Céramiques De Pointe - L'Évolution, la Catégorie, les Propriétés, la Production, l'Allumage, la Finition et le Design des Céramiques De Pointe

Le 20ème siècle a produit l'avancement le plus grand dans la céramique et la technologie des matériaux puisque les êtres humains ont été capables de la pensée conceptive. Les vastes développements métallurgiques dans cette période ont maintenant produit presque chaque combinaison concevable des alliages en métal et les capacités de ces alliages sont assez bien connues et exploitées. La poussée pour toujours plus rapidement, plus efficace, des techniques moins coûteuses de production continue aujourd'hui. Pendant Que les limites des systèmes métal-basés sont surpassées, des matériaux neufs capables du fonctionnement sous les températures plus élevées, des vitesses plus élevées, des facteurs de longue durée et des coûts de maintenance inférieurs sont exigés pour mettre à jour le rythme avec des progrès technologiques. Métaux, en vertu de leurs seules propriétés : la ductilité, la résistance à la traction, l'abondance, la chimie simple, relativement le coût bas de production, le cas de la formation, le cas de la jointure, Etc. ont occupé la position d'avant-garde en vue de le développement de matériaux. En Revanche la céramique : fragile par nature, en ayant une chimie plus complexe et en exigeant la technologie et le matériel de la transformation avancée au produit, comportez-vous le plus bien une fois combiné avec d'autres matériaux, tels que les métaux et les polymères qui peuvent être utilisés comme structures de soutènement. Cette combinaison permet à de grandes formes d'être effectuées ; la Navette Spatiale Est un cas particulier de l'application des matériaux avancés et d'un excellent exemple de la capacité des matériaux avancés.

Elle a lieu seulement pendant les 30 dernières années ou ainsi, avec les avances de la compréhension en chimie céramique, cristallographie et connaissances plus vastes acquises en vue de la production de la céramique avancée et conçue que le potentiel pour ces matériaux a été réalisé. Un des développements principaux ce siècle était le travail par Ron Garvie et autres à la CSIRO, Melbourne où PSZ (zircone partiellement stabilisée) et le durcissement de transformation de phase de ce céramique a été développé. Cet avancement a changé la voie des systèmes que céramiques ont été visualisés. Des Techniques précédemment appliquées aux métaux ont été maintenant considérées applicables aux systèmes céramiques. Mettez les transformations en phase, alliage, se trempant et gâchant des techniques ont été appliqués à un domaine des systèmes céramiques. Des Importantes améliorations à la dureté de fracture, à la ductilité et à la résistance de l'impact de la céramique ont été réalisées et ainsi l'écartement dans les propriétés physiques entre la céramique et les métaux a commencé à se fermer. Plus de développements récents dans le non-oxyde et la céramique plus dure (par exemple céramique de nitrure) ont comblé l'écartement encore autre.

La Céramique pour des applications d'aujourd'hui de bureau d'études peut être considérée non traditionnelle. La céramique Traditionnelle est les types plus anciens et plus généralement connus, comme : porcelaine, brique, poterie de terre, Etc. La famille neuve et apparaissante de la céramique désigné sous le nom d'avancer, neuf ou fin, et emploient les matériaux fortement de raffinage et les techniques de formation neuves. Ces « neufs » ou « ont avancé » la céramique, une fois utilisés comme matériau de bureau d'études, des bandes plusieurs propriétés qui peuvent être visualisées comme supérieur aux systèmes métal-basés. Ces propriétés mettent ce groupe neuf de céramique dans une position la plus attrayante, non seulement dans la zone de la performance mais également de la rentabilité. Ces propriétés comprennent de haute résistance à l'abrasion, à l'excellente force chaude, à l'inertie chimique, aux vitesses de usinage de haut (comme outils) et à la stabilité dimensionnelle.

La Céramique Industrielle peut également être classifiée dans trois catégories matérielles distinctes :

•         Oxydes : Alumine, zircone

•         Non-Oxydes : Carbures, borures, nitrures, siliciures

•         Composés : Substance Particulaire renforcée, combinaisons des oxydes et des non-oxydes.

Chacun de ces types peut développer de seules propriétés matérielles.

Oxydation résistante, conduction thermique chimiquement inerte, électriquement isolante, généralement faible, fabrication et coût bas légèrement complexe pour l'alumine, fabrication plus complexe et coût plus élevé pour la zircone.

Résistance d'oxydation Faible, dureté extrême, conduction thermique chimiquement inerte et élevée, et fabrication dépendante d'énergie conduisante électriquement et difficile et coût élevé.

Dureté, résistance d'oxydation du bas et de haut (type associé), thermique variable et conductivité électrique, processus de fabrication complexes, coût élevé.

Céramique Technique ou la production de Bureau D'études, comparée à la production céramique traditionnelle d'hier, est beaucoup plus de procédure exigeante et complexe. Des matériaux de Grande pureté et les méthodes précises de production doivent être utilisés pour s'assurer que les propriétés désirées de ces matériaux avancés sont réalisées dans le produit fini.

