Aktualna sytuacja rynkowa branży zaawansowanej ceramiki - Kompleksowa i szeroka analiza największego potencjału w zakresie nowych materiałów

1. Zaawansowana ceramika stopniowo staje się ważnym składnikiem nowych materiałów . ​

Ceramika to materiały i różne produkty otrzymywane przez mielenie, mieszanie, kształtowanie i wypalanie gliny jako głównego surowca wraz z innymi naturalnymi minerałami. Nazywa się je zbiorczo ceramiką i porcelaną. Tradycyjna koncepcja ceramiki odnosi się do wszystkich sztucznych produktów przemysłowych wykonanych z nieorganicznych minerałów niemetalicznych, takich jak glina. Obejmuje różne produkty powstałe w wyniku mieszania, kształtowania i wypalania gliny lub mieszanin zawierających glinę. Głównym surowcem ceramiki są minerały krzemianowe pochodzące z natury, dlatego należy ona do „przemysłu krzemianowego” wraz ze szkłem, cementem, naczyniami emaliowanymi i materiałami ogniotrwałymi.

W szerokim znaczeniu materiały ceramiczne odnoszą się do wszystkich materiałów innych niż materiały organiczne i metaliczne, a mianowicie nieorganicznych materiałów niemetalicznych. Produkty ceramiczne są dostępne w szerokiej gamie. Ich skład chemiczny, skład mineralny, właściwości fizyczne i metody wytwarzania często nakładają się i przeplatają ze sobą, bez wyraźnych granic, jednak różnią się znacznie w zastosowaniu. Dlatego trudno jest je sztywno sklasyfikować w kilku systemach. Metody klasyfikacji są różne i jak dotąd nie ma jednolitej metody klasyfikacji na szczeblu międzynarodowym. Ze względu na techniki przygotowania i obszary zastosowań ceramiki można ją podzielić na tradycyjne materiały ceramiczne i zaawansowane materiały ceramiczne.

Tradycyjna ceramika: W tradycyjnym sensie ceramika odnosi się do różnych produktów wytwarzanych z gliny i jej naturalnych minerałów w procesach takich jak mielenie, mieszanie, formowanie i wypalanie. Wyroby te nazywane są zwykle „ceramiką zwykłą” lub ceramiką tradycyjną. Przykładami są ceramika gospodarcza oraz ceramika budowlana i sanitarna.

Ceramika zaawansowana: Ze względu na skład chemiczny można ją podzielić na ceramikę tlenkową, ceramikę azotkową, ceramikę węglikową, ceramikę borkową, ceramikę krzemkową, ceramikę fluorkową, ceramikę siarczkową itp. Ze względu na ich właściwości użytkowe i zastosowanie można je podzielić na dwie główne kategorie: ceramikę funkcjonalną i ceramikę strukturalną. Ceramika funkcjonalna opiera się głównie na specjalnych funkcjach materiałów, obejmujących właściwości elektryczne, magnetyzm, właściwości biologiczne, wrażliwość termiczną i właściwości optyczne itp., w tym ceramikę izolacyjną i dielektryczną, ceramikę ferroelektryczną, ceramikę piezoelektryczną, półprzewodniki i ich wrażliwą ceramikę itp.; Ceramika konstrukcyjna opiera się głównie na mechanicznych i konstrukcyjnych zastosowaniach materiałów, charakteryzujących się wysoką wytrzymałością, wysoką twardością, odpornością na wysoką temperaturę, odpornością na korozję i odpornością na utlenianie itp.

1.1 Ceramika strukturalna : Najbardziej obiecujące materiały wysokiej jakości do zastosowań w ekstremalnych warunkach

Ceramika konstrukcyjna, ze względu na swoje doskonałe właściwości mechaniczne i termiczne, stała się ważną gałęzią materiałów ceramicznych, stanowiącą około 30% całego rynku ceramiki. W ciągu ostatnich dwudziestu lat duże projekty krajowe i najnowocześniejsze technologie również postawiły wyższe wymagania i wyzwania w stosunku do materiałów ceramicznych i technologii ich przygotowania: na przykład łożyska ceramiczne z azotku krzemu stosowane w turbopompach ciekłego wodoru i ciekłego tlenu do startów rakiet w przemyśle lotniczym pracują z dużymi prędkościami bez poślizgu w warunkach skrajnie niskich temperatur, co wymaga dużej wytrzymałości, dobrych właściwości początkowych, odporności na zużycie i dużej dokładności obróbki powierzchni; wielkogabarytowe ceramiczne pierścienie uszczelniające stosowane w głównych pompach elektrowni jądrowych wymagają długiej żywotności i wysokiej niezawodności, zwłaszcza odbłyśniki ceramiczne z węglika krzemu stosowane w satelitarnym monitorowaniu celów naziemnych do obrazowania, oprócz wysokiego modułu sprężystości, niskiego współczynnika rozszerzalności cieplnej i lekkości, wymagają również wysoce precyzyjnych powierzchni ultralustrzanych i dużych rozmiarów, co stanowi wyzwanie dla technologii formowania, technologii spiekania i technologii przetwarzania wielkogabarytowej ceramiki konstrukcyjnej. Natomiast ceramiczne wtyki złączy światłowodowych z wewnętrznym otworem o średnicy 125 mikrometrów wymagają wyjątkowo dużej gładkości powierzchni, dokładności wymiarowej i koncentryczności.
Pod względem właściwości mechanicznych, wysoka temperatura topnienia i szeroki zakres temperatur stosowania położyły podwaliny pod zastosowanie materiałów ceramicznych w dziedzinie konstrukcji. Materiały organiczne są głównie łączone wiązaniami molekularnymi, podczas gdy materiały metalowe są łączone głównie wiązaniami metalicznymi. Materiały ceramiczne są łączone głównie wiązaniami jonowymi i kowalencyjnymi, dlatego temperatura topnienia materiałów ceramicznych jest najwyższa. Jednocześnie długoterminowa temperatura pracy materiałów ceramicznych pod obciążeniem jest również stabilna i wynosi powyżej 1000 ℃. W porównaniu z materiałami metalowymi, najwyższa aktualna temperatura pracy to stopów wysokotemperaturowych, która wynosi poniżej 1200 ℃. Pod obciążeniem temperatura pracy przekracza 1000 ℃.

