Cerámica Avanzada - La Evolución, la Clasificación, las Propiedades, la Producción, la Despedida, el Acabamiento y el Diseño de la Cerámica Avanzada

El siglo XX ha producido el adelanto más grande de la tecnología de la cerámica y de materiales puesto que los seres humanos han sido capaces de pensamiento conceptivo. Los progresos metalúrgicos extensos en este período ahora han producido casi cada combinación concebible de las aleaciones del metal y las capacidades de esas aleaciones son bastante bien sabido y explotadas. El empuje para siempre más rápidamente, más eficiente, las técnicas menos costosas de la producción continúa hoy. Mientras Que los límites de sistemas metal-basados se superan, los nuevos materiales capaces de operatorio bajo temperaturas más altas, velocidades más altas, factores de una vida más larga y costos de mantenimiento más inferiores se requieren mantener paso con los adelantos tecnológicos. Metales, en virtud de sus propiedades únicas: la ductilidad, la resistencia a la tensión, la abundancia, la química simple, el costo de producción relativamente bajo, el caso de la formación, el caso de ensamblar, los Etc. han ocupado la posición de la vanguardia con respecto al revelado de los materiales. Por la cerámica del contraste: quebradizo por naturaleza, teniendo una química más compleja y requiriendo tecnología y el equipo de tramitación avance a la producción, realícese mejor cuando está combinado con otros materiales, tales como metales y polímeros que se puedan utilizar como estructuras del soporte. Esta combinación permite a dimensiones de una variable grandes ser hecha; el Transbordador Espacial es un ejemplo típico de la aplicación de materiales avanzados y un ejemplo excelente de la capacidad de materiales avanzados.

Es solamente durante los 30 años pasados o Así pues, con los avances de la comprensión en química de cerámica, cristalografía y el conocimiento más extenso ganado con respecto a la producción de cerámica avanzada y dirigida que el potencial para estos materiales se ha explotado. Uno de los progresos mayores este siglo era el trabajo de Ron Garvie y otros en el CSIRO, Melbourne donde PSZ (circona parcialmente estabilizada) y el endurecimiento de la transformación de la fase de este de cerámica fue desarrollado. Este adelanto cambió la manera que los sistemas de cerámica fueron vistos. Las Técnicas aplicadas previamente a los metales ahora eran consideradas aplicables a los sistemas de cerámica. Organice las transformaciones, aleación, apagando y templando técnicas fueron aplicados a un rango de sistemas de cerámica. Las mejorías Importantes a la fortaleza de la fractura, a la ductilidad y a la resistencia de impacto de la cerámica fueron observadas y así la separación en propiedades físicas entre la cerámica y los metales comenzó a cerrarse. Más recientes desarrollos en el no-óxido y una cerámica más resistente (e.g cerámica del nitruro) han cerrado la separación incluso más futura.

La Cerámica para las aplicaciones de hoy de la ingeniería se puede considerar para ser no tradicional. La cerámica Tradicional es los más viejos y más generalmente sabidos tipos, por ejemplo: porcelana, ladrillo, loza de barro, Etc. La familia nueva y emergente de cerámica se refiere según lo avance, nuevo o fino, y utiliza los materiales altamente refinados y las nuevas técnicas de formación. Estos “nuevos” o “avance” cerámica, cuando estaban utilizada como material de ingeniería, las pandillas varias propiedades que se pueden ver como superior a los sistemas metal-basados. Estas propiedades colocan este nuevo grupo de cerámica en una posición más atractiva, no sólo del área del funcionamiento pero también de la rentabilidad. Estas propiedades incluyen alta resistencia a la escoriación, a la fuerza caliente excelente, a la inercia química, a las velocidades que labran a máquina del alto (como herramientas) y a la estabilidad dimensional.

La Cerámica Técnica se puede también clasificar en tres categorías materiales distintas:

•         Óxidos: Alúmina, circona

•         No-Óxidos: Carburos, boruros, nitruros, siliciuros

•         Compuestos: Macropartícula reforzada, combinaciones de óxidos y de no-óxidos.

Cada una de estas clases puede desarrollar propiedades materiales únicas.

Oxidación resistente, químicamente inerte, eléctricamente el aislar, conductividad térmica generalmente inferior, fabricación ligeramente compleja y bajo costo para el alúmina, una fabricación más compleja y un costo más alto para la circona.

Resistencia de oxidación Inferior, endurecimiento extremo, conductividad térmica químicamente inerte, alta, y fabricación relacionada de la energía eléctricamente de conducto, difícil y alto costo.

Fortaleza, resistencia de oxidación inferior y alta (tipo relacionado), conductividad térmica y eléctrica variable, procesos de fabricación complejos, alto costo.

De cerámica Técnico o la producción de Ingeniería, comparada a la producción de cerámica tradicional de ayer, es un mucho más procedimiento exigente y complejo. Los materiales de la pureza Elevada y los métodos exactos de producción se deben emplear para asegurarse de que las propiedades deseadas de estos materiales avanzados están logradas en el producto final.

