Definizione
La ceramica avanzata è anche conosciuta come ceramica tecnica o ceramica fine. In Asia, la ceramica avanzata è solitamente chiamata ceramica industriale.
La ceramica avanzata è un materiale inorganico e solido che è un elemento non metallico combinato da legami ionici con legami covalenti.
La composizione della polvere è rigorosamente controllata nel processo di fabbricazione, nel metodo di formatura adatto scelto, nel sistema di sinterizzazione e nel processo di lavorazione di precisione per renderlo materiali con caratteristiche fisiche perfette.
Con prestazioni fisiche migliori rispetto ad altri materiali, le ceramiche avanzate sono ampiamente utilizzate in campi come semiconduttori, automobili e macchinari industriali.
Tipo di materiali ceramici avanzati
Oggi esiste una vasta gamma di materiali ceramici avanzati, tra cui:
Allumina (Al2O3)
La ceramica di allumina è il materiale ceramico avanzato più utilizzato. Offre resistenza meccanica superiore, isolamento elettrico, ritenzione ad alta frequenza, conduttività termica, resistenza al calore e resistenza alla corrosione.
Zirconia (ZrO2)
La ceramica di zirconio è il materiale ceramico più resistente e tenace tra le ceramiche avanzate. Viene utilizzato per creare lame speciali per forbici, coltelli e perline di precisione ad alte prestazioni, un tempo considerate applicazioni impossibili.
Allumina rinforzata con zirconia (ZTA)
Ceramica a base di allumina zirconia, o diciamo, ceramica composita allumina / zirconia
Steatite (MgO • SiO2)
La steatite è un materiale di silicato di magnesio ad alta resistenza elettrica alle alte temperature, buona resistenza meccanica e un fattore di perdita dielettrica molto basso, che è stato utilizzato per molti decenni come isolanti o involucri per parti elettriche.
Inoltre, la steatite ceramica è un materiale eccellente per l’ingegneria elettrica in quanto può essere facilmente sinterizzata in un’ampia varietà di forme come rondelle, boccole, forme di resistori e distanziatori.
Carbonio di silicio (SiC)
Questo composto artificiale è sintetizzato da sabbia silicea e carbonio. Fornisce la migliore combinazione di resistenza al calore, leggerezza e resistenza alla corrosione e mantiene la sua forza alle alte temperature (1.500 ℃).
Nitruro di silicio (Si2N4)
Tra i materiali ceramici avanzati, questo materiale leggero e resistente alla corrosione offre il massimo livello di tenacità e resistenza agli shock termici ad alta temperatura, rendendolo ideale per l’uso nei componenti del motore.
Proprietà avanzate dei materiali ceramici
Proprietà elettriche
Isolamento elettrico
Le ceramiche avanzate sono materiali isolanti che non conducono elettricità.
Dielettricità
I materiali ceramici avanzati sono diventati un materiale indispensabile per la produzione di condensatori e componenti elettronici ampiamente utilizzati in prodotti come computer, televisori e telefoni cellulari.
I condensatori fungono da “controllori del traffico” all’interno di un circuito elettronico conducendo elettricità a determinate parti, bloccando temporaneamente l’elettricità o bloccando solo alcuni tipi di segnali elettrici.
Conduttività
Sebbene le ceramiche avanzate siano generalmente materiali isolanti che bloccano l’elettricità, è possibile creare ceramiche semiconduttrici per condurre l’elettricità a seconda della loro temperatura e del livello di tensione applicato.
Superconduttività
Proprietà fisiche
Durezza
La caratteristica distintiva dei materiali ceramici avanzati è la loro estrema durezza; di conseguenza, hanno un uso prezioso nelle applicazioni ad alte prestazioni.
La durezza della ceramica di allumina è quasi 3 volte quella dell’acciaio inossidabile. Questa estrema durezza è una delle tante proprietà uniche che rendono la ceramica avanzata “super materiali” per la tecnologia moderna.