Ponadto wysoka wytrzymałość i odporność na zużycie materiałów ceramicznych sprawia, że ​​wyróżniają się one w doborze materiałów w dziedzinie konstrukcji. W porównaniu z materiałami organicznymi i metalowymi, przy tej samej gęstości, określonej sztywności i warunkach kosztowych, materiały ceramiczne mają najwyższą wytrzymałość. To decyduje o tym, że materiały ceramiczne można lepiej zastosować w bardziej wymagających środowiskach. Co więcej, według instytutu badawczego metalurgii proszków Central South University, odporność materiałów ceramicznych na zużycie jest 266 razy większa niż w przypadku stali manganowej i 171,5 razy większa w przypadku żeliwa o wysokiej zawartości chromu.

Pod względem właściwości termicznych, doskonała przewodność cieplna, właściwości rozszerzalności cieplnej i odporność na szok termiczny materiałów ceramicznych, dają im niezastąpioną pozycję w wielu obszarach zastosowań w porównaniu z innymi materiałami, takimi jak metale. W porównaniu do materiałów organicznych, materiały ceramiczne i metalowe mają lepszą przewodność cieplną. Jednakże w warunkach wysokiej temperatury współczynnik rozszerzalności cieplnej i odporność na pękanie naprężeniowe materiałów ceramicznych są niższe niż materiałów metalowych, co oznacza, że ​​materiały ceramiczne mogą wytrzymać większe szoki termiczne w wysokich temperaturach i są najlepszymi materiałami w ekstremalnych środowiskach.

Główną wadą konstrukcyjnych materiałów ceramicznych jest ich kruchość. Obecnie badania i rozwój konstrukcyjnych materiałów ceramicznych przesunęły się z wcześniejszego skupienia się na właściwościach jednofazowych i wysokiej czystości na kierunek kompozytów wielofazowych, w tym kompozytów z osnową ceramiczną wzmocnionych włóknami (lub wąsami), samowzmacniających się materiałów ceramicznych i ceramiki nanokompozytowej itp., co znacznie poprawiło wydajność konstrukcyjnych materiałów ceramicznych.

1.1.1 Ceramika tlenkowa ​​

Wiązania atomowe materiałów tlenkowych to głównie wiązania jonowe, z obecnością niektórych wiązań kowalencyjnych. Dlatego posiadają wiele doskonałych właściwości. Większość tlenków ma wysoką temperaturę topnienia, dobre właściwości izolacji elektrycznej, szczególnie doskonałą stabilność chemiczną i odporność na utlenianie. Znalazły szerokie zastosowanie w inżynierii. Ze względu na skład można je podzielić na ceramikę jednotlenkową (taką jak tlenek glinu, tlenek berylu, ceramikę z dwutlenku tytanu itp.) i kompozytową ceramikę tlenkową (taką jak spinel MgO·Al2O3, mulit 3Al2O3·2SiO2, ceramika PZT z tytanianem cyrkonu ołowiu itp.).

Ceramika z tlenku glinu : Najwcześniej rozwinięta i najszerzej stosowana ceramika strukturalna

Jeśli chodzi o przygotowanie ceramiki z tlenku glinu, obecnie dostępne na rynku metody obejmują proces Bayera, proces chemiczny, metodę spiekania korundu płytkowego i metodę korundu elektrooporowego. Wśród nich najszerzej stosowany jest proces Bayera. W procesie Bayera można wytworzyć proszek tlenku glinu klasy metalurgicznej i przemysłowej o czystości 99,5%, ale zawiera on głównie zanieczyszczenia, takie jak tlenek sodu. Później pojawił się proces chemiczny, w wyniku którego można wytworzyć drobny proszek tlenku glinu o wysokiej czystości o czystości 99,99%, powszechnie klasyfikowany jako tlenek glinu o wysokiej czystości lub 4N tlenek glinu. Ponadto, w zależności od technik produkcji i pożądanych właściwości, ceramikę z tlenku glinu można podzielić na różne formy produktów, takie jak płyty o wysokiej odporności na zużycie, precyzyjne elementy ceramiczne i przezroczysta ceramika z tlenku glinu, w tym podłoża, izolatory, części zużywające się i bioceramika.

W obszarze zastosowań ceramikę z tlenku glinu można obecnie stosować w obszarach mechanicznych do produkcji elementów odpornych na zużycie, takich jak uszczelki i dysze, w energetyce do produkcji odpornych na wysokie temperatury elementów izolacyjnych oraz w dziedzinie półprzewodników do podłoży ceramicznych itp. Ponadto są one szeroko stosowane w implantach biomedycznych, narzędziach skrawających, odpornych na zużycie wykładzinach i częściach izolacyjnych pod wysokim napięciem, co potwierdza ich wszechstronność w wielu gałęziach przemysłu zaawansowanych technologii.

Ceramika cyrkonowa : Zwiększenie wytrzymałości wysokowydajnej ceramiki strukturalnej jest kluczem do jej produkcji . ​

Tradycyjne zastosowania tlenku cyrkonu obejmują głównie wykorzystanie go jako surowca do materiałów ogniotrwałych, powłok i glazury itp. Jednakże dzięki głębszemu zrozumieniu właściwości termodynamicznych i elektrycznych ceramiki cyrkonowej stało się możliwe jej szerokie zastosowanie jako wysokowydajna ceramika konstrukcyjna, taka jak łożyska, zawory i ostrza nacięć, a także stałe materiały dielektryczne, takie jak czujniki tlenu i elektrolity do ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC). Zwłaszcza dzięki dogłębnym badaniom procesu przemiany fazowej tlenku cyrkonu w latach 70. XX wieku pojawiły się ceramiczne materiały do ​​ulepszania cieplnego na bazie tlenku cyrkonu, które znacznie poprawiły właściwości mechaniczne materiałów ceramicznych na bazie tlenku cyrkonu, prowadząc do powstania tlenku cyrkonu stabilizowanego tlenkiem itru (YSZ), tlenku cyrkonu stabilizowanego magnezją (MSZ) i tlenku cyrkonu częściowo stabilizowanego (PSZ), szczególnie w zakresie udarności w wysokiej temperaturze pokojowej, zajmującej pierwsze miejsce wśród materiałów ceramicznych.

Po stronie przygotowania głównym celem jest hartowanie, a najpopularniejszą metodą jest dodanie stabilizatorów, takich jak itr (Y₂O₃), tlenek magnezu (MgO) lub tlenek ceru (CeO₂). Cyrkon w całości pochodzi z piasku cyrkonowego i rudy baddeleyitu. Piasek cyrkonowy składa się głównie z krzemianu cyrkonu (ZrO₂·SiO₂), podczas gdy w rudzie baddeleyitu dominuje ZrO₂ z niewielkimi zanieczyszczeniami, takimi jak SiO₂ i TiO₂.

