1. Základné zloženie a štrukturálna architektúra kremennej keramiky
1.1 Kryštalické vs. Tavený oxid kremičitý: Definovanie triedy produktov
(Transparentná keramika)
Kremenné porcelány, tiež známa ako keramika z taveného kremeňa alebo kremeňa, sú inovatívne anorganické materiály pochádzajúce z vysoko čistého kryštalického kremeňa (SiO DVA) ktoré prechádzajú regulovaným tavením a konsolidáciou pôžičiek, aby vytvorili hustú, nekryštalický (amorfný) alebo čiastočne kryštalický keramický rám.
Na rozdiel od tradičných porcelánov, ako je oxid hlinitý alebo zirkón, ktoré sú polykryštalické a pozostávajú z viacerých stupňov, kremenná keramika sa skladá hlavne z oxidu kremičitého v sieti tetraedricky koordinovaných SiO štyroch systémov, poskytuje vynikajúcu chemickú čistotu– často prekračujúce 99.9% SiO₂.
Rozdiel medzi integrovaným kremeňom a kremenným porcelánom závisí od spracovania: zatiaľ čo tavený kremeň je typicky úplne amorfné sklo vyvinuté rýchlym ochladením skvapalneného oxidu kremičitého, kremenné porcelány môžu zahŕňať regulovanú kryštalizáciu (devitrifikácia) alebo spekanie jemných kremenných práškov na dosiahnutie jemnozrnnej polykryštalickej alebo sklokeramickej mikroštruktúry so zvýšenou mechanickou odolnosťou.
Táto hybridná metóda kombinuje tepelnú a chemickú stabilitu taveného oxidu kremičitého so zvýšenou odolnosťou voči prasklinám a rozmerovou bezpečnosťou pri mechanickom zaťažení.
1.2 Mechanizmy tepelnej a chemickej stability
Výnimočný výkon kremenného porcelánu v extrémnych prostrediach pochádza zo silného kovalentného Si– O väzby, ktoré vytvárajú trojrozmernú sieť s vysokou väzbovou energiou (~ 452 kJ/mol), dodáva úžasnú odolnosť voči tepelnému poškodeniu a chemickému nárazu.
Tieto výrobky vykazujú výnimočne znížený koeficient tepelnej rozťažnosti– o 0.55 × 10 ⁻⁶/K v rozsahu 20– 300 °C– vďaka čomu sú veľmi odolné voči tepelným šokom, kritická charakteristika v aplikáciách zahŕňajúcich rýchle teplotné cykly.
Zachovávajú architektonickú integritu od úrovne kryogénnej teploty až do 1200 °C na vzduchu, a tiež väčšie v inertnom prostredí, pred začiatkom mäknutia okolo 1600 °C.
Kremenná keramika je inertná voči väčšine kyselín, vrátane chlorovodíkovej, dusičnan, a kyseliny sírovej, z dôvodu bezpečnosti siete SiO dva, aj keď sú vystavené riziku napadnutia kyselinou fluorovodíkovou a pevnými zásadami pri zvýšenej teplote.
Táto chemická odolnosť, v kombinácii s vysokým elektrickým odporom a ultrafialovým žiarením (UV) otvorenosť, sú vynikajúce na použitie pri spracovaní polovodičov, vysokoteplotné pece, a optické systémy vystavené extrémnym podmienkam.
2. Výrobné procesy a mikroštruktúrna kontrola
( Transparentná keramika)
2.1 Topenie, Spekanie, a Devitrifikačné cesty
Výroba kremennej keramiky zahŕňa pokročilé techniky tepelnej manipulácie vyvinuté na ochranu čistoty pri dosiahnutí požadovanej hrúbky a mikroštruktúry.
Jedným z bežných prístupov je tavenie vysoko čistého kremenného piesku elektrickým oblúkom, nasleduje riadené chladenie, aby sa vytvorili integrované kremenné ingoty, ktoré sa potom dajú opracovať na prvky.
