Ceramika specjalna to klasa ceramiki o szczególnych właściwościach mechanicznych, fizycznych lub chemicznych. Użyte surowce i wymagana technologia produkcji znacznie różnią się od ceramiki zwykłej i jej rozwoju. Ze względu na właściwości i zastosowanie ceramikę specjalną można podzielić na dwie kategorie: ceramikę konstrukcyjną i ceramikę funkcjonalną. Wśród nich ceramika konstrukcyjna to ceramika, która może być stosowana jako materiał konstrukcyjny, charakteryzująca się zazwyczaj wysoką wytrzymałością, twardością, wysokim modułem sprężystości, odpornością na wysokie temperatury, zużyciem, korozją, utlenianiem, szokiem termicznym i innymi cechami.
Istnieje wiele rodzajów ceramiki konstrukcyjnej, ich zalet i wad, a kierunki zastosowań tych zalet i wad są różne. Wśród nich „ceramika azotku krzemu” ze względu na równowagę wydajności we wszystkich aspektach jest znana jako najbardziej doskonała, kompleksowa wydajność w rodzinie ceramiki konstrukcyjnej i ma niezwykle szeroki zakres zastosowań.
Zalety ceramiki azotku krzemu
Azotek krzemu (Si₃₂N₂) można podzielić na związki kowalencyjne, których jednostką strukturalną jest 4-tetraedr [Si₃₂]. Konkretne położenie atomów azotu i krzemu przedstawiono na poniższym rysunku. Krzem znajduje się w centrum tetraedru, a cztery wierzchołki tetraedru zajmują atomy azotu. Następnie każdy z trzech tetraedrów dzieli jeden atom, stale rozszerzając się w przestrzeni trójwymiarowej. Ostatecznie powstaje struktura sieciowa. Wiele właściwości azotku krzemu jest związanych z tą tetraedryczną strukturą.
Azotek krzemu występuje w trzech strukturach krystalicznych: α, β i γ, z których fazy α i β są najpowszechniejszymi formami azotku krzemu. Dzięki silnemu połączeniu atomów azotu, azotek krzemu charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, twardością i odpornością na wysokie temperatury, a jego twardość może osiągnąć HRA91–93. Posiada dobrą sztywność termiczną, wytrzymuje wysokie temperatury 1300–1400°C. Niewielka reakcja chemiczna z węglem i metalami prowadzi do niskiego współczynnika tarcia. Jest samosmarujący, a zatem odporny na zużycie. Jest odporny na korozję, oprócz kwasu fluorowodorowego, nie reaguje z innymi kwasami nieorganicznymi. Wysoka temperatura zapewnia również odporność na utlenianie. Wykazuje również dobrą odporność na szoki termiczne, ostre chłodzenie w powietrzu, a następnie gwałtowne ogrzewanie nie kruszy się. Pełzanie ceramiki azotku krzemu zmniejsza się w wysokich temperaturach, a powolne odkształcenie plastyczne jest niewielkie pod wpływem wysokiej temperatury i stałego obciążenia.
Ponadto ceramika azotku krzemu charakteryzuje się również wysoką wytrzymałością właściwą, wysokim trybem właściwym, wysoką przewodnością cieplną, doskonałymi właściwościami elektrycznymi i innymi zaletami, dzięki czemu ma szczególne zastosowanie w ekstremalnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, duża prędkość, silnie korozyjne media, i jest uważana za jeden z najbardziej obiecujących konstrukcyjnych materiałów ceramicznych do celów rozwojowych i zastosowań, często stając się pierwszym wyborem w wielu zastosowaniach wymagających testowania.
Czas publikacji: 15.08.2023