W przeszłości tlenek cyrkonu był produkowany wyłącznie przy użyciu tych dwóch naturalnych minerałów jako surowców. Jednakże łatwo spiekalne mikroproszki tlenku cyrkonu stosowane w ceramice konstrukcyjnej są wytwarzane z soli cyrkonu, które same są wytwarzane z wyżej wymienionych naturalnych minerałów.

Cyrkon występuje w trzech postaciach krystalicznych: sześciennej (c), tetragonalnej (t) i jednoskośnej (m). Analiza termodynamiczna pokazuje, że czysty jednoskośny tlenek cyrkonu jest stabilny poniżej 1170 ℃; powyżej tej temperatury przechodzi w fazę tetragonalną. Gdy temperatura osiągnie 2370 ℃, ulega dalszemu przekształceniu w fazę sześcienną, która pozostaje stabilna aż do stopienia w temperaturze 2680–2700 ℃. Ten proces przejścia fazowego jest odwracalny i ma kluczowe znaczenie dla mechanizmu hartowania transformacyjnego w zaawansowanej ceramice cyrkonowej, takiej jak Y-TZP (polikryształ cyrkonu itrowo-tetragonalnego).

Podczas chłodzenia z wysokich temperatur do punktu przejścia tetragonalnego w jednoskośny, zachodzi histereza przemiany fazowej: faza tetragonalna (faza t) nie przechodzi w fazę jednoskośną (faza m) aż do około 1050 ℃ - około 100 ℃ niższej niż teoretyczna temperatura przejścia. Proces ten nazywany jest przemianą martenzytyczną, której towarzyszy zwiększenie objętości o 5–9%. Taka zmiana objętości przekracza granicę sprężystości ziaren ZrO₂, co prowadzi do pękania materiału.

Dlatego z punktu widzenia termodynamiki i transformacji fazy krystalicznej przygotowanie czystych materiałów ZrO₂ jest prawie niemożliwe. Aby uniknąć tego przejścia fazowego, tlenki dwuwartościowe (CaO, MgO, SrO) i tlenki metali ziem rzadkich (Y₂O₃, CeO₂) można zastosować jako stabilizatory w celu utworzenia stałego roztworu z ZrO₂, uzyskując stabilną sześcienną strukturę kryształów. Należy zauważyć, że te tlenki stabilizatorów mogą wywierać działanie stabilizujące tylko wtedy, gdy promień ich jonów metali różni się od promienia Zr⁴⁺ o mniej niż 40%.

W obszarze zastosowań ceramika tlenku cyrkonu (zwłaszcza typu wzmocnionego, takiego jak tlenek cyrkonu wzmocniony transformacją i tlenek cyrkonu stabilizowany itrem YSZ) jest szeroko stosowana w różnych dziedzinach przemysłu i techniki ze względu na ich doskonałe właściwości. Co najważniejsze, dzięki swoim znakomitym właściwościom mechanicznym i odporności na wysoką temperaturę, znajduje zastosowanie jako materiał konstrukcyjny w budowie maszyn (jako narzędzia ceramiczne, narzędzia pomiarowe, łożyska, formy, uszczelnienia itp.), przemyśle metalurgicznym (tygle, materiały ogniotrwałe, dysze do ciągłego odlewania, podpory ściskające, rolki prowadzące itp.), przemyśle wojskowym (warstwy izolacyjne rakiet, kuloodporne płyty pancerne), przemyśle chemicznym, przemyśle tekstylnym, bioinżynierii, w tym koronach dentystycznych, implantach ortopedycznych i stawach biodrowych piłki i życie codzienne itp.

Ceramika z tlenku magnezu : kluczowy materiał we współczesnym przemyśle metalurgicznym

Ceramika z tlenku magnezu jest typowym rodzajem nowej ceramiki i również należy do tradycyjnych materiałów ogniotrwałych. Sam tlenek magnezu ma dużą odporność na erozję roztworów metali alkalicznych. Przygotowane tygle ceramiczne z tlenku magnezu, w tym tygle MgO o wysokiej czystości i tygle ze stopionego magnezu, charakteryzują się doskonałymi właściwościami chemicznymi i stabilnością w przeciwdziałaniu erozji metali i nie reagują z magnezem, niklem, uranem, aluminium, molibdenem itp. W atmosferze utleniającej lub zabezpieczeniu azotem ceramika z tlenku magnezu, taka jak wykładziny pieców, rury termopar i podłoża izolacyjne, może pracować stabilnie do 2400 ℃. Dlatego tlenek magnezu jest kluczowym materiałem w zaawansowanych procesach współczesnego przemysłu metalurgicznego.

Jeśli chodzi o przygotowanie, surowce pochodzą z minerałów lub wody morskiej. Podczas procesu spiekania należy dodać dodatki w celu dostosowania właściwości. Związki zawierające magnez występują powszechnie w przyrodzie i występują w różnych formach mineralnych w skorupie ziemskiej i oceanie, takich jak magnezyt, dolomit, willemit i talk. Na skalę przemysłową MgO, powszechnie występujący w postaci całkowicie wypalonego tlenku magnezu lub stopionego, ekstrahuje się głównie z powyższych minerałów. Ostatnio opracowano również ekstrakcję z wody morskiej w celu uzyskania tlenku magnezu z wody morskiej. Podczas ekstrakcji MgO z minerałów lub wody morskiej większość procesu polega najpierw na przygotowaniu wodorotlenku magnezu lub węglanu magnezu, a następnie poprzez kalcynację rozkłada się na MgO, otrzymując kalcynowany tlenek magnezu. Ten MgO można dalej przetwarzać poprzez obróbkę chemiczną lub obróbkę cieplną w celu uzyskania MgO o wysokiej czystości, odpowiedniego dla zaawansowanych gatunków ceramiki. Po przetworzeniu surowców MgO składniki miesza się według składu. Aby ułatwić spiekanie i sprawić, że ziarna nieco wzrosną, a także aby zmniejszyć tendencję do hydratacji podczas przygotowania, można dodać pewne dodatki, takie jak TiO2, Al2O3, V2O3 itp. Jeśli wymagana jest ceramika MgO o wysokiej czystości, taka jak przezroczysta ceramika MgO lub izolatory elektryczne o dużej gęstości, nie można zastosować metody sprzyjającej spiekaniu i wzrostowi ziaren poprzez dodanie dodatków. Zamiast tego przyjmuje się metodę spiekania aktywacyjnego, czyli kalcynowanie Mg(OH)2 w odpowiedniej temperaturze w celu uzyskania aktywnego MgO z wieloma defektami sieciowymi, który wykorzystywany jest do produkcji spiekanej ceramiki tlenkowej magnezu, w tym tygli, rur i podłoży do specjalistycznych zastosowań.
W obszarze zastosowań teoretyczna temperatura robocza ceramiki z tlenku magnezu, w tym produktów z tlenku magnezu spiekanego i topionego, może sięgać do 2200 ℃ i można je stosować w sposób ciągły w zakresie od 1600 ℃ do 1800 ℃. Ich stabilność w wysokich temperaturach i odporność na korozję są lepsze niż w przypadku ceramiki z tlenku glinu. Ponadto nie reagują z Fe, Ni, U, Th, Zn, Al, Mo, Mg, Cu, Pt itp. W związku z tym zakres ich zastosowania może obejmować: tygle lub inne materiały ogniotrwałe, takie jak cegły okładzinowe i dysze odlewnicze w przemyśle metalurgicznym w warunkach korozyjnych, np. przy produkcji stali i szkła. Ceramikę z tlenku magnezu można stosować jako tygle do wytapiania metali, a także nadają się do wytapiania uranu i toru o wysokiej czystości w przemyśle energii atomowej; można je również stosować jako tuleje ochronne do termopar. Wykorzystując swoją właściwość przepuszczania fal elektromagnetycznych, może być stosowany jako kopuły radarów i materiały na okna projekcyjne promieniowania podczerwonego, a także tygle do wytapiania metali, stopów, takich jak stopy niklu, metale radioaktywne, stopy uranu i toru, żelaza i jego stopów itp. Może być również stosowany jako surowiec do materiałów piezoelektrycznych i nadprzewodzących, jest wolny od zanieczyszczeń, odporny na korozję ołowiu itp. Może być również stosowany jako materiał ceramiczny nośnik spiekania, taki jak płyty osadzające i meble pieca, szczególnie w przypadku wyrobów ceramicznych zawierających substancje żrące i lotne w wysokich temperaturach, takie jak β-Al2O3.

