Avancerad Keramik - Evolutionen, Klassifikationen, Rekvisitan, Produktionen, Skottlossningen, Avslutningen och Designen av Avancerad Keramik

Det 20th århundradet har producerat den mest stora befordran i keramik- och materialteknologi, sedan människor har varit kapabla av conceptive tanke. De omfattande metallurgical utvecklingarna i denna period har nu producerat nästan varje begriplig kombination av belägger med metall legerar, och kapaciteterna av de legerar är ganska väl bekant och exploaterat. Pushen för någonsin snabbare som är effektivare, mindre dyra produktiontekniker, fortsätter i dag. Fäll ned underhåll kostar krävs för att underhålla stegar med teknologiska befordringar, Som begränsar av belägga med metall-baserade system överträffas, nya material som är kapabla av att fungera under högre temperaturer, rusar higher, dela upp i faktorer längre liv och. Belägger med metall vid förtjänst av deras unika rekvisita: medgörlighet tänjbar styrka, överflöd, enkel kemi, kostar förhållandevis low av produktion, fall av att bilda, fall av att sammanfoga, Etc. har upptagit avantgardet placerar i hänseende till materialutveckling. Vid kontrastkeramik: utför bäst, när du kombineras med andra material, liksom belägger med metall, och polymrer, som kan användas som service, strukturerar, bräckligt vid naturen och att ha en mer komplex kemi och kräva avancerad bearbeta teknologi och utrustning till jordbruksprodukter. Denna kombination möjliggör stort formar för att göras; Rymdfärjan är ett typisk exempel av applikationen av avancerade material och ett utmärkt exempel av kapaciteten av avancerade material.

Det är endast under jumbon 30 år eller så, med framflyttningarna av överenskommelse i keramisk kemi, crystallography och den mer omfattande kunskapen som nås i hänseende till produktionen av avancerad och iscensatt keramik att det potentiellt för dessa material har realiserats. En av ha som huvudämneutvecklingarna detta århundrade var arbetet av Ron Garvie et al på CSIROEN, Melbourne var PSZ (delvist stabiliserad zirconia) och arrangerar gradvis toughening för omformning av detta keramiskt framkallades. Denna befordran ändrade de långt keramiska systemen beskådades. Tekniker som appliceras föregående till, belägger med metall var nu ansett tillämpbart till keramiska system. Arrangera Gradvis omformningar och att legera och att släcka, och blanda applicerades tekniker till en spänna av keramiska system. Viktiga förbättringar till brytatoughnessen, medgörlighet och får effekt motstånd av keramik realiserades och thus mellanrummet i läkarundersökningrekvisita mellan keramik och belägger med metall började till slutet. Nyare utvecklingar i non-oxiden och mer tuff keramik (e.g nitridekeramik) har stängt det även mer ytterligare mellanrummet.

Keramik för dagens iscensätta applikationer kan vara ansedd att vara non-traditionell. Traditionell keramik är de äldre och allmänare bekant typerna, liksom: porslin, tegelsten, lergods, Etc. Den nya och dyka upp familjen av keramik ses till som avancerade, nya eller fint och använder högt förädlade material och nya bilda tekniker. Dessa ”nya” eller ”avancerade” keramik, när du används som iscensätta som är materiellt, posses flera rekvisita som kan beskådas som överman till belägga med metall-baserade system. Dessa rekvisita förlägger denna nya grupp av keramik i ett attraktivast placerar, inte endast i området av kapaciteten men kostar också effektivitet. Dessa rekvisita inkluderar kickmotstånd till slitning, utmärkt hoad styrka, kemisk inertness, rusar att bearbeta med maskin för kick (som bearbetar) och dimensionell stabilitet.

Teknisk Keramik kan också klassificeras in i tre distinkt materiella kategorier:

•,         Oxider: Alumina zirconia

•,         Non-Oxider: Carbides borides, nitrides, silicides

•,         Komposit: Förstärkt Ämne som består av partiklar, kombinationer av oxider och non-oxider.

Varje av dessa klassificerar kan framkalla unik materiell rekvisita.

Resistent Oxidation, chemically inert, isolera elektriskt, allmänt låg termisk conductivity, litet komplex fabriks- och lågt kostar för alumina, mer komplext fabriks- och kostar higher för zirconia.

Lågt oxidationmotstånd, ytterlighethårdhet som, chemically är inert, termisk conductivity för kicken, och elektriskt att föra, svåra den fabriks- energianhörigen och kicken, kostar.

Toughness, low- och kickoxidationmotstånd (släkt typ), termisk och elektrisk conductivity för variabel, komplext fabriks- bearbetar, kicken kostar.

Tekniskt eller att Iscensätta den keramiska produktionen som jämförs till gårdag traditionella keramiska produktion, är ett mycket mer fordra och mer komplex tillvägagångssätt. Kickrenhetmaterial och preciserar metoder av produktionen måste användas för att se till att den önskade rekvisitan av dessa avancerade material uppnås i finalprodukten.

