit do tří kategorií – strukturální keramika, elektronická keramika a biokeramika.

1.Strukturní keramika

Tato keramika se používá hlavně k výrobě konstrukčních dílů. Některá těsnění, ložiska, frézy, kulové ventily, vložky válců atd. ve strojírenství často podléhají tření a snadno se opotřebovávají. Vyrobené z kovu a slitin mohou být někdy během krátké doby poškozeny a pokročilé konstrukční keramické díly tomuto „soužení“ odolá.

2. Elektronická keramika

To se týká funkční keramiky používané k výrobě elektronických součástek a konstrukčních součástí elektronických systémů. Kromě svých vysokých mechanických vlastností, jako je vysoká tvrdost, se tato keramika může „lišit“ od změn okolního prostředí, to znamená, že má vynikající stabilitu, což je pro elektronické součástky zásadní vlastnost, a odolává vysokým teplotám.

3. Biokeramika

Biokeramika je keramický materiál používaný k výrobě systému „kosterního svalstva“ v těle k opravě nebo náhradě lidských orgánů nebo tkání.

(Lidstvo znovu vstoupí do keramického věku z doby oceli)