Τα κεραμικά υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως για την αντοχή τους στη διάβρωση, την αντοχή στη φθορά και τις επιδόσεις τους σε υψηλές θερμοκρασίες. Αποτελούν ένα πιθανό υλικό υψηλών επιδόσεων που μπορεί να αντικαταστήσει τα μεταλλικά υλικά και να χρησιμοποιηθεί σε σκληρά περιβάλλοντα. Ωστόσο, λόγω της εγγενούς ευθραυστότητας των κεραμικών υλικών, το εύρος των πρακτικών εφαρμογών τους είναι περιορισμένο. Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, τα νέα κεραμικά υλικά έχουν μια νέα κατεύθυνση ανάπτυξης.
Κεραμικά σύνθετα υλικά ενισχυμένα με μουστάκια
Τα κεραμικά whiskers αναφέρονται σε μονοκρυσταλλικές ίνες με πολύ μικρές διαμέτρους. Γενικά, το μήκος τους είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρό τους και συνήθως αναπτύσσονται με τη μέθοδο της αέριας φάσης. Τα whiskers έχουν λίγες ατέλειες, οπότε η μηχανική τους αντοχή είναι πολύ υψηλή και η αντοχή τους σε εφελκυσμό μπορεί να είναι κοντά στη θεωρητική αντοχή των καθαρών κρυστάλλων. Η αντοχή των whiskers συνδέεται στενά με το πάχος τους. Όσο πιο παχιά είναι τα whiskers, τόσο χαμηλότερη είναι η αντοχή, οπότε όσο μικρότερη είναι η διάμετρος των whiskers, τόσο το καλύτερο. Επειδή τα whiskers έχουν τα χαρακτηριστικά της υψηλής αντοχής, της χαμηλής πυκνότητας και της αντοχής στη θερμότητα, χρησιμοποιούνται συχνά ως ενισχυτικά υλικά. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα whiskers περιλαμβάνουν whiskers Al2O3, whiskers SiC και Si3N4, whiskers γραφίτη κ.λπ. Η ενίσχυση με whiskers είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων σε υψηλές θερμοκρασίες και της σταθερότητας των κεραμικών υλικών σε θερμικό σοκ.
Νανοκεραμικό σύνθετο
Τα νανοκεραμικά σύνθετα υλικά αναπτύχθηκαν στα μέσα της δεκαετίας του 1980. Τα νανοκεραμικά σύνθετα υλικά μπορούν γενικά να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: ενδοκοκκώδη, ενδοκοκκώδη νανοσύνθετα υλικά και νανο/νανοσύνθετα υλικά. Τα νανοσωματίδια των δύο πρώτων τύπων νανοσύνθετων υλικών είναι κυρίως διασκορπισμένα εντός ή μεταξύ των κόκκων της μήτρας και ο κύριος στόχος τους είναι η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα νανο/νανοσύνθετα αποτελούνται από διασπορές νανοκλίμακας και κόκκους μήτρας, με στόχο να προσθέσουν ορισμένες νέες λειτουργίες στα κεραμικά, όπως η δυνατότητα επεξεργασίας και η υπερπλαστικότητα. Το μέγεθος των κόκκων, το πλάτος των ορίων των κόκκων, η κατανομή της δεύτερης φάσης, το μέγεθος των πόρων και των ατελειών των νανοκεραμικών σύνθετων υλικών περιορίζονται στο επίπεδο των 100nm. Η μείωση του μεγέθους των κόκκων θα διπλασιάσει τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού.
Κεραμικά σύνθετα υλικά διαβαθμισμένης απόδοσης
Η σύνθεση των σύνθετων υλικών με διαβάθμιση απόδοσης αλλάζει σταδιακά από τη μία πλευρά στην άλλη. Η αλλαγή στη σύνθεση προκαλεί σταδιακή αλλαγή στην απόδοση (ή λειτουργία) του υλικού. Το υλικό αυτό είναι το λεγόμενο υλικό με κλίση απόδοσης (στην Ιαπωνία ονομάζεται υλικό με κλίση λειτουργίας). Είναι ένα νέο υλικό που αναπτύχθηκε από την Ιαπωνία στα μέσα της δεκαετίας του 1980. Το υλικό βαθμίδας απόδοσης είναι ένα υλικό χαλάρωσης θερμικών τάσεων. Αναπτύσσεται για πρακτικές εφαρμογές που απαιτούν η μία πλευρά του υλικού να είναι ανθεκτική στη θερμότητα και στην οξείδωση, ενώ η άλλη πλευρά (ψυχρή πλευρά) πρέπει να είναι σκληρή και να μπορεί να ανακουφίσει και να αντέξει τη θερμική καταπόνηση. Πρόκειται για ένα υλικό νέας αντίληψης που διαφέρει από τα παραδοσιακά ομοιογενή σύνθετα υλικά.