Ceramika z tlenku berylu : Ceramika tlenkowa o najwyższej przewodności cieplnej , ale toksyczność proszku ogranicza jej zastosowanie . ​

BeO jest jedyną sześciokątną strukturą wurcytu wśród tlenków metali ziem alkalicznych. Ze względu na strukturę wurcytu i silne wiązanie kowalencyjne BeO, a także jego stosunkowo niską masę cząsteczkową, BeO ma wyjątkowo wysoką przewodność cieplną, około 10 razy większą niż tlenek glinu. Jego przewodność cieplna w temperaturze pokojowej może osiągnąć 250 W/(m·K), porównywalną z przewodnością metali, a jego właściwości elektryczne, odporność na ciepło, odporność na szok termiczny i stabilność chemiczna są doskonałe w wysokich temperaturach i wysokich częstotliwościach, co czyni go odpowiednim do wysokowydajnych radiatorów i materiałów na okna mikrofalowe. Jednak fatalną wadą ceramiki BeO powszechnie nazywanej ceramiką berylową jest jej wyjątkowo wysoka toksyczność. Długotrwałe wdychanie pyłu BeO może spowodować zatrucie, a nawet zagrożenie życia, a także spowoduje zanieczyszczenie środowiska, co w ogromnym stopniu wpływa na produkcję i zastosowanie podłoży i komponentów ceramicznych BeO, takich jak obudowy lamp laserowych i pakiety tranzystorów RF.

W obszarze zastosowań ceramika z tlenku berylu, taka jak rozpraszacze ciepła BeO i hermetyczne pakiety uszczelniające, charakteryzuje się wysoką przewodnością cieplną, wysoką ogniotrwałością, doskonałymi właściwościami jądrowymi i doskonałymi właściwościami elektrycznymi. Dlatego można je stosować w zaawansowanych materiałach ogniotrwałych oraz jako powielacze neutronów w reaktorach termojądrowych, reaktorach energii atomowej oraz różnych urządzeniach elektronicznych dużej mocy i układach scalonych, w tym w systemach radarowych i modułach komunikacji satelitarnej itp. Nie można jednak ignorować toksyczności tlenku berylu. Ponieważ kraje na całym świecie przywiązują coraz większą wagę do ochrony środowiska, zastosowanie ceramiki z tlenku berylu, pomimo jej niezastąpionej roli w niektórych wojskowych i lotniczych systemach zarządzania ciepłem, może w przyszłości podlegać pewnym ograniczeniom i wpływom.

Mulit: ogólne określenie minerałów składających się z krzemianu glinu .

Mulit to wysokiej jakości materiał ogniotrwały. Ten rodzaj minerału jest stosunkowo rzadki. Mulit to minerał powstający w wyniku reakcji krzemianu glinu w wysokich temperaturach. Podczas sztucznego podgrzewania krzemianu glinu powstaje mulit. Naturalny kryształ mulitu jest smukły i przypomina igłę i ma promieniującą formę skupiska. Ruda mulitu służy do produkcji wysokotemperaturowych materiałów ogniotrwałych. Jest często stosowana jako powłoka stanowiąca barierę termiczną w materiałach kompozytowych C/C i ma szerokie zastosowanie. Mullit jest stabilnym binarnym roztworem stałym w układzie pierwiastkowym AI2O3-SiO2 pod normalnym ciśnieniem. Naturalny mulit o wzorze chemicznym AI2O3-SiO2 jest bardzo rzadki i zwykle syntetyzowany jest metodami takimi jak spiekanie lub elektrofuzja.

