Nanokeramik er et keramisk nanostruktureret materiale (eng. nanokeramik) - et kompakt materiale baseret på oxider, karbider, nitrider, borider og andre uorganiske forbindelser, bestående af krystallitter (korn) med en gennemsnitlig størrelse på op til 100 nm [1] .
Arbejdet med nanokeramik begyndte i 1980'erne. Dette uorganiske ikke-metalliske materiale er kendetegnet ved høj varmebestandighed og har en række andre nyttige egenskaber, der gør det muligt at bruge det for eksempel inden for elektronik, medicin, termisk og atomkraft [2] .
Nanokeramik fremstilles typisk af pulvere i nanostørrelse ved støbe- og sintringsteknikker . Da nanopulver på grund af høj intern friktion er vanskeligere at komprimere, anvendes impuls- og hydrostatisk presning , slip- og gelstøbningsmetoder, og hydroekstrudering bruges ofte til deres dannelse . Nanokeramik blev først fremstillet ved hjælp af sol-gel-processen - en form for kemisk udfældning fra opløsning - hvor nanopartikler i opløsning og gel blandes til nanokeramik. I 2000'erne begyndte fremstillingsprocesser at bruge varme og tryk i sintringsprocessen. Processen omfatter flere hovedtrin: fremstilling af en pulverblanding af en blanding af pulver og blødgøringsmidler til dannelse af et materiale, dannelse af et emne, tørring og kalcinering af præformen, behandling af det resulterende produkt (mekanisk, varmebehandling og metallisering). Fremstillingsmetoden kan ofte være en afgørende faktor for dannelsen af nanokeramiske partikler og deres egenskaber: forbrænding af magnesium i oxygen fører for eksempel til terninger og sekskantede plader, mens termisk nedbrydning af magnesiumhydroxid fører til uregelmæssigt formede partikler, som ofte resulterer i plader i en sekskantet form [2] . I nogle applikationer har en pulseret elektrisk strøm vist sig nyttig i en to-trins sintringsproces for transparent aluminiumoxidbaseret keramik [3] . Egenskaberne af det resulterende materiale afhænger i høj grad af egenskaberne ved de anvendte nanopulvere, primært af partikelstørrelsen, deres polydispersitet og renhed (urenhedsindhold). [fire]
Et af de prioriterede områder for skabelsen af nye nanomaterialer med specifikke funktionelle egenskaber er søgen efter grundlæggende nye og forbedringer af eksisterende teknologiske løsninger inden for kemisk syntese af nanopulvere og deres efterfølgende fiksering i et fast stof Et af de vigtige problemer med at opnå nanokeramik er normalt den intensive kornvækst under sintring under normale forhold. . For at forhindre det, bruges to hovedmetoder:
De strukturfølsomme egenskaber af nanokeramik kan afvige væsentligt fra dem af konventionel mikron - størrelse keramik. I dette tilfælde er det muligt at forbedre mekaniske ( Al 2 O 3 ), elektriske (Y: ZrO 2 ), optiske (Nd: Y 2 O 3 ) egenskaber, dog er karakteren af ændringen i egenskaber med kornstørrelse meget individuel og afhænger både af den fysiske karakter af den undersøgte ejendom og af de fysisk-kemiske egenskaber ved den anvendte keramik.
Teknologien til elektrisk konsolidering forskes også, når materialet komprimeres ikke kun under påvirkning af højt tryk, men også under påvirkning af stærk vekselstrøm. Den nye metode gør det muligt at reducere resterende porøsitet og grænsefejl, øge tætheden og styrken af nanomaterialet [5] .
Et af de lovende anvendelsesområder for nanokeramik er skabelsen af overflader med specifikke egenskaber på traditionelle materialer. For at reducere den biologiske reaktion på materialet i et titaniumimplantat skabes der for eksempel et lag af titaniumdioxid nanorør på overfladen ved anodisering, hvilket reducerer proteinadsorption samt celleadhæsion og differentiering. Resultatet er øget klinisk succes. I et andet tilfælde giver en biokeramisk belægning antibakterielle egenskaber til overfladen. Metoder til termisk sprøjtning af nanokeramiske partikler kan øge hårdheden af overflader af amorfe materialer betydeligt [6] .
