Nanoceramica este un material ceramic nanostructurat (ing. nanoceramics) - un material compact pe bază de oxizi, carburi, nitruri, boruri și alți compuși anorganici, format din cristalite (granule) cu o dimensiune medie de până la 100 nm [1] .
Lucrările la nanoceramică au început în anii 1980. Acest material anorganic nemetalic se caracterizează printr-o rezistență ridicată la căldură și are o serie de alte proprietăți utile care îi permit să fie utilizat, de exemplu, în electronică, medicină, energie termică și nucleară [2] .
Nanoceramica este produsă de obicei din pulberi nanodimensionate prin tehnici de turnare și sinterizare . Deoarece, din cauza frecării interne ridicate, nanopulberile sunt mai dificil de compactat, pentru formarea lor se folosesc adesea metode de presare prin impuls și hidrostatic , slip și turnare cu gel, iar hidroextruziunea . Nanoceramica a fost realizată mai întâi folosind procesul sol-gel - o formă de precipitare chimică din soluție - în care nanoparticulele în soluție și gel sunt amestecate pentru a forma nanoceramică. În anii 2000, procesele de fabricație au început să folosească căldura și presiunea în procesul de sinterizare. Procesul include mai multe etape principale: realizarea unui amestec de pulbere dintr-un amestec de pulbere și plastifianți pentru formarea unui material, formarea unei piese de prelucrat, uscarea și calcinarea preformei, prelucrarea produsului rezultat (mecanic, tratament termic și metalizare). Metoda de preparare poate fi adesea un factor determinant în formarea particulelor nanoceramice și a proprietăților acestora: de exemplu, arderea magneziului în oxigen duce la cuburi și plăci hexagonale, în timp ce descompunerea termică a hidroxidului de magneziu duce la particule de formă neregulată, deseori rezultând plăci. în formă hexagonală [2] . În unele aplicații, un curent electric pulsat sa dovedit util într-un proces de sinterizare în două etape pentru ceramica transparentă pe bază de alumină [3] . Proprietățile materialului rezultat depind în mare măsură de caracteristicile nanopulberilor utilizate, în primul rând de dimensiunea particulelor, polidispersitatea și puritatea acestora (conținutul de impurități). [patru]
Unul dintre domeniile prioritare pentru crearea de noi nanomateriale cu proprietăți funcționale specifice este căutarea unor soluții fundamental noi și îmbunătățirea soluțiilor tehnologice existente în domeniul sintezei chimice a nanopulberilor și fixării ulterioare a acestora într-un solid.Una dintre problemele importante în obținerea nanoceramica este de obicei creșterea intensivă a boabelor în timpul sinterizării în condiții normale. Pentru a preveni aceasta, sunt utilizate două metode principale:
Proprietățile sensibile la structură ale nanoceramicelor pot diferi semnificativ de cele ale ceramicii convenționale de dimensiunea micronului . În acest caz, este posibil să se îmbunătățească proprietățile mecanice ( Al 2 O 3 ), electrice (Y: ZrO 2 ), optice (Nd: Y 2 O 3 ), cu toate acestea, natura modificării proprietăților cu dimensiunea granulelor este foarte mare. individual și depinde atât de natura fizică a proprietății studiate, cât și de caracteristicile fizico-chimice ale ceramicii utilizate.
Se cercetează și tehnologia consolidării electrice, atunci când materialul este compactat nu numai sub influența presiunii înalte, ci și sub influența curentului alternativ puternic. Noua metodă face posibilă reducerea porozității reziduale și a defectelor de limită, creșterea densității și rezistenței nanomaterialului [5] .
Unul dintre domeniile promițătoare de aplicare a nanoceramicelor este crearea de suprafețe cu proprietăți specifice pe materiale tradiționale. De exemplu, pentru a reduce reacția biologică la materialul unui implant de titan, pe suprafața acestuia este creat un strat de nanotuburi de dioxid de titan prin anodizare, ceea ce reduce adsorbția proteinelor, precum și aderența și diferențierea celulelor. Rezultatul este un succes clinic crescut. Într-un alt caz, o acoperire bioceramică conferă suprafeței proprietăți antibacteriene. Metodele de pulverizare termică a particulelor nanoceramice pot crește semnificativ duritatea suprafețelor materialelor amorfe [6] .