Är startas material för Kickrenhet (pudrar), förberedda genom att använda mineral som bearbetar tekniker till jordbruksprodukter som ett koncentrat följde förbi vidareförädling (blöta typisk kemi) för att ta bort oönskade impurities och för att tillfoga andra sammansättningar för att skapa den önskade starta sammansättningen. Detta är ett viktigast arrangerar i förberedelsen av keramik för kickkapacitetsoxiden. Som dessa är allmänt, kan impurities för minderårig för kickrenhetsystem ha ett dynamiskt att verkställa, till exempel kan lilla belopp av MgO ha som markeras för att verkställa på det sintra uppförandet av alumina. Olikt värma - behandlingtillvägagångssätt används för att skapa den försiktigt kontrollerade kristallen strukturerar. Dessa pudrar malas allmänt till ett extremt fint, eller ”storleksanpassar den ultimat” kristallen för att hjälpa keramisk reactivity. Plasticisers och limbindningar blandas med dessa pudrar för att passa den föredragna metoden av att bilda (som är tränga, utstötningen, snedstegrollbesättning, Etc.) till jordbruksprodukter ”det rå” materiellt. Både kicken och låg-pressar att bilda tekniker används. Det rå materiellt bildas in i den krävda ”gräsplanen” formar, eller precursoren (som bearbetas med maskin eller vänds för att forma, om krävt) och avfyrat till höga temperaturer luftar in eller en litet förminskande atmosfär till jordbruksprodukter en tät produkt.

Produktionen av non-oxiden keramik är tre arrangerar vanligt processaa gälla: först pudrar förberedelsen av precursors eller start, secondly blandningen av dessa precursors för att skapa de önskade sammansättningarna (Ti + 2B, Si + C, Etc.) och thirdly bilda och sintra av den del- finalen. Bildandet av startas material och skottlossning för denna grupp, kräver den försiktigt kontrollerade pannan, eller kilnen villkorar för att se till frånvaroen av syre under uppvärmning, som dessa material som klart ska, oxiderar under skottlossning. Denna grupp av material kräver allmänt ganska höga temperaturer att verkställa att sintra. Liknande till oxidkeramik, försiktigt kontrollerade renhetar och crystalline kännetecken var nödvändig att uppnå den önskade keramiska rekvisitan för finalen.

Denna grupp kan komponeras av en kombination av: oxidkeramik - (grynig, platyen, whiskers, Etc.) non-oxiden keramik, oxid - oxidkeramik, non-oxiden - non-oxiden keramik, keramik - polymrer, Etc. som ett nästan oändligt numrerar av kombinationer, är möjligheten. Anmärka är att förbättra endera toughnessen eller hårdhet som mer ska passas till en särskild applikation. Detta är ett något nytt område av utveckling, och sammansättningar kan också inkludera belägger med metall i ämne som består av partiklar, eller matrisen bildar.

Skottlossning villkorar för ny bearbeta keramik är något olik båda i temperatur spänner och utrustning. Detta betvingar är för långt att täcka här. En lång räcka av publikationer är tillgänglig på denna betvingar för intresserade de. Emellertid villkorar en kort beskrivning av några tekniker och är anslår för att ge en överenskommelse av den grundläggande teknologin av avancerat avfyra för keramik. I allmänhet avfyras dessa material till temperaturer väl ovanför belägger med metall, och typisk i spänna av 1500°C till 2400°C och även higher. Dessa temperaturer kräver mycket specialiserade pannor och pannafodrar att nå fram till dessa höga temperaturer. Några material kräver sakkunnig gasar miljöer liksom ett gasformigt grundämne, eller den kontrollerade pannan villkorar liksom dammsuger. Andra kräver extremt högtryck att uppnå densification (Höfter). Således är dessa pannor ganska olika både i design och begrepp. De typiska metoderna av uppvärmning i dessa värma upp i masugn är gasar (gasa positivt syre, gasar den värmde plusen luftar), (metallisk, kol och keramiska värmeapparater) motståndsuppvärmning eller inductanceuppvärmning (R.F., mikrovåg).

Gasa uppvärmning bärs allmänt ut i det normala till lowen pressar. Motståndsuppvärmning bärs ut i pressar att spänna från dammsuger till MPa 200. Inductanceuppvärmning kan också göras över samma spänner som motstånd. I både motstånd och inductance som värmer måste systemen, inte att strida med kickvolymer av tändningprodukter thus kan innehållas. De typiska pannatyperna som används i de foregoing metoderna, är boxas, gräver, sätta en klocka på, HÖFTEN (gasa och värmt motstånd) som förseglas (förseglad typ ”för autoclaven” för den värmde kolbeståndsdelen), den förseglade speciala designen (bevattna-kyld typ för värmd R.F.) eller öppnar den värmde designmikrovågen, (lilla objekt).

Denna resumé som listar servar att ge en indikering av hur precis olikt teknikerna som används för att avfyra avancerad keramik är. Varje keramisk typ har dess egna speciala krav i hänseende till att avfyra klassa, miljö- villkora och temperaturen. Om dessa villkorar inte möts därefter det kvalitets- av finalprodukten, och även bildandet av finalen blandar och tätheter som ska för att inte uppnås.