Mulit stosowany w zastosowaniach przemysłowych na dużą skalę w wysokich temperaturach dzieli się na dwa główne typy w zależności od metody przygotowania: mulit stapiany elektrycznie, powszechnie stosowany w cegłach ogniotrwałych i monolitycznych betonach oraz mulit spiekany. Mulit to wysokiej jakości materiał ogniotrwały. Po raz pierwszy odkryto go na wyspie Mull w Szkocji i od tego miejsca nazwano go. Aluminiowe i krzemowe składniki mulitu tworzą szereg i mogą istnieć stabilnie w normalnej temperaturze i ciśnieniu. Naturalny mulit jest stosunkowo rzadki i zwykle wytwarza się go poprzez obróbkę cieplną związków glinu i krzemu w celu wytworzenia modyfikowanych agregatów i ziaren mulitu. Syntezę mulitu można podzielić na syntezę w fazie stałej (w tym tradycyjny proces zol-żel (SSG), syntezę w fazie ciekłej i syntezę w fazie gazowej. Mulit syntetyzowany metodami w fazie stałej i fazie ciekłej można sklasyfikować jako mulit spiekany zwykle stosowany w meblach piecowych i filtrach ceramicznych oraz mulit topiony w zależności od temperatury ogrzewania i składu aluminium i krzemu. Spiekany mulit oznacza ogrzewanie surowców zsyntetyzowanego mulitu do temperatury, która generuje niewielką ilość fazy ciekłej, sprzyjając spiekaniu bez wpływu na spiekanie w fazie stałej, a następnie utrzymywanie w temperaturze umożliwiającej mulitowi krystalizację i wzrost, tworząc pożądaną morfologię i strukturę mulitu. Stopiony mulit powstaje natomiast w wyniku ogrzewania mieszaniny tlenku glinu i krzemionki powyżej temperatury topnienia mulitu i krystalizacji podczas procesu chłodzenia w celu wytworzenia stopionych ziaren mulitu o wysokiej czystości do zaawansowanych zastosowań materiałów ogniotrwałych. Metoda zolowo-żelowa do wytwarzania mulitu jest również znana jako mulit chemiczny, który jest mulitem otrzymywanym w wyniku reakcji chemicznych, rozkładu termicznego i tworzenia mulitu, w wyniku czego powstają drobne proszki mulitu do ceramiki technicznej i powłok. Wydajność mulitu przygotowanego tą metodą w dużym stopniu zależy od czystości, jednorodności, temperatury krystalizacji i gęstości związku.

W dziedzinie zastosowań nowe materiały ogniotrwałe wykonane z mulitu są obecnie szeroko stosowane w urządzeniach wysokotemperaturowych, takich jak piece muflowe, piece do kalcynacji, kotły i piece obrotowe. Zastosowanie mulitu do produkcji sprzętu wysokotemperaturowego zapewnia nie tylko odporność na wysoką temperaturę, ale także długą żywotność i odporność na korozję. Mulit w połączeniu z innymi materiałami wysokiej jakości może uzupełniać się nawzajem i tworzyć materiały ogniotrwałe o lepszych parametrach. Na przykład, stosując komponenty ceramicznego pieca z kompozytu korundowo-mulitowego, uzyskany materiał ma zalety małego współczynnika rozszerzalności cieplnej, doskonałej odporności na szok termiczny, wysokiej ogniotrwałości i dobrej stabilności w wysokich temperaturach. Ponadto zastosowanie mulitu w dziedzinie parametrów elektrycznych pokazuje, że jest on doskonały jako materiał bazowy. Ma bardzo niską stałą dielektryczną i może wytrzymać duże gęstości obwodów. Ceramika mulitowa i kompozyty szklano-ceramiczne na bazie mulitu są stosowane jako doskonałe materiały funkcjonalne do wysokowydajnych układów scalonych.

1.1.2 Ceramika azotowa ​​

Ceramika azotkowa to ceramika powstająca w wyniku połączenia azotu z metalami lub pierwiastkami niemetalicznymi. Są rodzajem ważnych materiałów konstrukcyjnych i funkcjonalnych.

Ceramika azotkowa posiada doskonałe właściwości mechaniczne, chemiczne, elektryczne, termiczne i fizyczne w wysokiej temperaturze. Mają szerokie zastosowanie w takich gałęziach przemysłu jak metalurgia, lotnictwo, inżynieria chemiczna, ceramika, elektronika, maszyny i półprzewodniki. Jednak wiele azotków składających się z azotu i pierwiastków metalicznych jest niestabilnych w wysokich temperaturach i podatnych na utlenianie, dlatego nie mogą swobodnie występować w przyrodzie i można je jedynie sztucznie syntetyzować. Obecnie główne metody syntezy azotków obejmują typy wiązań kowalencyjnych, takie jak azotek boru, azotek glinu i azotek krzemu.

Ceramika z azotku glinu : Idealny materiał konstrukcyjny na podłoża obwodów i opakowania w przemyśle mikroelektroniki

Azotek glinu (AlN), jako nowy rodzaj materiału ceramicznego, stał się w ostatnich latach jednym z gorących punktów badawczych w dziedzinie nowych materiałów. Chociaż proszek AlN był syntetyzowany i wytwarzany już ponad sto lat temu, ze względu na nieodłączną trudność w spiekaniu, w kolejnych dziesięcioleciach nie prowadzono zbyt wielu badań nad AlN. W latach pięćdziesiątych XX wieku po raz pierwszy wyprodukowano ceramikę AlN, taką jak podstawowe tygle i proste komponenty, ale w tamtym czasie ich wytrzymałość była bardzo niska, co ograniczało ich zastosowanie przemysłowe. W latach 70. XX wieku przygotowano ceramikę aluminiową z gęstym azotkiem, obejmującą podłoża przewodzące ciepło i pakiety ceramiczne, i ujawniono szereg doskonałych właściwości, takich jak doskonała przewodność cieplna, niezawodna izolacja elektryczna, odporność na wysokie temperatury, odporność na korozję, niska stała dielektryczna i dopasowany współczynnik rozszerzalności cieplnej do krzemu. Zwłaszcza w ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem technologii mikroelektroniki, urządzenia elektroniczne stają się coraz bardziej wielofunkcyjne, zminiaturyzowane i wysoce zintegrowane, urządzenia elektroniczne dużej mocy generują podczas pracy dużą ilość ciepła. Aby uniknąć awarii urządzeń elektronicznych na skutek przegrzania, do odprowadzania ciepła potrzebne jest podłoże, takie jak podłoża z miedzi wiązanej bezpośrednio (DBC) i grubowarstwowe obwody ceramiczne o wysokiej przewodności cieplnej. AlN ma doskonałą przewodność cieplną i jest idealnym materiałem do nowej generacji podłoży, w szczególności podłoży LED o dużej mocy, pakietów RF/mikrofalowych i komponentów sprzętu do przetwarzania półprzewodników, takich jak uchwyty elektrostatyczne i płyty grzejne. Doskonała odporność na korozję w wysokich temperaturach, stabilność w wysokich temperaturach, wysoka wytrzymałość i twardość sprawiają, że ma on ogromny potencjał zastosowania w wysokotemperaturowych materiałach konstrukcyjnych, w tym rurach ochronnych, wymiennikach ciepła i komponentach systemów lotniczych.

Azotek glinu, jako związek kowalencyjny, jest trudny do spiekania w fazie stałej. Zwykle przyjmuje się metodę spiekania w fazie ciekłej, to znaczy do sproszkowanego surowca azotku glinu dodaje się środki ułatwiające spiekanie zdolne do wytworzenia fazy ciekłej, a rozpuszczenie generuje fazę ciekłą, aby ułatwić spiekanie.

