Qu’est-ce que la céramique avancée?
Les céramiques avancées sont également connues sous le nom de céramiques techniques ou de céramiques fines. En Asie, les céramiques avancées sont généralement appelées céramiques industrielles.
La céramique avancée est assez différente de la poterie et de la porcelaine, comme la vaisselle en céramique, la poterie sanitaire, l’assainissement en céramique, les carreaux muraux et les carreaux de sol pour la construction. Généralement, la poterie et la porcelaine sont appelées céramiques traditionnelles.
La céramique avancée est un matériau inorganique et solide qui est un élément non métallique combiné par des liaisons ioniques avec des liaisons covalentes.
La composition de poudre est strictement contrôlée dans le procédé de fabrication, le procédé de formage, le système de frittage et le procédé d’usinage de précision choisis pour en faire des matériaux ayant des caractéristiques physiques parfaites.
Avec de meilleures performances physiques par rapport aux autres matériaux, les céramiques avancées sont largement utilisées dans des domaines tels que les semi-conducteurs, les automobiles et les machines industrielles.
Type de céramique avancée
Aujourd’hui, il existe une large gamme de céramiques avancées, notamment:
Alumine (Al2O3)
La céramique d’alumine est le matériau céramique avancé le plus largement utilisé. Il offre une résistance mécanique supérieure, une isolation électrique, une rétention à haute fréquence, une conductivité thermique, une résistance à la chaleur et une résistance à la corrosion. Le saphir est une forme monocristalline d’alumine.
Zircone (ZrO2)
La céramique de zircone est le matériau le plus fort et le plus dur parmi les céramiques avancées. Il est utilisé pour créer des lames spéciales pour les ciseaux haute performance, les couteaux et les perles de précision, autrefois considérées comme des applications impossibles.
Stéatite (MgO • SiO2)
La stéatite est un matériau de silicate de magnésium de haute résistance électrique à hautes températures, de bonne résistance mécanique et d’un facteur de perte diélectrique très faible, utilisé depuis de nombreuses décennies comme isolants ou boîtiers pour composants électriques.
De plus, la céramique stéatite est un excellent matériau pour le génie électrique, car elle peut être facilement frittée en une grande variété de formes, telles que des rondelles, des bagues, des formes de résistance, des espaces et des perles.
Carbone de silicium (SiC)
Ce composé artificiel est synthétisé à partir de sable de silice et de carbone. Il offre la meilleure combinaison de résistance à la chaleur, poids léger et résistance à la corrosion, et maintient sa résistance à des températures élevées (1500 ℃).
Nitrure de silicium (Si2N4)
Parmi les céramiques de pointe, ce matériau léger et résistant à la corrosion offre le plus haut niveau de ténacité et de résistance aux chocs thermiques à haute température, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans les composants du moteur.
Caractéristiques de la céramique avancée
Propriétés électriques
1. Isolation électrique
Les céramiques avancées sont des matériaux isolants qui ne conduisent pas l’électricité.
2. Dielectricity
La céramique avancée est devenue un matériau indispensable pour la production de condensateurs et de composants électroniques largement utilisés dans des produits tels que les ordinateurs, les télévisions et les téléphones portables.
Les condensateurs servent de «contrôleurs de la circulation» dans un circuit électronique en acheminant de l’électricité vers certaines pièces, bloquant temporairement l’électricité ou bloquant seulement certains types de signaux électriques.
3. Conductivité
Bien que les céramiques avancées soient généralement des matériaux isolants qui bloquent l’électricité, des céramiques semi-conductrices peuvent être créées pour conduire l’électricité en fonction de leur température et du niveau de tension appliqué.
4. Super-conductivité
Propriétés physiques
1. dureté
La caractéristique de la signature des céramiques avancées est leur extrême dureté; par conséquent, ils ont une utilisation précieuse dans des applications de haute performance.
La dureté de la céramique d’alumine est près de 3 fois celle de l’acier inoxydable. Cette dureté extrême est l’une des nombreuses propriétés uniques qui font des céramiques avancées des «super matériaux» pour la technologie moderne.
2. Rigidité
Les céramiques avancées possèdent une rigidité élevée, qui est mesurée en inspectant l’élasticité d’un spécimen après application d’une charge.
Les matériaux qui présentent une déformation élastique moindre sous charge possèdent des niveaux de rigidité supérieurs.