Rigidità
Le ceramiche avanzate possiedono un’elevata rigidità, che viene misurata esaminando l’elasticità di un campione dopo aver applicato un carico.
La ceramica è di materiali che mostrano una deformazione meno elastica sotto carico e possiedono livelli di rigidità più elevati.
Resistenza alla frattura
La tenacità alla frattura misura la resistenza alla frattura di un materiale fessurato.
Sebbene i materiali ceramici avanzati generalmente posseggano una bassa tenacità alla frattura, la zirconia parzialmente stabilizzata, utilizzata per prodotti come forbici e coltelli, offre significativi miglioramenti della tenacità alla frattura.
Peso specifico (densità)
I materiali ceramici avanzati hanno un peso specifico (densità) inferiore rispetto ai metalli ad alta resistenza. All’interno dello stesso volume, molti materiali ceramici avanzati pesano solo la metà del metallo.
Proprietà chimiche
I materiali ceramici avanzati possiedono alti livelli di stabilità chimica. Di conseguenza, i materiali ceramici avanzati sono altamente resistenti alla corrosione chimica.
Prodotti chimici – inclusi acido cloridrico, acido solforico, acido nitrico, idrossido di sodio e acido fluoridrico. I risultati sono stati analizzati e i materiali che si sono sciolti in quantità relativamente grandi sono stati determinati per essere più sensibili alle sostanze chimiche.
Proprietà termali
Resistenza al calore
I materiali ceramici convenzionali, inclusi mattoni e piastrelle, sono ben noti per la loro capacità di resistere alle alte temperature. La ceramica di allumina inizia a fondere o decomporsi a temperature superiori a 1.800 ℃, molto più alte del punto di fusione dei materiali metallici.
Dilatazione termica
Bassa espansione termica
Quando i materiali vengono riscaldati, le loro dimensioni e il loro volume aumentano in piccoli incrementi, in un fenomeno noto come espansione termica. Il coefficiente di espansione termica indica di quanto un materiale si espande per 1 ° C di aumento della temperatura. Materiale diverso ha un’espansione termica diversa. I materiali ceramici avanzati hanno bassi coefficienti di espansione termica, meno della metà di quelli degli acciai inossidabili.
Conduttività termica
La proprietà del calore trasmesso attraverso un materiale è chiamata conducibilità termica.
I materiali ceramici avanzati offrono un’ampia gamma di conducibilità termica.
Tra i materiali ceramici avanzati, alcuni materiali possiedono alti livelli di conduttività e trasferiscono bene il calore, mentre altri possiedono bassi livelli di conduttività e trasferiscono meno calore.
Il carburo di silicio trasferisce il calore particolarmente bene, mentre la ceramica in zirconia blocca il calore in modo efficace e il coefficiente di conduttività termica è basso, circa 1/10 di quello dell’acciaio inossidabile.
Applicazioni avanzate di materiali ceramici
I materiali ceramici avanzati sono un tipo di nuovo materiale per un’ampia gamma di applicazioni.
I materiali ceramici avanzati forniscono la soluzione perfetta e un’alternativa economica e ad alte prestazioni ai materiali tradizionali come metalli, plastica e vetro.
I materiali ceramici avanzati possono essere realizzati in diverse forme (parti in ceramica di diverse forme, diverse dimensioni e diverse tolleranze) per diversi settori, come ad esempio:
Componenti elettrici (materiale di supporto, staffe di montaggio, isolanti e resistenze, substrati);
Rotori, combustori, freno e scarico in ceramica;
Specchi e imballaggi per posizionamento laser;
Unità di protezione (armatura in ceramica e pannello antiproiettile);
Riscaldatori radianti per forni ceramici;
Filtrazione di gas caldi in ceramica;
Membrane ceramiche per celle a combustibile;
Filtri per motori diesel in ceramica e parti degli iniettori di carburante;
Guidafili in tessuto e filo metallico;
Rivestimenti in ceramica antiusura;
Mezzi di macinazione in ceramica
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