Jako materiał sztucznie syntetyzowany, proces przygotowania ceramiki z azotku glinu zwykle obejmuje najpierw syntezę proszku azotku glinu, a następnie spiekanie otrzymanego proszku w celu wytworzenia ceramiki. Ze względu na wysoki składnik kowalencyjny wiązania aluminium-azot (Al-N) w azotku glinu, temperatura topnienia azotku glinu jest wysoka, współczynnik samodyfuzji jest mały, a aktywność spiekania jest niska. Jest to zatem materiał ceramiczny trudny do spiekania. Według redaktora China Powder Network, gdy czystość proszku azotku glinu jest wysoka, bardzo trudno jest osiągnąć całkowite zagęszczenie poprzez spiekanie, a w ziarnach ceramicznych lub na granicach ziaren występują pory, co znacznie ogranicza praktyczne zastosowanie ceramiki z azotku glinu. Wprowadzenie odpowiednich środków spiekających może z jednej strony reagować z Al2O3 powstającym na powierzchni AlN, tworząc drugą fazę o niższej temperaturze topnienia, dzięki działaniu napięcia powierzchniowego fazy ciekłej, sprzyjając przegrupowaniu ziaren AlN i przyspieszając proces zagęszczania spiekanej bryły. Natomiast utworzona druga faza po ochłodzeniu wytrąca się i skrapla na granicach ziaren, ograniczając możliwość przedostawania się tlenu do sieci w wysokich temperaturach, a także odgrywając rolę w oczyszczaniu sieci i poprawie przewodności cieplnej. Obecnie powszechnie stosowanymi środkami wspomagającymi spiekanie są głównie tlenki i fluorki. Tlenki obejmują głównie Y2O3, Sm2O3, La2O3, Dy2O3 i CaO; podczas gdy fluorki obejmują CaF2, YF3 itp. Wśród nich Y2O3 ma silną zdolność usuwania tlenu, dobrą stabilność i doskonałe kompleksowe działanie, stając się najczęściej stosowanym środkiem wspomagającym spiekanie; podczas gdy CaO, ze względu na niższą temperaturę tworzenia fazy ciekłej, odgrywa bardziej oczywistą rolę w spiekaniu w niskiej temperaturze.

Pod względem zastosowania ceramika z azotku glinu ma stosunkowo wysoką wytrzymałość w temperaturze pokojowej i niełatwo ulega zmianom temperatury. Ma również stosunkowo wysoką przewodność cieplną i stosunkowo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej. Jest to doskonały materiał żaroodporny i materiał wymieniający ciepło. Jako materiał do wymiany ciepła przewiduje się jego zastosowanie w wymiennikach ciepła turbin gazowych. Ponadto ceramika z azotku glinu jest materiałem odpornym na wysoką temperaturę. Jego przewodność cieplna jest wysoka, ponad 5 razy wyższa niż w przypadku ceramiki z tlenku glinu, a współczynnik rozszerzalności jest niski, porównywalny z krzemem. Podłoże wyprodukowane przy użyciu ceramiki z azotku glinu jako głównego surowca do produkcji podłoży z miedzi wiązanej bezpośrednio (DBC) i grubowarstwowych obwodów ceramicznych ma doskonałe właściwości, takie jak wysoka przewodność cieplna, niski współczynnik rozszerzalności, wysoka wytrzymałość, odporność na korozję, doskonałe parametry elektryczne i dobra przepuszczalność światła. Jest to idealne podłoże do rozpraszania ciepła i materiał opakowaniowy na dużą skalę w układzie scalonym. Wraz z ciągłym unowocześnianiem technologii elektronicznego przemysłu informacyjnego, trendem stała się miniaturyzacja i funkcjonalna integracja podłoży PCB. Wymagania rynku dotyczące wydajności rozpraszania ciepła i odporności na wysoką temperaturę podłoży odprowadzających ciepło i materiałów opakowaniowych stale rosną. Wydajność stosunkowo zwykłych materiałów podłoża jest trudna do spełnienia wymagań rynku. Rozwój podłoży ceramicznych z azotku glinu, w tym podłoży samochodowych modułów zasilania i komponentów do sprzętu do produkcji półprzewodników, otworzył szansę.

Ceramika z azotku krzemu : Jeden z najlepszych materiałów pod względem wszechstronnych właściwości wśród zaawansowanej ceramiki

Wraz z rozwojem współczesnej nauki i technologii wymagania stawiane materiałom konstrukcyjnym w takich dziedzinach jak lotnictwo i energia kosmiczna stają się coraz wyższe. Niezwykle ważny stał się rozwój i badania materiałów konstrukcyjnych o doskonałych właściwościach, takich jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na korozję, odporność na tarcie, wysoka wytrzymałość, wysoka twardość i wszechstronne właściwości mechaniczne. Ceramika Si3N4, zwłaszcza spiekany azotek krzemu (SSN) i azotek krzemu związany w reakcji (RBSN), to jeden z materiałów o najlepszych wszechstronnych parametrach wśród zaawansowanej ceramiki. Jego właściwości elektryczne, termiczne i mechaniczne są bardzo doskonałe. Można go stosować do 1400℃ w atmosferze utleniającej i do 1850℃ w atmosferze neutralnej lub redukującej. Nie tylko podkreśla zalety ogólnych materiałów ceramicznych, takie jak twardość, odporność na ciepło, odporność na zużycie i odporność na korozję, ale ma również zalety, takie jak dobra odporność na szok termiczny, odporność na pełzanie w wysokiej temperaturze, dobre samosmarowanie, doskonała stabilność chemiczna i stosunkowo niska gęstość, niska stała dielektryczna, niska strata dielektryczna i inne doskonałe właściwości dielektryczne.

Masa cząsteczkowa azotku krzemu wynosi 140,28. Pod względem procentu wagowego krzem stanowi 60,28%, a azot 39,94%. Elektroujemności tych dwóch pierwiastków są podobne. W krysztale azotku krzemu wiązania Si-N tworzone są głównie przez wiązania kowalencyjne (przy czym wiązania jonowe stanowią jedynie 30%), a siła wiązania jest wysoka. Azotek krzemu nie ma temperatury topnienia. Sublimuje i rozkłada się w temperaturze 1870°C pod normalnym ciśnieniem, ma wysoką prężność pary i bardzo niski współczynnik dyfuzji. Atomy Si i atomy N są połączone bardzo silnymi wiązaniami kowalencyjnymi, co zapewnia wysoką wytrzymałość, wysoką twardość, odporność na wysoką temperaturę i właściwości izolacyjne azotku krzemu, co czyni go idealnym do produktów takich jak łożyska kulkowe, narzędzia skrawające i wirniki turbosprężarek. Ze względu na silne wiązanie kowalencyjne pomiędzy atomami Si i atomami N, dyfuzja atomowa jest bardzo powolna w wysokich temperaturach, dlatego podczas procesu spiekania należy dodać dodatki takie jak tlenek itru (Y₂O₃) i tlenek glinu (Al₂O₃), które tworzą fazę ciekłą w wysokich temperaturach, aby wspomóc dyfuzję i przyspieszyć zagęszczanie spiekania.