Des produits de départ de Grande pureté (poudres) sont préparés utilisant des techniques de traitement minéral pour produire un concentré suivi d'une transformation plus ultérieure (chimie en général mouillée) pour retirer les impuretés non désirées et pour ajouter d'autres composés pour produire la composition commençante désirée. C'est un stade le plus important dans la préparation de la céramique d'oxyde de haute performance. Car ce sont généralement des systèmes de grande pureté les impuretés moins importantes peuvent avoir un effet dynamique, par exemple les petites quantités de MgO peuvent avoir un effet marqué sur le comportement d'agglomération de l'alumine. Des procédures de traitement thermique Variées sont employées pour produire les structures cristallines soigneusement réglées. Ces poudres sont généralement meulées à une taille en cristal extrêmement fine ou « éventuelle » pour aider la réactivité céramique. Des Plastifiants et les cahiers sont mélangés avec ces poudres pour adapter à la méthode préférée de formation (appuyer, extrusion, coulée en barbotine, Etc.) pour produire le matériau « cru ». Des techniques de formation élevées et à basse pression sont utilisées. La matière première est façonnée en la forme ou le précurseur « verte » exigée (usiné ou tourné pour former s'il y a lieu) et allumée aux températures élevées à l'air ou à une ambiance légèrement de réduction pour fabriquer un produit dense.

La production de la céramique de non-oxyde est habituellement concerner à trois étages de procédé : d'abord la préparation des précurseurs ou des poudres de commencer, deuxièmement le mélange de ces précurseurs à produire les composés désirés (Ti + 2B, SI + C, Etc.) et troisièmement la formation et l'agglomération du composant final. La formation des produits de départ et d'allumer pour ce groupe, exigent des états soigneusement réglés de four ou de four d'assurer l'absence de l'oxygène pendant le chauffage car ces matériaux s'oxyderont promptement pendant l'allumage. Ce groupe de matériaux exige généralement bien des températures élevées d'effectuer l'agglomération. Assimilé à la céramique d'oxyde, aux puretés soigneusement réglées et aux caractéristiques cristallines soyez nécessaire pour réaliser les propriétés céramiques finales désirées.

Ce groupe peut se composer de combinaison de : la céramique d'oxyde - céramique de non-oxyde (granulaire, platy, favoris, Etc.), oxyde - céramique d'oxyde, non-oxyde - céramique de non-oxyde, céramique - des polymères, Etc. un numéro presque infini des combinaisons est possible. L'objectif est d'améliorer la dureté ou la dureté à adapter davantage à une application particulière. C'est un domaine quelque peu neuf de développement et les compositions peuvent également comprendre des métaux sous la forme de substance particulaire ou de modification.

Les conditions d'Allumage pour la céramique neuve d'outillage sont quelque peu diverses les deux dans la plage de températures et le matériel. Ce sujet est trop prolongé pour couvrir ici. Un large éventail de publications est disponible à ce sujet pour ceux intéressées. Cependant, une brève description de quelques techniques et conditions est appropriée de fournir une compréhension de la technique de base de l'allumage de céramiques de pointe. En général ces matériaux sont allumés aux températures bien au-dessus des métaux, et type de l'ordre de 1500°C à 2400°C et encore plus haut. Ces températures exigent des fours très spécialisés et des garnissages de four d'atteindre ces températures élevées. Quelques matériaux exigent les environnements spéciaux de gaz tels que l'azote ou les conditions réglées de four telles que l'aspirateur. D'autres exigent extrêmement des hautes pressions de réaliser le densification (Hanches). Ainsi ces fours sont tout à fait divers dans le design et le concept. Les méthodes typiques de chauffage dans des ces fours sont les gaz (gaz plus l'oxygène, gaz plus l'air passionné), le chauffage de résistance (métallique, carbone et chaufferettes céramiques) ou le chauffage d'inductance (R.F., hyperfréquences).

Le chauffage au gaz est généralement effectué dans la normale à de basses pressions. Le chauffage de Résistance est effectué dans les pressions s'échelonnant de l'aspirateur à l'Avion de patrouille maritime 200. Le chauffage d'Inductance peut également être fait sur le même domaine que la résistance. Dans la résistance et l'inductance chauffant les systèmes ne doivent pas faire face aux grands volumes de produits d'allumage peut être contenu ainsi. Les types typiques de four utilisés dans les méthodes antérieures sont cadre, tunnel, sonnerie, HANCHE (gaz et résistance passionnés), scellée (type scellé de « autoclave » pour l'élément de carbone passionné), le design spécial scellé (type à refroidissement par eau pour R.F. passionné) ou ouvrent le design chauffé par micro-ondes, (de petits éléments).

Cette brève liste sert à fournir un signe de juste combien divers les techniques utilisées pour allumer les céramiques de pointe sont. Chaque type céramique a sa propre condition spéciale en vue de la cadence de tir, l'état environnemental et la température. Si ces conditions ne sont pas remplies alors la qualité du produit fini et même la formation des composés et des densités de finale ne sera pas réalisé.