Med støtte fra JSC "Rosnano" i Rusland er der to virksomheder, der producerer produkter fra nanokeramik: JSC NEVZ-Ceramics (adskilt fra JSC " NEVZ-Soyuz ") [7] og LLC "Virial" [8] .
Nanopulvere er kendetegnet ved dårlig formbarhed og komprimerbarhed på grund af deres fysisk-kemiske egenskaber: agglomeration, høj interpartikel- og vægfriktion på grund af høj specifik overflade. Derfor bruges nanokeramiske pulvere i Rusland ikke i ren form, men indtil videre kun som et additiv til et konventionelt keramisk emne, som får en højere tæthed under ultralydskomprimering, hvilket betyder, at produktet bliver meget stærkere. Med denne teknologi er der ingen grund til at tilføje en blødgører [9] .
Keramiske isolatorer er beregnet som et isoleringsmateriale til vakuumbuesliske, som er designet til at fuldende vakuumkoblingsenheder .
Isolatorer bruges som et elektrisk isoleringsmateriale til nattesynsenheder, der forbruges af det militære marked. Hovedelementet i en nattesynsenhed er et billedforstærkerrør (IC), som forstærker lyset og derudover omdanner infrarødt lys til synligt lys.
PanserkeramikProdukter lavet af pansret keramik bruges til at beskytte specialudstyr og personel mod automatiske håndvåben med evnen til at yde beskyttelse op til klasse 6a. Af hensyn til Ruslands forsvarsministerium har NEVZ-Soyuz Holding Company i løbet af de sidste 2 år på eget initiativ udviklet og mestret produktionen af et detaljeret udvalg af produkter - 7 typer, 32 størrelser pansret keramik ( rektangulære flade og radius panserplader med dimensioner på 50 × 50 mm og 100 × 100 mm i tykkelsesområdet 6-12 mm, pansrede ruller i området af diametre på 13-29 mm og et højdeområde på 11-24 mm, sekskanter i intervallet "nøglefærdige størrelser" på 20-40 mm og et tykkelsesområde på 6-40 mm), hvoraf:
En række elementer af pansret keramik med radioabsorberende egenskaber er under udvikling og afprøvning for at beskytte flådens skibe mod højhastighedsfragmenter af antiskibsmissiler og mod detektering af styrehoveder i mikrobølgeområdet [10] .
Keramiske substrater til halvlederenhederKeramiske substrater er produceret baseret på aluminiumoxid ( Al 2 O 3 indhold mere end 94%) eller aluminiumnitrid AlN keramik, som er designet til elektrisk isolering af strukturer, samlinger og elementer af forskellige elektroniske enheder. Keramikken, der anvendes til substrater, er ikke - hygroskopisk , varmebestandig , er et isolerende materiale med høje mekaniske og elektriske egenskaber, er kendetegnet ved en forholdsvis enkel fremstillingsteknologi og lave omkostninger. Mekanisk styrke i kompression, spænding, bøjning er tilstrækkelig til praktisk brug. For at forbedre den termiske ledningsevne, elektriske resistivitet og styrkekarakteristika for keramiske substrater indføres modificerede Al 2 O 3 - og AlN - nanopulvere og forstærkende Al 2 O 3 - nanofibre i sammensætningen af den keramiske sammensætning. Det keramiske substrat udfører to hovedfunktioner:
Anvendelsesområder:
Produkter lavet af biokeramik bruges til kirurgisk behandling af skader og sygdomme i rygsøjlen , hofteleddet, behandling af tandsygdomme.
De mest lovende anvendelsesområder for ventiler ved hjælp af keramiske elementer er:
En særlig fordel ved keramiske elementer, der anvendes i ventilteknik, er, at de kan integreres i masseproducerede ventiler uden fundamentale ændringer i designet af kugleventiler og drosler, samtidig med at de opnår en væsentlig forøgelse af holdbarheden og en forøgelse af ventilklassen.
Fordelene ved afspærringsventiler ved hjælp af tekniske keramiske ventilsamlinger indlejret i et metalhus er som følger: