Qu'est-ce que la céramique avancée ?

(Que sont les céramiques avancées ?)

Les matériaux céramiques utilisés dans les applications d'ingénierie peuvent être divisés en céramiques traditionnelles et en céramiques spéciales.

Les principales matières premières de la céramique traditionnelle sont l'argile (Al2O3·2SiO2·H2O), le quartz (SiO2) et le feldspath (K2O·Al2O3·6SiO2).

La céramique spéciale est également appelée céramique moderne ou céramique avancée. Selon les différentes utilisations, elle peut être divisée en céramiques structurelles et céramiques fonctionnelles, telles que les céramiques piézoélectriques, les céramiques magnétiques, les céramiques à condensateur, les céramiques haute température, etc.

Les céramiques haute température comprennent les céramiques à base d'oxyde, les céramiques à base de carbure, les céramiques à base de borure et les céramiques à base de nitrure.

Céramiques oxydées :

Propriétés des céramiques oxydées :

Le point de fusion est généralement supérieur à 2000 ℃ et la température de cuisson est d'environ 1800 ℃. À la température de cuisson, les particules d'oxyde sont rapidement frittées et la réaction de surface solide se produit entre les particules, ce qui entraîne la formation de gros cristaux de céramique (monophasés) ou une petite quantité de gaz est produite.

La résistance des céramiques à base d'oxyde diminue avec l'augmentation de la température, mais conserve une résistance élevée en dessous de 1000 ℃ et change peu avec la température.

Les céramiques oxydées pures sont de bons matériaux structurels pour la résistance au feu à haute température, et les céramiques ne produiront en aucun cas d'oxydation.

Les céramiques à base d'oxydes comprennent :

Céramiques d'alumine Al2O3

La structure de l'alumine est la suivante : O est étroitement disposé dans une structure hexagonale et Al occupe la position interstitielle. Il existe très peu d'alumine pure dans la nature. Selon la quantité d'impuretés, l'alumine peut être rouge ou bleue. Dans la production réelle, la teneur en Al2O3 des céramiques d'alumine peut être divisée en 75,95,99, XNUMX, XNUMX et d'autres types de porcelaine.

Le point de fusion de l'alumine est aussi élevé que 2050 ℃, et il a une bonne résistance à l'oxydation et une dureté élevée, et la dureté du corindon rouge microcristallin peut atteindre 1200 ℃. Couramment utilisé dans la fabrication de matrices de tréfilage de fils métalliques et dans la découpe d'outils en acier trempé.

Céramique de zircone

Le point de fusion de la céramique de zircone est supérieur à 2700 ℃ et peut résister à une température élevée de 2300 ℃. La température recommandée est de 2000 ℃ à 2200 ℃. Par conséquent, il peut être utilisé comme matériau d'isolation de réacteur. La zircone en tant qu'additif peut améliorer considérablement la résistance et la ténacité de la céramique et produire de la céramique renforcée à la zircone (PSZ).

Les céramiques renforcées à la zircone ont une structure multiphasée et peuvent avoir trois structures cristallines différentes à différentes températures et pressions, de sorte que la contrainte peut induire une transformation de phase et un durcissement par transformation de phase dans des conditions appropriées, et améliorer considérablement la ténacité à la fracture. Le matériau céramique à base d'alumine renforcée à la zircone a une résistance de 1200 MPa et une ténacité à la fracture de 15 MPa·m.

Les céramiques renforcées à la zircone ont les propriétés de répondre aux exigences de la filière d'extrusion à chaud et présentent les caractéristiques de résistance aux hautes températures, de résistance à la corrosion et de résistance à l'usure, en particulier sous haute température et pression et une petite déformation permanente. Il est plus adapté à la filière d'extrusion à chaud que le carbure de tungstène, le carbure cémenté à base de nickel ou de cobalt.

La dureté de la céramique renforcée à la zircone est supérieure à celle des métaux, sa ténacité est supérieure à celle de la céramique ordinaire et elle présente une stabilité chimique élevée et une résistance à haute température d'au moins 800 ℃. La température de la matrice d'extrusion de poudre métallique peut atteindre 600 ℃ et la matrice d'extrusion de tige de cuivre fonctionne à 950 ℃. La durée de vie de la matrice en céramique renforcée à la zircone est des dizaines de fois supérieure à celle de la matrice en carbure cémenté. La résistance à la flexion du PSZ contenant de la magnésie peut atteindre 400 MPa.

Les inconvénients des céramiques renforcées à la zircone sont la non-ductilité, la faible conductivité thermique et l'inadéquation entre la dilatation thermique et les matériaux métalliques, qui doivent être pris en compte lors de la conception et de l'utilisation. La zircone et ses excellentes performances dans la production de matrices de tréfilage, de matrices d'étirage, etc., sont souvent utilisées dans le processus d'emboutissage profond de l'acier inoxydable.

Céramiques en carbure :

Les céramiques en carbure comprennent le carbure de silicium, le carbure de bore, le carbure de cérium, le carbure de molybdène, le carbure de niobium, le carbure de zirconium, le carbure de titane, le carbure de vanadium, le carbure de tungstène, le carbure de tantale, etc. Ce type de carbure a un point de fusion, une dureté et une résistance à l'usure élevés, mais une faible résistance à l'oxydation à haute température (environ 900 °C à 1000 XNUMX °C) et une grande fragilité.

Il est principalement utilisé comme matériau haute température ou matériau haute puissance dans l'industrie chimique, l'industrie automobile, l'industrie nucléaire, l'industrie de la microélectronique, le laser et d'autres domaines. Dans la fabrication de moules, il est souvent utilisé dans les matrices de tréfilage résistantes à l'usure et à la corrosion, les matrices de formage, les matrices de moulage sous pression à chaud, les moules en céramique en nid d'abeille, etc.

Propriétés de la céramique au carbure :

Les céramiques en carbure ont un point de fusion élevé. Par exemple, le point de fusion du carbure de titane est de 3460 ℃, celui du carbure de tungstène est de 2720 ℃ et celui du carbure de zirconium est de 3540 ℃.

La dureté des céramiques en carbure est plus élevée. Par exemple, le carbure de bore est le matériau le plus dur après le diamant et le nitrure de bore cubique.

Bonne conductivité thermique et stabilité chimique. Les céramiques en carbure ne réagissent pas avec l'acide, les céramiques en carbure métallique individuelles ne réagissent pas avec l'acide même si elles sont chauffées, et les céramiques en carbure les plus stables ne sont même pas corrodées par le mélange d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique.

Les céramiques en carbure comprennent :

Céramique au carbure de silicium

La densité de la céramique en carbure de silicium est de 3.2 × 10 kg/m3, la résistance à la flexion est de 200 ℃ 250 MPa, la résistance à la compression est de (1000 ℃) 1500 MPa, la dureté est de 9.2, la conductivité thermique est très élevée, le coefficient de dilatation thermique est très faible et il s'oxyde lentement à 900 °C ~ 1300 ℃.

Céramiques au carbure de bore

Les céramiques au carbure de bore ont une dureté élevée et une forte résistance à l'usure abrasive, et leur point de fusion peut atteindre 2450 ℃. Il s'oxyde rapidement à haute température et réagit avec les métaux ferreux chauds ou fondus. Principalement utilisé comme abrasifs, parfois utilisé dans la fabrication de matériaux d'outils ultra-durs.

Céramique Boride

Propriétés des céramiques borurées

Excellentes caractéristiques à haute température. La plage de points de fusion est de 1800 ℃ à 2500 ℃. Il présente une résistance élevée à l'oxydation à haute température et la température de service peut atteindre 1400 ℃. À une température élevée de 800 ℃, la résistance à la flexion ne diminue presque pas et la diminution de la dureté avec l'augmentation de la température est plus faible que celle des autres matériaux.

Avec une ténacité élevée. À température ambiante, la ténacité à la rupture KIC atteint 30 MN/m de travail, soit 6 à 8 fois celle du carbure de silicium céramique technique représentatif. Lorsque la taille des grains de B4C est affinée à 5 µm, la résistance est de 500 à 600 MPa, et lorsque la taille des grains est inférieure à 1 µm, la résistance est supérieure à 1000 MPa.

Dureté élevée et bonne résistance à l'usure. La dureté est d'environ 1000 HV et présente un module de cisaillement élevé. Résistance à l'érosion chimique, difficile à volatiliser, mais faible résistance à la corrosion à haute température et à l'oxydation.

Il est largement utilisé dans l'industrie nucléaire, l'aérospatiale et d'autres domaines. Il est principalement utilisé pour les roulements à haute température, les buses de moteurs à combustion interne, divers appareils à haute température, les appareils traitant des métaux non ferreux en fusion, les matériaux de contact électrique, les matériaux résistants à l'usure et les matériaux d'outillage, etc. Dans la fabrication de moules, il est souvent utilisé pour fabriquer des composants structurels de moules, des composants résistants à la chaleur, etc.

Les céramiques au borure comprennent :

Céramiques au borure de zirconium à base de diborure de zirconium (ZrB2), de diborure de titane (TiB2), d'hexborure de lanthane (LaB6), de borure de titane, de borure de chrome, de borure de molybdène et de borure de tungstène, etc.

Céramiques nitrurées.

Propriétés des céramiques nitrurées :

La céramique en tétranitrure de trisilicium a la meilleure capacité anti-oxydation, démarre l'oxydation active à 1400 ℃ et présente une bonne résistance à la corrosion chimique. Certaines présentent également une conductivité mécanique, diélectrique ou thermique particulière.

Le frittage est une opération difficile. Tout d'abord, des matières premières en poudre de haute qualité sont produites, puis les produits céramiques sont fabriqués par frittage par réaction de nitruration, frittage par pressage à chaud, frittage par pressage isostatique à chaud, etc.

Les céramiques nitrurées comprennent :

Tétranitrure de silicium (Si3N4), nitrure de bore (BN), nitrure d'aluminium (AlN), etc.

Fournisseur de céramiques avancées

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