Właściwości ceramiki azotku krzemu są ściśle związane z metodą spiekania. Właściwości mechaniczne azotku krzemu w wysokich temperaturach zależą w dużej mierze od międzykrystalicznej fazy szklanej. Aby poprawić wydajność spiekania azotku krzemu, do surowców dodaje się środki ułatwiające spiekanie. W wysokich temperaturach środki wspomagające spiekanie tworzą fazę szklaną, która po ochłodzeniu pozostaje na granicach ziaren. Zatrzymanie i wykorzystanie tej wysokotemperaturowej właściwości azotku krzemu można osiągnąć jedynie poprzez obróbkę inżynieryjną granic ziaren. W przeciwnym razie mięknięcie fazy międzykrystalicznej w wysokich temperaturach spowoduje poślizg granic ziaren, co ma istotny wpływ na wytrzymałość wysokotemperaturową, pełzanie i powolną propagację pęknięć w zmęczeniu statycznym. Szybkość poślizgu granicy ziaren jest związana z właściwościami (np. lepkością) fazy szklistej, jej ilością i rozkładem.

W obszarze zastosowań ważnym materiałem konstrukcyjnym jest ceramika Si3N4, w tym gatunki o wysokiej wydajności, takie jak prasowany na gorąco azotek krzemu (HPSN) i spiekany pod ciśnieniem gaz azotek krzemu (GPSN). Jest to niezwykle twarda substancja, która z natury jest śliska i odporna na zużycie. Oprócz kwasu fluorowodorowego nie reaguje z innymi kwasami nieorganicznymi. Ma silną odporność na korozję i jest odporny na utlenianie w wysokich temperaturach. Co więcej, jest w stanie wytrzymać szok termiczny i nie pęka nawet po podgrzaniu w powietrzu do temperatury ponad 1000°C, a następnie szybkim schłodzeniu i ponownym podgrzaniu. Ze względu na swoje doskonałe właściwości ceramika Si3N4 jest często wykorzystywana do produkcji elementów mechanicznych, takich jak łożyska, w szczególności łożyska w pełni ceramiczne i hybrydowe łożyska ceramiczne, łopatki turbin, mechaniczne pierścienie uszczelniające i formy trwałe. Wśród nich, wykorzystując niewielką wagę i wysoką sztywność Si3N4, można go stosować do produkcji łożysk kulkowych, które mają większą precyzję niż łożyska metalowe, wytwarzają mniej ciepła i mogą pracować w wyższych temperaturach i mediach korozyjnych. Dysze parowe wykonane z Si3N4, takie jak dysze wtryskiwaczy i odporne na zużycie wkładki, mają właściwości odporne na zużycie i ciepło. Po kilkumiesięcznej pracy w kotle o temperaturze 650°C nie wykazują żadnych widocznych uszkodzeń, podczas gdy inne dysze ze stali stopowej żaroodpornej i odpornej na korozję mogą być używane jedynie przez 1-2 miesiące w tych samych warunkach.

Ceramika z azotku boru : miękka ceramika wśród materiałów ceramicznych , o doskonałych właściwościach obróbki mechanicznej

Azotek boru został wynaleziony ponad 100 lat temu. Jego najwcześniejszym zastosowaniem był sześciokątny azotek boru [w skrócie h-BN, a-BN lub g-BN (tj. azotek boru typu grafitowego)], który był stosowany jako smar wysokotemperaturowy i jako środek antyadhezyjny do odlewania metali nieżelaznych. h-BN ma nie tylko podobną strukturę do grafitu, ale ma również podobne właściwości, a do tego jest naturalnie biały, dlatego powszechnie nazywany jest białym grafitem. Ceramikę z azotku boru (BN) odkryto jako związek już w 1842 r. Za granicą przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad materiałami BN po II wojnie światowej i opracowano je dopiero po rozwiązaniu metody termicznego prasowania BN w 1955 r. W 1957 r. badaczowi udało się opracować ziarna ścierne CBN z sześciennego azotku boru, a w 1969 r. pewna firma sprzedała je pod marką Borazon. W 1973 roku Stany Zjednoczone ogłosiły produkcję narzędzi skrawających CBN. W 1975 roku Japonia wprowadziła technologię ze Stanów Zjednoczonych i wyprodukowała także narzędzia skrawające z CBN. W 1979 roku Sokołowski z sukcesem zastosował technologię plazmy pulsacyjnej do przygotowania folii c-BN w niskiej temperaturze i pod niskim ciśnieniem. Pod koniec lat 90. XX wieku do przygotowania folii c-BN można było zastosować różne metody fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) i chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Ma doskonałą odporność termiczną, stabilność termiczną, przewodność cieplną i wytrzymałość dielektryczną w wysokiej temperaturze, co czyni go idealnym materiałem rozpraszającym ciepło w postaci przekładek termicznych i podłoży elektrycznie izolujących oraz materiału izolującego w wysokiej temperaturze. Azotek boru ma dobrą stabilność chemiczną i jest odporny na erozję większości stopionych metali. Ma również dobre właściwości samosmarujące. Twardość wyrobów z azotku boru, takich jak elementy BN prasowane na gorąco i powłoki pirolityczne BN, jest niska, co pozwala na obróbkę mechaniczną z dokładnością do 1/100 mm.

Na etapie przygotowania związków o wiązaniu kowalencyjnym powszechną metodą jest dodanie środków ułatwiających spiekanie. Powszechnie stosowane dodatki do spiekania BN obejmują B2O3, Si3N4, ZrO2, SiO2, BaCO3 itp. Obecnie istnieje wiele metod wytwarzania proszku azotku boru. W oparciu o zasady można je z grubsza podzielić na dwie kategorie: jedna to metoda syntezy, która obejmuje głównie metodę syntezy w wysokiej temperaturze, metodę syntezy zol-żel, metodę matrycy i metodę chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD); druga to metoda eksfoliacji, obejmująca metodę eksfoliacji ultradźwiękowej w fazie ciekłej, metodę eksfoliacji metodą trawienia laserowego, metodę mechanicznego frezowania kulowego itp. Wraz z ciągłym pogłębianiem badań nad azotkiem boru stopniowo odkrywane są właściwości niektórych nanostrukturalnych azotków boru. Z jednej strony nanoproszki charakteryzują się wysoką właściwą energią powierzchniową i wysoką aktywnością spiekania, co może skutecznie sprzyjać zagęszczaniu ceramiki h-BN; z drugiej strony użycie nanoproszków jako surowców może obniżyć temperaturę spiekania, zmniejszyć wielkość ziaren spiekanego korpusu ceramicznego, poprawić wytrzymałość ceramiki i poprawić właściwości mechaniczne ceramiki h-BN do zastosowań w wysokotemperaturowych armaturach pieców i przyrządach do obróbki półprzewodników, kładąc podwaliny pod przemysłowe zastosowanie ceramiki h-BN na dużą skalę.