Pre spekanú kremennú keramiku, submikrónové kremenné prášky sú zhutnené izostatickým tlačením a spekané pri teplotách medzi 1100 °C a 1400 °C, bežne s okrajovými prísadami na podporu zahusťovania bez vyvolania príliš veľkého vývoja zrna alebo zmeny štádia.
Základnou prekážkou pri spracovaní je vyhýbanie sa devitrifikácii– spontánna kondenzácia metastabilného kremičitého skla až do štádia cristobalitu alebo tridymitu– ktoré môžu ohroziť odolnosť proti tepelným šokom v dôsledku objemových úprav pri etapových zmenách.
Výrobcovia používajú špecifickú reguláciu teploty, rýchle cykly klimatizácie, a prímesy, ako je bór alebo titán na potlačenie nežiaducej kondenzácie a zachovanie bezpečnej amorfnej alebo jemnozrnnej mikroštruktúry.
2.2 Aditívna výroba a výroba v tvare Near-Net-Shape
Najnovší vývoj vo výrobe keramických prísad (AM), najmä stereolitografia (SHANTY TOWN) a tryskanie spojiva, skutočne umožnili konštrukciu zložitých kremenných keramických dielov s vysokou geometrickou presnosťou.
V týchto postupoch, Nanočastice oxidu kremičitého sú zadržané vo fotocitlivom materiáli alebo selektívne viazané vrstva po vrstve, splnené odstránením spojiva a vysokoteplotným spekaním na dosiahnutie úplného zahustenia.
Tento prístup minimalizuje odpad produktu a umožňuje vytváranie zložitých geometrií– ako sú fluidné kanály, optické dutiny, alebo komponenty teplého výmenníka– ktoré sú náročné alebo ťažko dosiahnuteľné štandardným obrábaním.
Techniky následného spracovania, pozostávajúce z infiltrácie chemických pár (CVI) alebo sol-gélová úprava, sú príležitostne kladené na bezpečnú povrchovú pórovitosť a zlepšujú mechanickú a ekologickú húževnatosť.
Tieto pokroky zvyšujú rozsah použitia kremennej keramiky priamo v mikroelektromechanických systémoch (MEMS), laboratórne nástroje na čipe, a prispôsobené vysokoteplotné zariadenia.
3. Užitočné vlastnosti a účinnosť v extrémnych prostrediach
3.1 Optická priehľadnosť a dielektrické návyky
Kremenná keramika vystavuje špeciálne optické domy, vrátane vysokého prenosu ultrafialového žiarenia, nápadný, a blízke infračervené spektrum (od ~ 180 nm až 2500 nm), čo ich robí rozhodujúcim v UV litografii, laserové systémy, a vesmírna optika.
K tejto otvorenosti dochádza v dôsledku neprítomnosti prechodov elektronických bandgap v UV-viditeľnom poli a veľmi malého rozptylu v dôsledku homogenity a nízkej pórovitosti..
Okrem toho, majú vynikajúce dielektrické budovy, s nízkou dielektrickou konštantou (~ 3.8 pri 1 MHz) a veľmi malé dielektrické straty, umožňujúce ich použitie ako tieniace prvky vo vysokofrekvenčných a vysokovýkonných digitálnych systémoch, ako sú radarové vlnovody a plazmové reaktory.
Ich schopnosť udržiavať elektrickú izoláciu pri zvýšených teplotách lepšie zvyšuje integritu vyhľadávaného elektrického prostredia.
3.2 Mechanické pôsobenie a dlhodobá životnosť
Napriek ich vysokej krehkosti– bežná kvalita medzi porcelánmi– kremenný porcelán vykazuje vynikajúcu mechanickú húževnatosť (ohybová výdrž až 100 MPa) a výnimočná odolnosť proti tečeniu pri vysokých teplotách.
Ich pevnosť (okolo 5.5– 6.5 na Mohsovej stupnici) poskytuje odolnosť proti oderu na povrchu, aj keď liečba musí byť vykonaná počas celého procesu, aby sa zabránilo poškodeniu alebo rozštiepeniu proliferácie z povrchových problémov.