Las materias primas de la pureza Elevada (polvos) se preparan usando técnicas de tramitación mineral para producir un concentrado seguido por la transformación posterior (química típicamente mojada) para quitar impurezas indeseadas y para agregar otras pastas para crear la composición que comienza deseada. Esto es un escenario más importante de la preparación de la cerámica del óxido del alto rendimiento. Pues éstos son generalmente sistemas de la pureza elevada las impurezas de menor importancia pueden tener un efecto dinámico, por ejemplo las pequeñas cantidades de MgO pueden tener un efecto marcado sobre el comportamiento de la sinterización del alúmina. Los Diversos procedimientos de tratamiento térmico se utilizan para crear las estructuras cristalinas cuidadosamente controladas. Estos polvos se esmerilan generalmente a una talla cristalina extremadamente fina o “final” para ayudar a reactividad de cerámica. Los Plastificantes y los aglutinantes se mezclan con estos polvos para adaptarse al método preferido de formación (el prensar, estiramiento por presión, bastidor moldeado de error, Etc.) para producir el material “sin procesar”. Se utilizan las técnicas de formación altas y de baja presión. La materia prima se forma en la dimensión de una variable o el precursor “verde” requerida (labrado a máquina o girado para dar forma si procede) y se enciende a las temperaturas altas en aire o una atmósfera ligeramente reductora para producir un producto denso.

La producción de cerámica del no-óxido es generalmente un proceso de tres fases que implica: primero la preparación de precursores o de polvos el comenzar, en segundo lugar la mezcla de estos precursores a crear las pastas deseadas (Ti + 2B, Si + C, Etc.) y en tercer lugar la formación y la sinterización del componente final. La formación de materias primas y de encender para este grupo, requiere condiciones cuidadosamente controladas del horno o del horno asegurar la ausencia de oxígeno durante la calefacción pues estos materiales oxidarán fácilmente durante la despedida. Este grupo de materiales requiere generalmente muy temperaturas altas efectuar la sinterización. Similar a la cerámica del óxido, a las purezas cuidadosamente controladas y a las características cristalinas sea necesario lograr las propiedades de cerámica finales deseadas.

Este grupo puede ser compuesto de una combinación de: la cerámica del óxido - cerámica del no-óxido (granular, platy, las barbas, Etc.), óxido - cerámica del óxido, no-óxido - cerámica del no-óxido, cerámica - los polímeros, Etc. un número casi infinito de combinaciones es posible. El objeto es mejorar la fortaleza o el endurecimiento que se adaptarán más a una aplicación determinada. Ésta es algo una nueva área del revelado y las composiciones pueden también incluir los metales en formulario de la macropartícula o de la matriz.

Las condiciones de la Despedida para la nueva cerámica de los útiles son algo diversas ambos en la gama de temperaturas y el equipo. Este tema es demasiado muy largo revestir aquí. Una amplia gama de publicaciones están disponibles en este tema para ésas interesado. Sin Embargo, una descripción abreviada de algunas técnicas y condiciones es apropiada proporcionar a una comprensión de la tecnología básica de la despedida de la cerámica avanzada. En general estos materiales se encienden a las temperaturas bien encima de los metales, y típicamente en el rango de 1500°C a 2400°C e incluso más arriba. Estas temperaturas requieren los hornos y los revestimientos de horno muy especializados lograr estas temperaturas altas. Algunos materiales requieren ambientes especiales del gas tales como nitrógeno o condiciones controladas del horno tales como vacío. Otros requieren extremadamente altas presiones lograr el densification (Caballetes). Así estos hornos son muy diversos en diseño y concepto. Los métodos típicos de calefacción en estos hornos son los gases (gas más el oxígeno, gas más el aire heated), calefacción de resistencia (metálica, carbón y los calefactores de cerámica) o la calefacción de la inductancia (R.F., microonda).

La calefacción de Gas se realiza generalmente en normal a las presiones inferiores. La calefacción de Resistencia se realiza en las presiones que colocan de vacío a MPa 200. La calefacción de la Inductancia se puede también hacer sobre el mismo rango que resistencia. En la resistencia y la inductancia que calientan los sistemas no tienen que afirmar con los altos volúmenes de productos del encendido puede ser contenido así. Los tipos típicos del horno usados en los métodos precedentes son rectángulo, túnel, alarma, HIP (gas y resistencia calentados), tapado (tipo tapado de la “autoclave” para el elemento del carbón calentado), el diseño especial tapado (tipo refrigerado por agua para R.F. calentado) o abren el diseño calentado por microondas, (los artículos pequeños).

Este listado abreviado sirve proporcionar a una indicación de apenas cómo es diverso son las técnicas empleadas para encender cerámica avanzada. Cada tipo de cerámica tiene su propio requisito especial con respecto a tipo de despedida, a la condición ambiental y a la temperatura. Si estas condiciones no se cumplen entonces la calidad del producto final e incluso la formación de las pastas y de las densidades del final no será logrado.