W obszarze zastosowań azotek boru może być stosowany do produkcji tygli do topienia półprzewodników i pojemników wysokotemperaturowych dla metalurgii, w szczególności tygli i pierścieni przerywających z azotku boru do odlewania ciągłego, elementów półprzewodnikowych do rozpraszania ciepła i izolacji, łożysk wysokotemperaturowych, tulei termopar i form do formowania szkła itp. Powszechnie produkowany azotek boru ma strukturę grafitową i jest powszechnie znany jako biały grafit. Drugi typ jest diamentopodobny, podobny do zasady przemiany grafitu w diament. Grafitopodobny azotek boru można przekształcić w diamentopodobny azotek boru pod wpływem wysokiej temperatury (1800 ℃) i wysokiego ciśnienia (800 Mpa). W tego typu azotku boru długość wiązania BN (156 µm) jest podobna do długości wiązania diamentu (154 µm), a jego gęstość jest również podobna do gęstości diamentu. Jego twardość jest porównywalna z diamentem, a jego odporność na ciepło jest lepsza niż diamentu. Jest to nowy rodzaj supertwardego materiału odpornego na wysokie temperatury, zwłaszcza w postaci płytek skrawających i ściernic z sześciennego azotku boru (CBN), używany do produkcji wierteł, narzędzi i narzędzi skrawających.

Ceramika Sialon : miękka ceramika wśród materiałów ceramicznych , o doskonałych właściwościach obróbki mechanicznej

Sialon to związek utworzony przez połączenie pierwiastków Si, Al, O i N. W transliteracji jest to „Sialon”. Ceramika Sialon należy do szeregu związków Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2. Są rodzajem gęstej polikrystalicznej ceramiki azotkowej opracowanej na bazie ceramiki Si3N4, powstałej w wyniku częściowego zastąpienia atomów Si i N w Si3N4 atomami Al i O z Al2O3. Ceramikę Sialon odkryli Oyama i badacze z Japonii (w 1971 r.) oraz Jack i Wilson z Wielkiej Brytanii (w 1972 r.). Podczas badań nad różnymi dodatkami do ceramiki z azotku krzemu odkryli stałe roztwory w azotkach metali, a mianowicie stały roztwór Si3N4 w układzie SiO2-Al2O3, który skutecznie sprzyjał spiekaniu i tym samym doprowadził do odkrycia sialonu (ceramiki Sialon). Główne kategorie ceramiki sialonowej obejmują β'-sialon, α'-sialon i O'-sialon, przy czym te dwa pierwsze są najpowszechniejsze.

W procesie preparacji, przygotowując ceramikę sialonową, należy wybierać proszki Si3N4 ultradrobne i wysokofazowe. Należy przyjąć odpowiednie środki procesowe w celu kontroli składu i struktury faz granicznych ziaren, tak aby uzyskać materiały o doskonałych parametrach użytkowych. Ponieważ ceramika sialonowa ma szeroki zakres roztworów stałych, skład ceramiki sialonowej można zaprojektować zgodnie z wcześniej określoną wydajnością, dostosowując stosunek składników roztworu stałego. Odpowiednio dobierając ilość dodawanych dodatków można uzyskać optymalny stosunek α-sialonu do β-sialonu i uzyskać materiał o najlepszej kombinacji wytrzymałości i twardości. Ceramikę Sialon spieka się zazwyczaj bezciśnieniowo lub metodą prasowania na gorąco. Spieka się je w atmosferze obojętnej w temperaturze 1600-1800℃ i można uzyskać spiekane bryły o zbliżonej gęstości teoretycznej. Głównymi dodatkami są MgO, Al2O3, AlN, SiO2 itp. Jednocześnie dodanie Y2O3 i Al2O3 pozwala uzyskać ceramikę sialonową o bardzo dużej wytrzymałości. Ponadto dodanie Y2O3 może obniżyć temperaturę spiekania ceramiki sialonowej. Proces produkcji ceramiki sialonowej pod normalnym ciśnieniem polega na zmieszaniu proszku Si3N4 z odpowiednią ilością proszku Al2O3 i proszku AlN, a następnie spiekaniu go w atmosferze N2 w temperaturze 1700℃. Właściwości roztworu stałego różnią się w zależności od jego składu i temperatury przetwarzania.

Po stronie aplikacji

Jako nowy rodzaj wysokotemperaturowej ceramiki konstrukcyjnej o wyjątkowych parametrach, ceramika sialonowa może pochwalić się szerokimi perspektywami zastosowania w przemyśle wojskowym, przemyśle lotniczym, przemyśle maszynowym, przemyśle elektronicznym i innych dziedzinach.

Ceramika Sialon charakteryzuje się wysoką twardością i doskonałą odpornością na zużycie i została przyjęta w przemyśle maszynowym do produkcji łożysk, uszczelek, tulei spawanych, sworzni pozycjonujących i elementów odpornych na zużycie. Można je również stosować jako rozdzielacze przepływu do odlewania ciągłego, rury osłonowe termopar, hodowle kryształów, tygle, wykładziny dolnej części wielkich pieców, trzpienie ciągnące do rur ze stopów miedzi i aluminium, a także materiały matrycowe do procesów walcowania, wytłaczania i odlewania ciśnieniowego.

Ponadto ceramika sialonowa ma zastosowanie do wytwarzania narzędzi skrawających – jej twardość w kolorze czerwonym przewyższa twardość węglików spiekanych WC-Co i tlenku glinu, umożliwiając obróbkę z dużymi prędkościami nawet wtedy, gdy temperatura końcówki narzędzia przekracza 1000 ℃. Można z nich również wytwarzać przezroczystą ceramikę (np. wysokoprężne lampy sodowe, okienka do wysokotemperaturowych termometrów na podczerwień) i wykorzystywać je jako bioceramikę do produkcji sztucznych stawów i innych implantów.