ال سيراميك عالي الحرارة يُعدّ السيراميك مفتاحًا للعلوم الحديثة نظرًا لتعدد استخداماته. تُفيد خصائصه، مثل القوة الميكانيكية ومقاومة الحرارة والتحمل في الظروف القاسية، كل عملية. يستكشف هذا المقال بعضًا من أفضل... سيراميك عالي الحرارة حاضرة عالميا.
أفضل 10 سيراميك مقاوم للحرارة
|
مادة السيراميك |
مقاومة الحرارة ★ |
أقصى درجة حرارة تشغيل (°م) |
|
المغنيسيا، MgO |
★★★★★ |
2800 |
|
كربيد التنغستن، WC |
★★★★★ |
2600–2800 (جو خامد) |
|
يتريا، Y₂O₃ |
★★★★★ |
2200 |
|
كربيد السيليكون، SiC |
★★★★☆ |
1900–2000 |
|
نتريد البورون، BN |
★★★★☆ |
2000 (غلاف جوي خامد) |
|
كربيد البورون، B₄C |
★★★★☆ |
1800–2000 |
|
نتريد الألومنيوم، AlN |
★★★★☆ |
1700–1900 |
|
الألومينا، Al₂O₃ |
★★★★☆ |
1750 |
|
زركونيا، ZrO₂ |
★★★☆☆ |
1500–1650 |
|
نتريد السيليكون، Si₃N₄ |
★★★☆☆ |
1400–1600 |
ما المقصود بمقاومة الحرارة؟ هل السيراميك مقاوم للحرارة؟
مقاومة الحرارة يلعب دورا هاما في خصائص المواد السيراميكية. مقاومة الحرارة المعنى بسيط، وهو قدرة المادة على مقاومة التيار الحراري المار عبرها. وتتنوع أنواع السيراميك، من السيراميك التقليدي إلى السيراميك التقني، وتشتهر بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية.
السيراميك مقاوم للحرارة: سيراميك عالي الحرارة مُصمم للعمل عند درجة حرارة تشغيل تبلغ حوالي ٢٠٠٠ درجة مئوية. فيما يلي أفضل ١٠ مواد سيراميكية ذات درجات حرارة تشغيل أعلى.
كربيد التنغستن (WC): درجة حرارة التشغيل 2600-2800 درجة مئوية
مرحاض يُعرف سيراميك درجات الحرارة العالية بصلابته الشديدة، ويُستخدم غالبًا في تطبيقات الصيانة الشاقة. كربيد التنغستن مادة سيراميكية يعد هذا الأمر صعبًا لأنه يميل إلى أن يكون هشًا في بعض تطبيقات الخدمة.
|
الخصائص الحرارية لكربيد التنغستن |
|
|
الموصلية الحرارية |
28 – 88 واط/متر كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1000 – 3000 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
4.5 – 7.1 |
|
الحرارة النوعية (J/KgK) |
184 - 292 |
خصائص كربيد التنغستن
-
إنها تمتلك مقاومة فائقة للصدمات وهي صلبة وصلبة وتقاوم التشوه
-
استقرار أبعادي جيد
التطبيقات
-
يستخدم في مواد القطع عالية السرعة ومواد مقاومة للتآكل من الدرجة الكربيدية.
المغنيسيا: درجة حرارة التشغيل 2800 درجة مئوية
يعمل المغنيسيا في أعلى نطاق درجات الحرارة كسيراميك عالي الحرارة. وهو مثالي للعزل في درجات الحرارة العالية، ويوفر مقاومة ممتازة للصدمات.
|
الخصائص الحرارية للمغنيسيا |
|
|
الموصلية الحرارية |
24 – 28 واط/م كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
2200 – 2800 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
12 – 14 |
|
الحرارة النوعية (J/KgK) |
880 – 1030 |
خصائص المغنيسيا
-
خامل كيميائيًا، ومقاوم للتآكل ممتاز ومتانة جيدة للكسر مادة سيراميكية
-
إنهم يمتلكون قدرة متزايدة على تحمل الشيخوخة الحرارية المائية
التطبيقات
-
بكرات، قوالب معدنية، خيوط وأسلاك
-
يعمل في معدات المعالجة ذات الضغط العالي
نتريد البورون: درجة حرارة التشغيل 2000 درجة مئوية
نتريد البورون هو سيراميك عالي الحرارة وهو متوفر في صورة مسحوق وصلب. يتوفر BN بأشكال مختلفة الهياكل الخزفية مثل نتريد البورون التحللي (P-BN) ونتريد البورون السداسي (H-BN).