Ekologická odolnosť je ďalšou dôležitou výhodou: kremenný porcelán vo vysávači dramaticky neuplynie, odolávať poškodeniu žiarením, a zachovať rozmerovú bezpečnosť pri dlhšom vystavení tepelným cyklom a chemickým nastaveniam.
To z nich robí obľúbené produkty v komorách na výrobu polovodičov, letecké senzory, a jadrové prístroje, kde sa musí znížiť kontaminácia a zlyhanie.
4. Priemyselná, Vedecké, a vznikajúce technické aplikácie
4.1 Riešenia výroby polovodičov a fotovoltaiky
V polovodičovom priemysle, kremenné porcelány sú všadeprítomné v nástrojoch na manipuláciu s plátkami, vrátane rúrok vykurovacieho systému, zvonové poháre, susceptory, a sprchové hlavice používané pri chemickom vylučovaní pár (CVD) a plazmové leptanie.
Ich čistota chráni pred kovovou kontamináciou kremíkových plátkov, pričom ich tepelná bezpečnosť zabezpečuje rovnomerné rozloženie teploty počas vysokoteplotných procesov spracovania.
Vo fotovoltaickej alebo fotovoltaickej výrobe, kremenné komponenty sa používajú v difúznych ohrievačoch a žíhacích systémoch na výrobu solárnych batérií, kde sú konštantné tepelné účty a chemická inertnosť nevyhnutné pre vysokú návratnosť a účinnosť.
Potreba väčších plátkov a vyššieho výkonu v skutočnosti poháňala vývoj ultra veľkých kremenných keramických štruktúr so zvýšenou homogenitou a minimalizovanou hrúbkou kazov..
4.2 Letectvo a kozmonautika, Obrana, a asimilácia kvantovej modernej technológie
Okrem priemyselnej manipulácie, kremenný porcelán sa používa v leteckých aplikáciách, ako sú okná na podporu rakiet, infračervené kupole, a re-entry automobilové diely v dôsledku ich schopnosti odolávať extrémnym teplotným gradientom a aerodynamickému napätiu.
V ochranných systémoch, ich otvorenosť voči radarovým a mikrovlnným frekvenciám ich robí vhodnými pre kryty krytov a krytov senzorov.
Nedávno, kremenná keramika skutočne nachádza úlohy v kvantových inováciách, kde je potrebná ultra nízka tepelná rozťažnosť a vysoká kompatibilita s vysávačom pre presný optický zubný kaz, atómové úlovky, a supravodivé qubitové miestnosti.
Ich schopnosť minimalizovať tepelný drift zaisťuje dlhé časy zrozumiteľnosti a vysokú presnosť merania v kvantových počítačoch a snímacích systémoch.
V rekapitulácii, kremenný porcelán predstavuje rad vysoko výkonných produktov, ktoré spájajú medzeru medzi štandardným porcelánom a špecializovanými pohármi.
Ich jedinečná kombinácia tepelnej stability, chemická inertnosť, optická priehľadnosť, a elektrická izolácia umožňuje moderné technológie pracujúce na hraniciach teplotnej úrovne, čistota, a presnosť.
Ako sa výrobné techniky vyvíjajú a rastú aj požiadavky na materiály, ktoré sú schopné odolávať čoraz extrémnejším podmienkam, kremenná keramika bude hrať základnú funkciu pred časom ako polovodič, moc, kozmonautika, a kvantové systémy.
5. dodávateľa
Advanced Ceramis založená v októbri 17, 2012, je high-tech podnik zameraný na výskum a vývoj, výroby, spracovanie, predaj a technické služby keramických príbuzných materiálov a výrobkov. Naše produkty zahŕňajú okrem iného keramické produkty z karbidu bóru, Keramické výrobky z nitridu bóru, Keramické výrobky z karbidu kremíka, Keramické výrobky z nitridu kremíka, Keramické výrobky z oxidu zirkoničitého, atď. Ak máte záujem, neváhajte nás kontaktovať.([email protected])
Tagy: Transparentná keramika, keramický riad, keramické potrubie
Všetky články a obrázky sú z internetu. Ak existujú nejaké problémy s autorskými právami, kontaktujte nás včas na odstránenie.
Opýtajte sa nás