En av slutskedena i produktionen av avancerade material är avslutningen som preciserar toleranser. Dessa material kan vara extremt hårda, med hardnesses som att närma sig diamanten, och thus kan avslutningen vara ganska ett dyrt, och långsamt bearbeta. Fulländande tekniker kan inkludera: laser bevattnar sprutar ut och diamantklipp, diamanten som mal och borrar, emellertid, om det keramiskt är elektriskt ledande, kan tekniker liksom EDM (elektrisk urladdning som bearbetar med maskin) användas. Som jakten av hårdhet är ett av de främsta utvecklings- målen, och som varje framkallade nyligen materiella förhöjningar i hårdhet, ska problemen som var tillhörande med avslutning, också förhöjning. Utvecklingen av malande utrustning för CNC har minskat kosta av finalen som mal, genom att minimera det nöjda arbetet, however stora körningar krävs allmänt till offset som ställa in kostar av denna utrustning. Lilla körningar är vanligt inte economically livsdugliga. Ett alternativ till detta problem är ”förtjänar bildar” eller bildar till förutsägbara eller godtagbara toleranser för att minimera att bearbeta med maskin. Detta har uppnåtts på Taylor Keramiskt Iscensätta av inledningen av en teknik som nära kallas - ”netto för att forma att bilda”. Komplexa delar kan bildas av denna unika Australiensiska utveckling med så låga avsteg, som ±0.3% som resulterar i betydliga besparingar, i att bearbeta med maskin för final, kostar.

I många applikationer i dag, kombineras den välgörande rekvisitan av några material för att förhöja och stundom stötta andra material, skapa således en hybrid- komposit. I fallet av hybrid- komposit är det tillgänglighets- och kapacitetsrekvisitan av varje nytt materiellt, som uppsättningar kapaciteten av det nya materiellt. I-Sätta in att testa för utvärdering måste att bäras ut i bestämt anföra som exempel, för att bestämma den långsiktiga hållbarheten av den nya komposit, innan du begår faktiskt som ska servas.

Rekvisitan av avancerade material behöver att vara ansedd, när planlägga strukturerar, delar och apparater. Finaldesignen och det materiella valet måste ultimately vara kostar - effektivt, måste fungera pålitligt och, idealt, bör vara en förbättring på existerande teknologi. Föregående kapacitetskunskap är självfallet en tillgång, however i föregående kunskap för många nya applikationer inte kan vara den tillgängliga thus försiktiga observationen, och inspelning av kapacitetskännetecken av det experimentellt modellerar, eller i växtförsök, är nödvändig. I detta hänseende Iscensätter Materialen arbeten i nära kontakt med forskninglaget hjälpsamt för att framkalla det nya begreppet. Som vi är det stilla arbetet med förhållandevis bräckliga material, måste denna aspekt alltid att hållas i åtanke. Nya tekniker liksom Finite BeståndsdelAnalys har bevisat välgörande i detta hänseende. Bruket av att modellera för dator låter strukturerar för att skapas på avskärmer utan behovet för dyra prototyper.

Avancerade keramiska material är nu väl - etablerat i många områden av varje dagbruk. Förbättringarna i kapaciteten, tjänste- liv, besparingar i fungerande kostar, och besparingar i underhåll är klara bevisar av gynnar av avancerade keramiska material. Livförväntningar, i år i stället för månader med kostar nu nationalekonomi i beställa av endast dubbelt existerande del- kostar, ger avancerade keramikmaterial en ha som huvudämnefördel. Produktionen av dessa avancerade material är ett komplex, och fordra processaa med kickutrustning kostar och kravet av högt specialiserat och utbildat folk. De ska keramiska materialen av morgondagen exploaterar rekvisitan av polycrystalline arrangerar gradvis kombinationer, och sammansatt keramiskt strukturerar, dvs. strukturerar den crystalline co-nederbörden eller medräknandet av att skilja sig åt att ha det välgörande rekvisitaarbetet tillsammans i finalsammansättningen.

I morgon (även i dag) ska sökanden är att packa det högsta beloppet av förbindelseenergi in i den keramiska sammansättningen för finalen och att ge en kickgrad av medgörlighet eller spänst in i de förbindelser. Denna jämna energi måste att överskridas för att orsaka fel eller förskjutning. Ändra stegar av teknologi, och hjälpmedlet för material, som nyare sammansättningar som iscensattes exakt för att fungera, ska, framkallas också. Hur uppnås Precis detta ska och när kunskapen blir offentlig - vem kan berätta! Keramik ett gammalt klassificerar av materiella stilla närvarande tillfällen för nya materiella utvecklingar.

Det är ett fascinerande sökanden, men denna aspekt av sekretess och den fortsatte närvaroen av ”Svart Konst” i många keramiska produktionbranscher gör det även mer fascinerande.

Notera: Ett fullt listar av hänvisar till är tillgängligt, genom att se till den original- texten.