|
الخصائص الحرارية لنتريد البورون |
|
|
الموصلية الحرارية |
30 – 130 واط/متر كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة للأكسدة |
850 درجة مئوية |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1000 – 2000 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
3.1 – 11.9 |
|
الحرارة النوعية (جول/كجم/كجم) |
1610 |
خصائص نتريد البورون
-
مقاومة شديدة للصدمات الحرارية
-
كثافة منخفضة وموصلية حرارية عالية
-
خامل كيميائيًا ويقاوم التآكل
-
قوة الانهيار العازل العالية أكبر من > 40 كيلو فولت/مم
تطبيقات نتريد البورون
-
تستخدم في مقاوم للحرارة الصمامات ومواد التشحيم والتجهيزات
-
يستخدم كـ مادة سيراميكية مقاومة للحرارة
-
تم نشرها كغرفة بلازما المكونات الخزفية، يدعم فرن التفريغ والتغذية
تُستخدم كقوالب للمعادن المنصهرة والزجاج والمساحات للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية
نتريد الألومنيوم: درجة حرارة التشغيل 1900 درجة مئوية
نتريد الألومنيوم هو نوع من سيراميك يُشبه أكسيد البريليوم في تطبيقاته. يُعرف نيتريد الألومنيوم بخصائص عزل كهربائي أفضل وموصلية حرارية أعلى. وبما أن معامل تمدده سيراميك عالي الحرارة يتناسب مع السيليكون، ويُستخدم غالبًا كركائز ومواد PCB.
|
الخصائص الحرارية لنتريد الألومنيوم |
|
|
الموصلية الحرارية |
170 – 230 واط/متر كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
الحد الأقصى لدرجة الحرارة (الهواء / الخامل) |
1200 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
3.5 – 4.6 |
|
الحرارة النوعية (جول/كجم·كلفن) |
740 |
خصائص نيتريد الألومنيوم
-
يمتلك AlN موصلية كهربائية تعادل خمسة أضعاف موصلية الألومينا تقريبًا
-
يساعد في تبديد الحرارة بشكل صحيح والأداء السريع للمواد عالية الأداء
-
يتمتع نتريد الألومنيوم بمقاومة شديدة للصدمات
تطبيقات نيتريد الألومنيوم
-
تستخدم كعوازل إلكترونية في تطبيقات الطاقة العالية
-
تُستخدم كعناصر سيراميكية لتبديد الحرارة ومشتتات الحرارة في الإلكترونيات الكهربائية
-
البصريات الإلكترونية المكونات الخزفية والمواد الركيزة
كربيد السيليكون: درجة حرارة التشغيل 1900-2000 درجة مئوية
يعتبر كربيد السيليكون من بين الأخف وزنا والأكثر صلابة مادة في السيراميك تتميز بموصلية حرارية عالية، ومعامل تمدد حراري منخفض، وهي مقاومة للأحماض عمومًا، ومقاومة للتآكل والتلف في الظروف الجوية القاسية.
|
الخصائص الحرارية لكربيد السيليكون |
|
|
الموصلية الحرارية |
29 – 102.6 واط/م كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1900 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
3.3 -4.02 |
|
الحرارة النوعية (جول/كجم/كجم) |
– |
خصائص كربيد السيليكون
-
إنها صعبة للغاية في طبيعتها
-
يتميز كربيد السيليكون بمقاومة أكبر للتآكل والتلف. كما أن مقاومة التآكل للمكونات الخزفية أعلى.
-
إنها تتمتع بموصلية حرارية أعلى ومعامل تمدد حراري أقل ومعامل يونغ أعلى
تطبيقات سيراميك كربيد السيليكون عالي الحرارة
-
المكونات الصناعية مثل المبادلات، ومواد الفرن العالي، والشعلات وأجزاء الصمامات
-
يتم استخدامها كأجزاء سيراميك للفرن
الألومينا (Al2O3): درجة حرارة التشغيل 1750 درجة مئوية
الألومينا هي الأكثر شيوعا مادة سيراميكية تتميز بثبات حراري وقوة ميكانيكية ونقاء أعلى بنسبة 99.9%. كما أنها توفر خصائص عزل كهربائي أعلى ومقاومة للأحماض والقلويات.
|
الخصائص الحرارية للألومينا |
|
|
الموصلية الحرارية |
25 – 45 واط/م كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
الصدمة الحرارية |
جيد |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1600 – 1750 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
6.3 – 8 |
|
الحرارة النوعية (جول/كجم/كجم) |
880 |
خصائص الألومينا
-
صلابة عالية وقوة ميكانيكية
-
تشتهر بمقاومتها الفائقة للتآكل والتآكل
-
تتمتع الألومينا بقوة ضغط وقوة عازلة عالية.
التطبيقات
-
العوازل الكهربائية عند درجات الحرارة العالية
-
أنبوب الليزر والمكونات الأخرى
-
مكونات الآلات ومواد المحامل وأجزاء أشباه الموصلات
-
مقاعد الصمامات ومواد الأسلاك والخيوط ومواد الدروع.
كربيد البورون (B4C): درجة حرارة التشغيل 1800-2000 درجة مئوية
كربيد البورون، سيراميك عالي الحرارة تتمتع بثبات حراري عند حوالي ١٨٠٠ درجة مئوية. وهي خفيفة الوزن للغاية، وتُضاهي الماس. قوتها الميكانيكية العالية ومقاومتها للتآكل تجعلها مثاليةً لتطبيقات الإجهاد العالي.
|
الخصائص الحرارية لكربيد البورون |
|
|
الموصلية الحرارية |
17 – 80 واط/متر كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1000 – 1800 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
3.2 – 9.4 |
|
الحرارة النوعية (جول/كجم·كلفن) |
840 - 1288 |
خصائص كربيد البورون
-
صلابة عالية ونقطة انصهار عالية
-
كثافة منخفضة للمادة
-
ترموستات فائقة - خصائص كهربائية وامتصاص ممتاز للنيوترونات في المقطع العرضي.
