Strukturell Keramik wird für seine zukunftsweisenden Vorteile gelobt. Es bietet viele anspruchsvolle Eigenschaften wie verbesserte thermomechanische und chemische Eigenschaften. Sie finden Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, Metallurgie, im Ingenieurwesen, in der Optik und in der Materialwissenschaft. Was macht eine besondere Struktur aus? Keramik Ausgeprägt und vielseitig ist hier die Diskussion.
Was ist Spezialkeramik?
Besonders Keramik sind in der Regel nichtmetallisch in seiner Zusammensetzung bekannt für ihre Stärke, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit. Spezielle Keramik oft in Bereichen, die sehr anspruchsvoll sind, wo die anderen Systeme Fehlfunktionen oder Ausfälle haben. Die gemeinsame spezielle Keramik sind Oxid Keramik wie Aluminiumoxid, SiC, Si3N4 und Carbide aus Niob und Hafnium. Spezielle Keramik verfügt über eine hohe mechanische Integrität auch unter rauen Umgebungsbedingungen.
Einige Beispiele für besondere Keramik und die Verwendungskontexte sind unten als Referenz angegeben:
- Aluminiumoxid, ein häufiges Oxid Keramik dient der Herstellung medizinischer Geräte und ist in elektronischen Anwendungen nützlich
- Siliziumkarbid ist hart. Dank seiner Härte und der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit eignet es sich für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
- Siliziumnitride sind verschleißfest und werden zu einem integralen Bestandteil von Schneidklingen und mechanischen Lagern.
- Carbide aus Niob und Hafnium werden bei extremen Temperaturen eingesetzt. Keramikmaterial eignet sich daher für Militär-, Verteidigungs- oder Luft- und Raumfahrtanwendungen.
Härte keramischer Werkstoffe
Keramikhärte ist ein Begriff, der für die Keramik und seine Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb. Dies wird uns sagen, ob die Keramik ist in der Lage, den Auswirkungen von Druck, Reibung und Eindrücken während des Gebrauchs standzuhalten. Die Keramik Die harten Werkstoffe dienen als Komponenten für Schneidwerkzeuge, Motorzubehör und Baumaterialien.
Keramikhärte auf der Mohs-Skala
Keramikhärte Mohs-Skala wird von Ingenieuren verwendet, um die Härte von Keramik. Tatsächlich ist die Kratzfestigkeit eines Keramikmaterial. Es erzeugt einen Wert zwischen 1 und 10. Kurz gesagt, das härtere Material kratzt und hinterlässt Abdrücke auf dem weicheren Gegenstück.
- Härte von Aluminiumoxidkeramik Der Härtegrad auf der Mohs-Skala beträgt 9. Er steht dem Diamanten am nächsten und wird als Schleif- und Schneidmaterial verwendet.
- Siliziumkarbid (SiC)-Keramik hat eine Härte von 9,5. Sie eignen sich hervorragend als Schleifmittel und werden bei der Herstellung kugelsicherer Westen verwendet. Es ist die härtestes Keramikmaterial.
- Carbide von Niob und Hafnium haben beide Keramikhärte Mit einer Nennleistung von ca. 9 eignen sie sich ideal für Anwendungen mit hohem Verschleiß. Sie werden auch im Militär- und Luftfahrtbereich eingesetzt.
- Siliziumnitrid hat Keramikhärte Mohs Wert um 8,5. Sie werden hauptsächlich in Turbinenschaufeln und mechanischen Lagern verwendet, die einem hohen Verschleiß unterliegen.
Wärmeleitfähigkeit keramischer Werkstoffe
Wärmeleitfähigkeit von Keramik ist bei Spezialkeramiken gering. Einige zuverlässige Informationen zur Wärmeleitfähigkeit dienen als Referenz.
- Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid liegt bei etwa 30 W/mK und ist daher für die Wärmedämmung und Wärmeableitung in Geräten nützlich.
- Keramik-Wärmeleitfähigkeit von SiC ist viel höher im Vergleich zu den anderen KeramikSiC-Register hohe Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 120 – 150 W/mK. Dies macht sie für Anwendungen im Automobil- und Luft- und Raumfahrtsektor interessant. SiC gehört zu den Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
- Siliziumnitrid besitzt wie Aluminiumoxid eine moderate Wärmeleitfähigkeit. Ihr Bereich liegt bei etwa 30–40 W/Mk und macht sie für moderate Anwendungen nützlich.
- Hafnium und Niob haben eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 13 bis 20 W/mK. Sie werden hauptsächlich für die Raketenwissenschaft und nukleare Anwendungen entwickelt.
Eigenschaften spezieller Keramikmaterialien
Sei es irgendein KeramikmaterialDie Eigenschaften werden hauptsächlich von zwei Faktoren beeinflusst. Einer davon ist die chemische Bindung im Material und der andere die wesentliche Kristallstruktur. Weitere Einflussfaktoren sind die Mikrozusammensetzung, die Kornstruktur, Größe, Form und Porosität. Auch Verunreinigungen und Defekte während der Herstellung spielen eine Rolle bei der Steuerung des Verhaltens des Spezialmaterials. keramische Werkstoffe.