3. Résistance à la fracture
La ténacité à la rupture mesure la résistance à la fracturation d’un matériau fissuré.
Bien que les céramiques avancées possèdent généralement une faible résistance à la fracture, la zircone partiellement stabilisée, utilisée pour des produits tels que les ciseaux et les couteaux, offre des améliorations significatives de la résistance à la rupture.
4. Gravité spécifique (densité)
Les céramiques perfectionnées ont une densité (densité) plus faible que les métaux à haute résistance. Dans le même volume, de nombreux matériaux céramiques avancés ne pèsent que la moitié du métal.
Propriétés chimiques
Les céramiques avancées possèdent des niveaux élevés de stabilité chimique. En conséquence, les matériaux céramiques avancés sont hautement résistants à la corrosion chimique.
Produits chimiques – y compris l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique, l’acide nitrique, l’hydroxyde de sodium et l’acide fluorhydrique. Les résultats ont été analysés et les matériaux dissous en quantités relativement importantes ont été jugés plus sensibles aux produits chimiques.
Propriétés thermiques
1. Résistance à la chaleur
Les céramiques classiques, y compris les briques et les carreaux, sont bien connues pour leur capacité à résister à des températures élevées. Les céramiques d’alumine commencent à fondre ou à se décomposer à des températures supérieures à 1 800 ℃, beaucoup plus élevées que le point de fusion des matériaux métalliques.
2. Expansion thermique
Faible expansion thermique
Lorsque les matériaux sont chauffés, leur taille et leur volume augmentent par petits incréments, dans un phénomène connu sous le nom de dilatation thermique. Le coefficient de dilatation thermique indique la dilatation d’un matériau par augmentation de température de 1 ℃. Le matériel différent a la dilatation thermique différente. Les céramiques avancées ont de faibles coefficients de dilatation thermique – moins de la moitié de ceux des aciers inoxydables.
3. Conductivité thermique
La propriété de la chaleur transmise par un matériau est appelée conductivité thermique.
Les céramiques avancées offrent une large gamme de conductivité thermique.
Parmi les céramiques avancées, certains matériaux possèdent de hauts niveaux de conductivité et transmettent bien la chaleur, tandis que d’autres possèdent de faibles niveaux de conductivité et transmettent moins de chaleur.
Le carbure de silicium transfère la chaleur particulièrement bien tandis que les céramiques de zircone bloquent efficacement la chaleur et le coefficient de conductivité thermique est faible – environ 1/10 de celui de l’acier inoxydable.
Procédé de production de céramique avancé
Fraisage et mélange de matières premières, pulvérisation et séchage
Les matières premières utilisées dans la fabrication de céramiques avancées (également appelées «céramiques fines») comprennent les poudres solides inorganiques avec une pureté, une taille et une distribution contrôlées avec précision. Ces matières premières sont formulées pour des propriétés et fonctionnalités spécifiques, puis mélangées avec un liant ou un liant.
Façonner
Méthode de façonnage typique:
Pressage à sec, Injection et coulée, HIP, CIP
Cuisson (frittage)
Le corps vert en forme est cuit à la chaleur extrême dans des fours à température contrôlée.
Le tir élimine l’humidité et les liants. Avec une cuisson supplémentaire, les particules de poudre sont frittées ensemble et les produits rétrécissent en raison de la porosité réduite. Ce processus aboutit à des produits d’une densité et d’une dureté extrêmes.
Usinage et polissage (finition de surface)
Inspection et emballage
Applications céramiques avancées
La céramique avancée est un nouveau matériau d’applications à large spectre.
Les produits céramiques avancés offrent la solution parfaite et une alternative économique et performante aux matériaux traditionnels tels que les métaux, les plastiques et le verre.
Les matériaux céramiques avancés peuvent être transformés en différents composants pour différentes industries, telles que
Composants électriques (matériau de support, supports de montage, isolateurs et résistances);
Rotors, chambres de combustion, frein en céramique et échappement;
Miroirs de positionnement au laser et emballage;
Unité de protection (armure en céramique et carte pare-balles);
Radiateurs radiants pour four;
Filtration de gaz chauds
Membranes de piles à combustible;
Filtres à moteur diesel et pièces d’injecteur de carburant;
Guides de fils textiles et de fils;
Revêtements d’abrasion;
Médias de broyage.
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