Uno de los estadios finales en la producción de materiales avanzados es el acabamiento para precisar tolerancias. Estos materiales pueden ser extremadamente duros, con los hardnesses acercándose al diamante, y así el acabado puede ser muy un proceso costoso y lento. Las técnicas del Acabamiento pueden incluir: el corte del laser, del chorro de agua y del diamante, diamante que esmerila y que perfora, sin embargo si el de cerámica es eléctricamente técnicas conductoras tales como EDM (licenciamiento eléctrico que labra a máquina) puede ser utilizado. Pues la búsqueda del endurecimiento es uno de los objetivos de desarrollo primeros, y pues cada material desarrollado recientemente aumenta de endurecimiento, los problemas asociados al acabamiento también aumentarán. El revelado del equipo que esmerilaba del CNC ha aminorado el costo de esmerilar final disminuyendo el contenido de trabajo, no obstante las corridas grandes se requieren generalmente para compensar los costos de ajuste de este equipo. Las Pequeñas corridas no son generalmente económicamente viables. Una opción a este problema es “pescar el formulario” o formar a las tolerancias fiables o aceptables para disminuir labrar a máquina. Esto ha sido lograda en la Ingeniería De Cerámica de Taylor por la introducción de una técnica llamada - “cerca a la dimensión de una variable neta que formaba”. Los componentes Complejos se pueden formar por este revelado Australiano único con las desviaciones de hasta sólo el ±0.3% dando por resultado considerables ahorros en costos que labran a máquina finales.

En muchas aplicaciones hoy, las propiedades beneficiosas de algunos materiales se combinan para aumentar y para utilizar a veces otros materiales, así creando un compuesto del híbrido. En el caso de compuestos híbridos, es las propiedades de la disponibilidad y del funcionamiento de cada nuevo material, que fija la capacidad del nuevo material. La prueba de la evaluación del Área De La Pista De Aterrizaje tiene que ser realizada en ciertos casos, para determinar la durabilidad a largo plazo del nuevo compuesto antes real de comprometer al servicio.

Las propiedades de materiales avanzados necesitan ser consideradas al diseñar las estructuras, los componentes y los dispositivos. La selección final del diseño y del material debe final ser de poco costo, debe funcionar seguro y, idealmente, debe ser una mejoría sobre tecnología existente. El conocimiento Anterior del funcionamiento es un poderío, no obstante en conocimiento anterior de muchas nuevas aplicaciones no pueden estar así la observación y el registro cuidadosos disponibles de las características de funcionamiento del modelo experimental, o en juicio de la instalación, es obviamente necesario. A este respecto los trabajos del Representante Técnico de los Materiales en estrecho contacto con el equipo de investigación cooperativamente para desarrollar el nuevo concepto. Mientras Que todavía estamos trabajando con los materiales relativamente quebradizos este aspecto tiene que ser tenido siempre presente. Las Nuevas técnicas tales como Análisis de Elemento Finito han probado beneficioso a este respecto. El uso del modelado del ordenador permite que las estructuras sean creadas en la pantalla sin la necesidad de prototipos costosos.

Los materiales de cerámica Avanzados son establecidos ahora en muchas áreas de cada uso del día. Las mejorías en funcionamiento, vida de servicio, ahorros en costos operativos y ahorros en mantenimiento son pruebas sin obstrucción de las ventajas de materiales de cerámica avanzados. Las esperanzas de Vida, ahora en años en vez de meses con la economía del costo en la orden solamente de costos componentes existentes dobles, dan a materiales de la cerámica avanzada una ventaja importante. La producción de estos materiales avanzados es un complejo y un proceso exigente con altos costes de equipo y el requisito de la gente sumamente especializada y entrenada. Los materiales de cerámica de la mañana explotarán las propiedades de las combinaciones policristalinas de la fase y las estructuras de cerámica compuestas, es decir la co-precipitación o la partícula extraña de las estructuras cristalinas que difieren que tienen propiedades beneficiosas el trabajar juntos en la pasta final.

(Incluso hoy) la búsqueda será Mañana pila de discos la cantidad más alta de energía en enlace en el compuesto de cerámica final y comunicar un alto nivel de ductilidad o elasticidad en ésas pega. Este nivel de energía tiene que ser excedido para causar incidente o la dislocación. El paso cambiante de la tecnología y de los materiales también significa que pastas más nuevas dirigidas exacto a la función serán desarrolladas. ¡Apenas cómo esto será lograda y cuando el conocimiento llega a ser público - quién puede informar! Cerámica, una vieja clase del material, aún actuales oportunidades para los nuevos progresos materiales.

Es una búsqueda fascinadora pero este aspecto de la reserva y la presencia continuada de “Arte Negro” en muchas industrias de cerámica de la producción la hacen que fascina.

Nota: Un filete completo de referencias está disponible refiriendo al texto original.