Historia rozwoju ceramiki trudnościeralnej
Materiał ceramiczny z tlenku glinu ma zalety wysokiej twardości, odporności na wysoką temperaturę, odporności na korozję, odporności na zużycie i innych niezrównanych zalet materiałów metalowych. Posiada szeroką gamę surowców i niskie ceny, które nie mają sobie równych w przypadku innych materiałów ceramicznych, takich jak węglik krzemu, azotek krzemu i tlenek cyrkonu. Ma bardzo atrakcyjne perspektywy zastosowań w lotnictwie, lotnictwie, częściach zużywających się silników, narzędziach i innych dziedzinach oraz jest kluczową technologią i preferowanym materiałem w lotnictwie, energetyce lotniczej, metalurgii i innych dziedzinach. Jednak wiązania chemiczne materiałów ceramicznych Al2O3 są wiązaniami jonowymi. Ma silną kierunkowość i wysoką oszczędność energii, dzięki czemu deformacja plastyczna jest trudna, łamliwa i wrażliwa na pękanie. Kruchość materiałów ceramicznych z tlenku glinu znacznie ogranicza popularyzację i zastosowanie tego materiału.
W związku z tym należy podjąć pewne środki w celu maksymalnego dopracowania mikrostruktury kryształów ceramicznych, z których najważniejszą jest jak największe rozdrobnienie ziaren, co znacznie poprawi odporność na kruche pękanie materiałów ceramicznych. Ceramika jest materiałem kruchym, którego większość pęknięć następuje na granicach ziaren. Gdy rozmiar ziarna jest mały, granice ziaren stanowią dużą część. Przy pękaniu wzdłuż granic ziaren ścieżka propagacji pęknięcia staje się kręta. Im drobniejsze ziarno, tym dłuższa droga, tym większa wymagana energia i wyższa odporność na pękanie. Ponadto początkowa wielkość ubytków (pęknięć) w spiekanej bryle jest taka sama jak wielkość ziarna. Gdy ziarna są rozdrobnione, początkowa wielkość wady (pęknięcia) jest odpowiednio mniejsza, a jej odporność na kruche pękanie jest wyższa. Widać, że wielkość ziarna ma duży wpływ na odporność na pękanie. Powinniśmy zwiększyć gęstość, zachowując jednocześnie drobnoziarnistość. Delikatna krystalizacja jest kluczem do zapewnienia odporności na pękanie materiałów ceramicznych.
Po podstawowym zrozumieniu mechanizmu wytrzymałości i wiązkości materiałów Al2O3, w celu zmniejszenia kruchości materiałów ceramicznych na bazie Al2O3-, oprócz zastosowania zaawansowanej technologii preparacji, zbadano również różne metody hartowania. Stosując hartowanie wiskerów SiC, hartowanie włókien, hartowanie z przemianą fazową ZrO2, hartowanie dyspersyjne cząstek i nanomateriały można osiągnąć dobry efekt hartowania, ale istnieją różne stopnie defektów, kompatybilizacja wiskerów jest trudna do rozwiązania toksyczności wiskerów i ich równomiernego rozmieszczenia w matrycy; gdy materiał wiskerów jest zbyt wysoki, zagęszczanie materiału ceramicznego stanie się trudne. W celu uzyskania dobrego efektu hartowania włókien, włókna muszą być w pełni zaimpregnowane w osnowie i równomiernie rozmieszczone, ale jest to trudne do osiągnięcia w procesie, a jakość hartowania włókien jest trudna do kontrolowania. ZrO2 powoduje hartowanie przemiany martenzytycznej pod wpływem naprężeń, a jego efekt hartowania gwałtownie spada wraz ze wzrostem temperatury. Efekt hartowania cząstek jest ściśle związany z wytrzymałością wiązania między granicami faz Al2O3, ale wynik hartowania cząstek często zmniejsza twardość i wytrzymałość materiału ceramicznego, co skutkuje spadkiem stabilności dielektrycznej i termicznej materiału . Efekt jest bardzo ograniczony.
Prekursor Nano ZrO2 (3Y) może skutecznie zapobiegać nieprawidłowemu wzrostowi ziaren Al2O3 i uzyskiwać materiały ceramiczne o drobnych ziarnach. Poprawa odporności na pękanie wynika ze zwiększenia gęstości, rozdrobnienia ziarna i umocnienia pola naprężeń własnych nano-ZrO2.
Jest to proces ciągłych badań i rozwoju; i kreacja, która tworzy odporne na zużycie wyroby ceramiczne powszechnie stosowane na dzisiejszym rynku.