Die konventionelle Keramik sind Feldspat, Ton usw., die grundsätzlich durch Sintern hergestellt werden. Sie bieten einen Temperatureinsatzbereich von ca. 1200 °C. Obwohl sie hart und rost- und korrosionsbeständig sind, weisen sie keine höhere thermische und mechanische Festigkeit auf.
Besonders Keramik unterscheiden sich auf ihre Weise. Lithiumoxid ist beispielsweise sehr hitzebeständig und wird zur Herstellung von Hochtemperaturmaterialien verwendet. Eisenbasierte Keramik werden insbesondere als Magnete, Talkum zur Isolierung und Kobalt als Speicherbauelemente eingesetzt. Spezielle Keramik oder besondere Strukturkeramik werden daher entsprechend den Anforderungen hergestellt und die gewünschte Funktionalität ist sorgfältig konstruiert.
Struktur keramischer Werkstoffe
Wie bereits erwähnt, sind die Eigenschaften der keramische Materialien werden maßgeblich von ihren Strukturen beeinflusst. Grundsätzlich Keramik haben zwei Hauptstrukturen: Entweder sind sie ionischer Natur oder kovalent. Ionische Bindungen verleihen Elektronegativität und sorgen dafür, dass der Kern mehr Elektronen anzieht. Dies funktioniert bei der Kombination von Metallen und Nichtmetallen in Keramik.
Kovalente Bindungen hingegen bestehen zwischen Nichtmetallen. Dadurch teilen sich die Atome des Materials. Die niedrigen Wärmeausdehnungswerte, die hohe Härte und die chemische Beständigkeit hängen von der Art der Bindungen ab. Keramik. Sprödigkeit ist, obwohl unvorhergesehen, ebenfalls eine Folge der Bindungsnatur.
Spezialstruktur Keramik
Spezialstrukturkeramik ist in den letzten Jahren entstanden und spielt eine entscheidende Rolle im Ingenieurwesen. Strukturelle Keramik sind oft das Ergebnis einer strengen Fertigung, die durch eine leistungsstarke Technik unterstützt wird, um relevante Materialeigenschaften für die jeweiligen Einheiten zu erzielen.
Einige besondere Strukturkeramiken von Bedeutung
Nitridkeramik
Nitrid Keramik hat starke kovalente Bindungen von Stickstoff und Silizium, die eine bessere Isolierung und gute Festigkeit bieten. Siliziumnitrid gehört aufgrund seiner strukturellen Vorzüge zu den härtestes Keramikmaterial. Es verfügt über eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und wirkt als gutes Isoliermaterial. Die Wärmeleitfähigkeit von Siliziumnitrid beträgt etwa 320 W/Mk
Die Wärmeleitfähigkeit ist damit um 80 % besser als die von Kupfer. Siliziumnitrid übertrifft in seiner Leistung auch Keramiken wie Beo und Al2O3.
Hartmetallkeramik
Hartmetallkeramiken aus Bor und Silizium besitzen eine hohe Biegefestigkeit. Der Wert liegt bei etwa 500–600 MPa bei einer Temperatur von 1400 °C. Der mit diesen beiden Karbiden entwickelte Verbundwerkstoff zeichnet sich durch hohe Schlagfestigkeit und hohe Härte aus. Sie verfügen außerdem über einen hohen Elastizitätsmodul und werden zur Herstellung von Westen und Rüstungen verwendet.
Gehärtete Keramik
Gehärtet Keramik hat in letzter Zeit große Fortschritte gemacht. Es gibt gehärtete Keramiken aus Aluminiumoxid, Thorium und Mullit und einige aus Oxiden
Kristalline Keramik
Die Eigenschaft der Lichtdurchlässigkeit zusätzlich zur Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit hat zu kristallinen Keramik. Die transparenten Keramiken aus Aluminiumoxid und Aluminiumnitriden sind in diesem Bereich beliebt. Hersteller nutzen Mikrowellensintern, um die kristallinen Keramik.
Anwendungen von Spezialstrukturkeramik
- Strukturell Keramik Aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit werden sie häufig in Raumschiffen und Raketen eingesetzt. Beispiel: Verbundwerkstoffe werden in Satelliten verwendet
- Faserverstärkt Keramik oder strukturell Keramik werden in Unterschallflugzeugen für militärische Zwecke eingesetzt
- Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Strukturkeramiken hat dazu geführt, dass diese für Leiterplatten verwendet werden. Sie dienen als effiziente Substrate
Schlussbemerkungen
Erkundung spezieller Strukturen Keramik entstanden durch die Erfindungen der modernen Wissenschaft und Technologie. Sie verfügen über mechanische und thermische Funktionalitäten. Sie übertreffen auch die elektrischen Vorteile. Strukturelle Keramik werden bereits in verschiedenen Ingenieurbereichen eingesetzt. Die Zukunft wird natürlich weitere Fortschritte in diesem Bereich erfordern.