Разработка новых керамических материалов

Керамические материалы широко используются благодаря своей коррозионной стойкости, износостойкости и высокотемпературным характеристикам. Они являются потенциальным высокоэффективным материалом, который может заменить металлические материалы и использоваться в жестких условиях эксплуатации. Однако из-за присущей керамическим материалам хрупкости область их практического применения ограничена. С непрерывным прогрессом науки и техники новые керамические материалы получают новое направление развития.

Усиленные керамические композиты

Керамические вискеры относятся к монокристаллическим волокнам с очень маленьким диаметром. Как правило, их длина в сотни раз превышает диаметр, и обычно они выращиваются методом газовой фазы. В вискерах мало дефектов, поэтому их механическая прочность очень высока, а прочность на разрыв может быть близка к теоретической прочности чистых кристаллов. Прочность вискеров тесно связана с их толщиной. Чем толще вискеры, тем ниже их прочность, поэтому чем меньше диаметр вискеров, тем лучше. Поскольку вискеры обладают такими характеристиками, как высокая прочность, низкая плотность и термостойкость, их часто используют в качестве армирующих материалов. Обычно используются вискеры Al2O3, SiC и Si3N4, графитовые вискеры и т.д. Армирование вискерами является эффективным средством улучшения высокотемпературных механических свойств и устойчивости керамических материалов к тепловым ударам.

Нанокерамический композит

Нанокерамические композиционные материалы были разработаны в середине 1980-х годов. Нанокерамические композиты можно разделить на три категории: внутризерновые, межзерновые нанокомпозиты и нано-/нанокомпозиты. Наноразмерные частицы в первых двух типах нанокомпозитов в основном диспергированы внутри или между зернами матрицы, и их основная цель - улучшение высокотемпературных механических свойств. Нано/нанокомпозиты состоят из наноразмерных дисперсий и зерен матрицы, цель которых - придать керамике новые функции, такие как технологичность и сверхпластичность. Размер зерен, ширина границ зерен, распределение второй фазы, размер пор и дефектов нанокерамических композиционных материалов ограничены уровнем 100 нм. Уменьшение размера зерна удваивает механические свойства материала.

Керамические композиты с улучшенными характеристиками

Состав композитных материалов с градиентом характеристик постепенно меняется от одной стороны к другой. Изменение состава приводит к постепенному изменению характеристик (или функций) материала. Этот материал представляет собой так называемый градиентный материал (в Японии его называют наклонным функциональным материалом). Это новый материал, разработанный в Японии в середине 1980-х годов. Материал с градиентом характеристик - это материал для релаксации теплового напряжения. Он разработан для практического применения, где одна сторона материала должна быть термостойкой и устойчивой к окислению, а другая (холодная сторона) должна быть прочной и способной снимать и выдерживать тепловое напряжение. Это новый концептуальный материал, отличающийся от традиционных однородных композиционных материалов.