التطبيقات
-
يتم استخدامها في الدفاع كدروع، وتعمل كفوهات للبنادق وتستخدم كبلاط مضاد للرصاص.
-
في هندسة التفاعلات النووية، يتم استخدامها كقضبان تحكم وتوفر الحماية من الإشعاع والنيوترونات
-
يستخدم كربيد البورون كأدوات قطع وأجزاء مقاومة للتآكل والتآكل للمكونات
نتريد السيليكون (Si3N4): درجة حرارة التشغيل 1400-1600 درجة مئوية
نتريد السيليكون مادة سيراميكية عالية الحرارة، معروفة بمقاومتها للحرارة والصدمات. وهي مناسبة لتطبيقات درجات الحرارة العالية والأحمال العالية.
|
الخصائص الحرارية لنتريد البورون |
|
|
الموصلية الحرارية |
24 – 28 واط/م كلفن (حسب درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1000 – 1400 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
1.9 – 3.2 |
|
مقاومة الصدمات |
800 درجة مئوية التفاضلية |
خصائص نيتريد السيليكون
-
صلابة عالية للكسر وقوة الانحناء
-
التمدد الحراري المنخفض
-
مقاومة جيدة للأكسدة وتعمل بشكل جيد كعوازل كهربائية
-
مقاومة للصدمات الحرارية وتعمل بشكل جيد في درجات الحرارة العالية
التطبيقات
-
تطبيقات الفضاء والمحرك مثل عناصر الختم والصمامات والدوارات
-
التطبيقات الطبية أو الغرسات الطبية الحيوية
-
التطبيقات الميكانيكية أو الصناعية
-
مادة البوتقة وأدوات القطع بسبب صلابتها الشديدة
زركونيا (ZrO2): درجة حرارة التشغيل 1500-1650 درجة مئوية
ZrO2 هو مادة شديدة التحمل سيراميك عالي الحرارة مع مقاومة جيدة للصدمات الحرارية وقوة ميكانيكية ممتازة. زركونيا مادة سيراميكية متوفر بدرجات مختلفة، بما في ذلك الزركونيا المستقرة جزئيًا أو الزركونيا المستقرة بالإتريوم. ومع ذلك، يُعدّ سياق التشغيل بالغ الأهمية لتحديد استخدام درجات الزركونيا المختلفة.
|
الخصائص الحرارية للزركونيا |
|
|
الموصلية الحرارية |
2 – 3 واط/مك (اعتمادًا على درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1000 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
10 |
|
مقاومة الصدمات الحرارية |
250 درجة مئوية |
خصائص الزركونيا
-
ينطبق حتى درجة حرارة 1000 درجة مئوية
-
خامل كيميائيًا وينتج عن المعادن المنصهرة
-
صلابة عالية ومقاومة للكسر
التطبيقات
-
تستخدم في تصنيع وسائط الطحن عالية الكثافة
-
تُستخدم للمكونات الميكانيكية مثل مقاعد صمام الكرة والكرات
-
سيراميك حراري لأفران الحث ذات درجات الحرارة العالية أو أي نظام تسخين آخر.
أكسيد الألومنيوم المقوى بالزركونيا (Zr – AL2O3): درجة حرارة التشغيل 1500 درجة مئوية
أكسيد الألومنيوم المقوى بالزركونيا هو مركب سيراميكي مصنوع بدقة عالية يتميز بخصائص كل من الألومينا والزركونيا
|
الخصائص الحرارية لأكسيد الألومنيوم المقوى بالزركونيا |
|
|
الموصلية الحرارية |
20 واط/مك (اعتمادًا على درجة السيراميك) |
|
أقصى درجة حرارة (خاملة) |
1500 درجة مئوية |
|
معامل التمدد الحراري (10-6/درجة مئوية) |
7 – 7.5 |
|
مقاومة الصدمات |
فرق 200 درجة مئوية |
خصائص أكسيد الألومنيوم المقوى بالزركونيا (ZTA)
-
خامل كيميائيًا، ومقاوم للتآكل ممتاز ومتانة جيدة للكسر مادة سيراميكية
-
إنهم يمتلكون قدرة متزايدة على تحمل الشيخوخة الحرارية المائية
التطبيقات
-
بكرات، قوالب معدنية، خيوط وأسلاك
-
يعمل في معدات المعالجة ذات الضغط العالي
خلاصة القول
المعلومات عن أعلى 10 عالية سيراميك درجة الحرارة تم تناول نطاقات درجات الحرارة والخصائص المذكورة في المقالة. ومع ذلك، فإن سياق الاستخدام هو الأهم قبل إخضاع سيراميك عالي الحرارة من بين السيراميك المتوفر، يتصدر كربيد التنغستن قائمة المواد الأكثر مقاومةً للحرارة، يليه ZTA.
تعرف على المزيد حول السيراميك المتقدم