Alumina-keramiek en zirkonia-keramiek
Speciaal keramiek, ook wel fijn keramiek genoemd, is een type anorganische, niet-metalen materiaal dat door middel van nauwkeurige vorm- en sinterprocessen wordt vervaardigd uit zeer zuivere anorganische, niet-metalen grondstoffen. In tegenstelling tot traditioneel keramiek worden hierbij geen natuurlijke mineralen zoals klei als belangrijkste grondstof gebruikt. In plaats daarvan vertrouwen ze op kunstmatig gesynthetiseerde, zeer zuivere grondstoffen en geavanceerde bereidingstechnologieën, waardoor ze een onvervangbare, belangrijke positie innemen in de moderne industrie, wetenschap en technologie.
Speciale keramiek kan worden onderverdeeld in een breed scala aan typen, afhankelijk van hun chemische samenstelling. Oxidekeramiek (zoals aluminiumoxide, zirkoniumoxide, enz.), nitridekeramiek (zoals siliciumnitride, aluminiumnitride, enz.), carbidekeramiek (zoals siliciumcarbide, boorcarbide, enz.), boridekeramiek (zoals zirkoniumboride, lanthaanboride, enz.), en composietkeramiek, samengesteld uit meerdere verbindingen en cermets met toegevoegde metalen. Afhankelijk van hun toepassingsfuncties kunnen ze grofweg worden onderverdeeld in twee categorieën: hoogsterkte, hittebestendige en samengestelde structurele keramiek, en elektrische en elektronische functionele keramiek.
Van hittebestendige componenten in de lucht- en ruimtevaart tot chipverpakkingen en sensorelementen in de elektronica-industrie; van brandstofcelcomponenten in de energiesector tot kunstmatige gewrichten en tandrestauratiematerialen in de biomedische sector: speciaal keramiek is overal. Het is als een onbezongen held die in stilte de vooruitgang van moderne wetenschap en technologie aanjaagt en ons leven verandert.
Alumina-keramiek: eigenschappen en toepassingen
(1) Prestatiekenmerken
Alumina-keramiek, met aluminiumoxide (Al₂O₃) als hoofdbestanddeel, neemt een belangrijke positie in op het gebied van speciale keramiek vanwege hun uitstekende prestaties. Ze hebben een extreem hoge hardheid, met een Rockwell-hardheid van HRA80-90, na diamant de hoogste, waardoor ze uitstekend presteren in slijtvaste toepassingen. In slijtagetests is de slijtvastheid van alumina-keramiek 266 keer zo hoog als die van mangaanstaal en 171,5 keer zo hoog als die van hoogchroomgietijzer. Onder dezelfde werkomstandigheden kunnen ze de levensduur van apparatuur met minstens een factor tien of meer verlengen.
De dichtheid van aluminiumoxidekeramiek bedraagt ongeveer 3,8 g/cm³, slechts de helft van die van staal, wat de belasting van apparatuur effectief vermindert. Het heeft ook een uitstekende chemische stabiliteit en is bestand tegen corrosie door chemicaliën zoals sterke zuren en logen, waardoor het breed toepasbaar is in corrosieve omgevingen zoals de chemische industrie. De hoge temperatuurbestendigheid is ook zeer prominent aanwezig: het is bestand tegen temperaturen tot 1600 °C of zelfs hoger, en het kan worden gebruikt als bekleding voor hogetemperatuurovens en vuurvaste materialen.
(2) Toepassingsgebieden
In de mechanische sector wordt aluminiumoxidekeramiek, vanwege de hoge hardheid en slijtvastheid, gebruikt voor de productie van snijgereedschappen, lagers, afdichtingen, enz. De snijsnelheid van aluminiumoxidekeramiek is hoger dan die van gewone snijgereedschappen van hardmetaal, wat de snij-efficiëntie aanzienlijk kan verbeteren. Composiet Al₂O₃-keramiek kan ook diverse materialen verwerken, zoals gehard staal en gelegeerd staal.
Aluminiumoxidekeramiek wordt veel gebruikt in de elektronica en de elektrische energiesector. Het heeft een goede isolatie en thermische geleidbaarheid en kan worden verwerkt tot keramische substraten, wafers, keramische films, transparante keramiek en isolatiematerialen, enz. Aluminiumoxidekeramieksubstraten, met een hoge mechanische sterkte, goede isolatie en hoge lichtwerende eigenschappen, worden bijvoorbeeld vaak gebruikt in meerlaagse bedrading, elektronische verpakkingen en substraten voor verpakkingen met een hoge dichtheid.
In de chemische industrie kan aluminiumkeramiek worden gebruikt voor de bekleding van reactieketels, pijpleidingen, kleppen, enz. Dankzij hun chemische stabiliteit en corrosiebestendigheid zijn ze bestand tegen erosie door verschillende chemische media, waardoor een veilige en stabiele werking van de chemische productie wordt gegarandeerd.
Zirkonia-keramiek: eigenschappen en toepassingen
(1)Prestatiekenmerken
Zirkoniumkeramiek, met zirkonium (ZrO₂) als hoofdbestanddeel, presteert uitstekend. Het heeft een relatief hoge hardheid, met een hardheid van 7-8 volgens de Mohs-schaal, en presteert uitstekend in slijtvaste toepassingen. Onder dezelfde wrijvingsomstandigheden bedraagt het slijtageverlies van zirkoniumkeramiek slechts een tiende van dat van gewone metalen.
De taaiheid is ook zeer prominent aanwezig, met een breuktaaiheid van 7-15 MPa·m¹/², wat veel hoger is dan die van gewone keramiek. Het is effectief bestand tegen scheurvorming en breekt niet gemakkelijk. De slijtvastheid is uitstekend, meer dan 200 keer hoger dan die van roestvrij staal, en het biedt aanzienlijke voordelen in omgevingen met hoge slijtage.
Zirkoniumkeramiek bezit ook goede isolerende eigenschappen. Het is een uitstekende isolator bij kamertemperatuur en voldoet aan de isolatie-eisen in de elektronische en elektrische sector. Hun hoge temperatuurbestendigheid is ook opmerkelijk, met een smeltpunt tot wel 2700 °C, waardoor ze stabiel kunnen worden gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen.
(2) Toepassingsgebied
Op het gebied van structurele keramiek wordt zirkoniumkeramiek vaak gebruikt voor de productie van snijgereedschappen, lagers, kleppen, enz. Zirkoniumkeramische snijgereedschappen zijn scherp en duurzaam, met uitstekende snijprestaties. Ze kunnen een verscheidenheid aan moeilijk te snijden materialen verwerken en reageren niet met voedsel, waardoor ze geschikt zijn voor de productie van tafelmessen, chirurgische messen, enz. Zirkoniumkeramische lagers hebben de voordelen van hoge temperatuurbestendigheid, corrosiebestendigheid en slijtvastheid, en worden veel gebruikt in hogesnelheids- en precisieapparatuur.
Wat functionele keramiek betreft, kan zirkoniumkeramiek worden gebruikt voor zuurstofsensoren, elektroden voor vaste-oxidebrandstofcellen, enzovoort. Zuurstofsensoren maken gebruik van hun geleidingseigenschappen voor zuurstofionen en kunnen snel en nauwkeurig het zuurstofgehalte in de omgeving detecteren. Ze worden veel gebruikt in sectoren zoals detectie van uitlaatgassen van auto's en industriële verbrandingsregeling.