Une des phases finales dans la production des matériaux avancés est la finition pour préciser des tolérances. Ces matériaux peuvent être extrêmement durs, avec des hardnesses approchant le diamant, et terminer de ce fait peut être bien un procédé cher et lent. Les techniques de Finition peuvent comprendre : la coupe de laser, de jet d'eau et de diamant, diamant meulant et perçant, cependant si le céramique est électriquement des techniques conductrices telles qu'EDM (décharge électrique usinant) peut être utilisée. Car la poursuite de la dureté est l'un des objectifs de développement principaux, et à mesure que chaque matériau developpé récemment augmente dans la dureté, les problèmes associés avec la finition augmenteront également. Le développement du matériel de meulage de COMMANDE NUMÉRIQUE PAR ORDINATEUR a diminué le coût de meulage final en réduisant à un minimum le coût de main d'oeuvre, toutefois de grands passages sont généralement exigés pour compenser les coûts d'installation de ce matériel. Les Petits passages ne sont habituellement pas économiquement viables. Une alternative à ce problème est « de prendre la forme » ou de former au filet aux tolérances prévisibles ou acceptables pour réduire à un minimum l'usinage. Ceci a été réalisé au Bureau D'études Céramique de Taylor par l'introduction d'une technique appelée - « près à la forme du filet formant ». Des composants Complexes peuvent être constitués par ce seul développement Australien avec des écarts aussi faibles que ±0.3% ayant pour résultat l'épargne considérable dans des coûts d'usinage finaux.

Dans beaucoup d'applications aujourd'hui, les propriétés avantageuses de quelques matériaux sont combinées pour augmenter et supporter parfois d'autres matériaux, de ce fait produisant un composé d'hybride. Dans le cas des composés hybrides, c'est les propriétés de disponibilité et de performance de chaque matériau neuf, qui règle la capacité du matériau neuf. le test de bilan de Dans-Zone doit être effectué dans certains cas, pour déterminer la résistance à long terme du composé neuf avant de commettre réellement au service.

Les propriétés des matériaux avancés doivent être considérées en concevant des structures, des composants et des dispositifs. La sélection finale de design et de matériau doit éventuel être rentable, doit fonctionner sûrement et, idéalement, devrait être une amélioration sur la technologie existante. La connaissance Antérieure de performance est évidemment un bien, toutefois dans la connaissance préalable de beaucoup d'applications neuves ne peuvent pas être ainsi l'observation attentive disponible et l'enregistrement des caractéristiques du fonctionnement du modèle expérimental, ou dans l'essai de centrale, est nécessaire. À cet égard les travaux d'Ingénieur de Matériaux en contact étroit avec l'équipe de recherche pour développer coopératif le concept neuf. Pendant Que nous travaillons toujours avec les matériaux relativement fragiles cet aspect doit être toujours maintenu dans l'esprit. Les techniques Neuves telles que l'Analyse par Éléments Finis ont avantageux prouvé à cet égard. L'utilisation de la modélisation d'ordinateur permet aux structures d'être produites sur l'écran sans besoin de prototypes coûteux.

Les matériaux céramiques Avancés sont maintenant bien établis dans beaucoup de domaines de chaque utilisation de jour. Les améliorations dans la performance, la durée de vie, l'épargne dans des coûts d'exploitation et l'épargne dans la maintenance sont preuve dégagée des avantages des matériaux céramiques avancés. Les Espérances de vie, maintenant pendant les années au lieu des mois avec l'économie de coût dans la commande de doubles coûts seulement constitutifs existants, donnent à des matériaux de céramiques de pointe un principal avantage. La production de ces matériaux avancés est un composé et un procédé exigeant avec des coûts d.équipement élevés et la condition des gens hautement spécialisés et qualifiés. Les matériaux céramiques du demain exploiteront les propriétés des combinaisons polycristallines de phase et les structures céramiques composées, c.-à-d. la Co-précipitation ou l'inclusion des structures cristallines différentes ayant les propriétés avantageuses fonctionner ensemble dans le composé de finale.

Demain (même aujourd'hui) la recherche sera de bourrer le montant le plus élevé d'énergie en esclavage dans le composé céramique final et transmettre un niveau élevé de ductilité ou l'élasticité dans ceux colle. Ce niveau énergétique doit être dépassé pour entraîner la défaillance ou la dislocation. Le rythme changeant de la technologie et des matériaux signifie également que des composés plus neufs avec précision conçus au fonctionnement seront développés. Juste comment ceci sera réalisé et quand la connaissance devient publique - qui peut indiquer ! Céramique, une vieille classe du matériau, encore opportunités actuelles pour des développements matériels neufs.

C'est une recherche fascinante mais cet aspect du secret et la présence prolongée « de l'Art Noir » dans beaucoup d'industries céramiques de production l'effectuent plus fascinant.

Note : Une liste complète de références est disponible en se rapportant au texte initial.