Cu sprijinul SA „Rosnano” în Rusia, există două întreprinderi care produc produse din nanoceramică: JSC NEVZ-Ceramics (separată de JSC „ NEVZ-Soyuz ”) [7] și LLC „Virial” [8] .
Nanopulberile se caracterizează prin formabilitate și compresibilitate slabe datorită specificului proprietăților lor fizico-chimice: aglomerare, interparticule ridicate și frecare aproape de perete datorită suprafeței specifice ridicate. Prin urmare, în Rusia, pulberile nanoceramice nu sunt utilizate în formă pură, ci până acum doar ca aditiv la o piesă ceramică convențională, care capătă o densitate mai mare în timpul compactării cu ultrasunete, ceea ce înseamnă că produsul va deveni mult mai puternic. Cu această tehnologie, nu este nevoie să adăugați un plastifiant [9] .
Izolatoarele ceramice sunt concepute ca material izolator pentru jgheaburi cu arc de vid, care sunt proiectate pentru a completa dispozitivele de comutare în vid .
Izolatoarele sunt folosite ca material electroizolant pentru dispozitivele de vedere pe timp de noapte consumate de piata militara. Elementul principal al unui dispozitiv de vedere pe timp de noapte este un tub intensificator de imagine (IC), care amplifică lumina și, în plus, transformă lumina infraroșie în lumină vizibilă.
Ceramica blindatăProdusele din ceramică blindată sunt folosite pentru a proteja echipamentele speciale și personalul de armele de calibru mic automate cu capacitatea de a oferi protecție până la clasa 6a. În interesul Ministerului Apărării al Rusiei , în ultimii 2 ani, NEVZ-Soyuz Holding Company, din proprie inițiativă, a dezvoltat și stăpânit producția unei game detaliate de produse - 7 tipuri, 32 de dimensiuni de ceramică blindată ( plăci de blindaj dreptunghiulare plate și cu rază cu dimensiuni de 50 × 50 mm și 100 × 100 mm în intervalul de grosimi de 6-12 mm, role blindate în intervalul de diametre de 13-29 mm și o gamă de înălțimi de 11-24 mm mm, hexagoane în intervalul „dimensiuni la cheie” de 20-40 mm și un interval de grosimi de 6-40 mm), dintre care:
O serie de elemente de ceramică blindată cu proprietăți de absorbție radio sunt în curs de dezvoltare și testare pentru a proteja navele Marinei de fragmente de mare viteză de rachete antinavă și de detectarea de către capete de ghidare în intervalul de microunde [10] .
Substraturi ceramice pentru dispozitive semiconductoareSubstraturile ceramice sunt produse pe baza de alumină ( conținut de Al 2 O 3 mai mare de 94%) sau ceramică cu nitrură de aluminiu AlN , care sunt concepute pentru izolarea electrică a structurilor, ansamblurilor și elementelor diferitelor dispozitive electronice. Ceramica utilizată pentru substraturi este nehigroscopică , rezistentă la căldură , este un material izolator cu proprietăți mecanice și electrice ridicate, se distinge printr-o tehnologie de fabricație relativ simplă și un cost redus. Rezistența mecanică la compresiune, tensiune, încovoiere este suficientă pentru utilizare practică. Pentru a îmbunătăți conductivitatea termică, rezistivitatea electrică și caracteristicile de rezistență ale substraturilor ceramice, în compoziția compoziției ceramice sunt introduse nanopulberi modificate de Al 2 O 3 - și AlN - și nanofibre de ranforsare Al 2 O 3 -. Substratul ceramic îndeplinește două funcții principale:
Domenii de utilizare:
Produsele din bioceramică sunt utilizate pentru tratamentul chirurgical al leziunilor și bolilor coloanei vertebrale , articulației șoldului, tratamentul bolilor dentare.
Cele mai promițătoare domenii de aplicare a supapelor care utilizează elemente ceramice sunt:
Un avantaj deosebit al elementelor ceramice utilizate în ingineria supapelor este că pot fi integrate în supapele produse în masă fără modificări fundamentale în proiectarea supapelor cu bilă și a clapetelor, obținând în același timp o creștere semnificativă a durabilității și o creștere a clasei de supape.
Avantajele supapelor de închidere care utilizează ansambluri tehnice de supape ceramice încorporate într-un corp metalic sunt următoarele: