Klassifizierung und Anwendung von Hochleistungskeramik
Entsprechend den Konzepten und Anwendungen von Keramik können Keramikprodukte in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: konventionelle Keramik (traditionelle Keramik) und fortschrittliche Keramik. Unter konventioneller Keramik versteht man verschiedene Produkte, die aus Ton und seinen natürlichen Mineralien durch Prozesse wie Zerkleinern, Mischen, Formen und Brennen hergestellt werden. Hochentwickelte Keramik hingegen zeichnet sich durch die Verwendung hoch ausgewählter oder synthetisierter Rohstoffe mit präziser Kontrolle der chemischen Zusammensetzung aus, die mithilfe von Herstellungstechniken verarbeitet werden, die die Kontrolle erleichtern, ein strukturelles Design ermöglichen und überlegene Eigenschaften aufweisen.
Hochleistungskeramik kann anhand ihrer Eigenschaften weiter in zwei Typen eingeteilt werden: Strukturkeramik und Funktionskeramik.
1、Strukturkeramik
Strukturkeramik bezieht sich auf Keramik, die als technische Strukturmaterialien verwendet werden kann, grob kategorisiert in oxidbasierte, nichtoxidbasierte und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe für strukturelle Zwecke.
Beispiele für Strukturkeramik sind Schneidwerkzeuge, Formen, verschleißfeste Teile, Pumpen- und Ventilkomponenten, Motorteile, Wärmetauscher und Panzerungen. Zu den wichtigsten verwendeten Materialien gehören unter anderem Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumkarbid (SiC), Zirkonoxid (ZrO2) und Aluminiumoxid (Al2O3).
2、Funktionskeramik
Funktionskeramik ist ein wissens- und technologieintensives Produkt mit großer Vielfalt. Diese Materialien verfügen über verschiedene hervorragende Funktionen, wie unter anderem dielektrische Mikrowelleneigenschaften, Gasempfindlichkeit, Supraleitung, Widerstandsgradienteneigenschaften, ferroelektrische Eigenschaften und Phasenübergangsverhalten, Mehrschicht-Ansteuerbarkeit und Relaxationseigenschaften, was ihre Anwendungen äußerst vielfältig macht.
(1)Elektronische Isoliermaterialien
Das international am häufigsten verwendete elektronische Isolationsmaterial ist Al2O3. In den letzten Jahren sind neue elektronische Isoliermaterialien wie AlN-Keramik auf den Markt gekommen, die über hervorragende Eigenschaften wie hohe Festigkeit, hohe Isolierung, niedrige Dielektrizitätskonstante und hohe Wärmeleitfähigkeit verfügen. Ihr Wärmeausdehnungskoeffizient kann mit dem von einkristallinem Silizium mithalten und sie werden hauptsächlich als Wärmeableitungssubstrate für hochintegrierte Schaltkreise und Leistungsmodulschaltkreise verwendet.
(2)Keramische dielektrische Materialien
Dielektrika für Keramikkondensatoren, die zum Abstimmen von Schaltkreisen und zum Schutz von Logik- und Speichereinheiten verwendet werden, basieren hauptsächlich auf BaTiO3. Darüber hinaus gibt es Verbundwerkstoffe aus Perowskit mit hoher Dielektrizitätskonstante, wobei hochdielektrische Materialien entwickelt wurden, bei denen die Dielektrizitätskonstante bis zu 10^5 bei einer Frequenz von 10^5 Hz erreichen kann, was ein Vielfaches oder sogar ein Zehnfaches höher ist als bei herkömmlichen Keramikkondensatoren.
(3)Piezoelektrische Keramikmaterialien
Zu den häufig verwendeten piezoelektrischen Geräten gehören Sensoren, Gaszünder, Alarme, Audiogeräte, medizinische Diagnosegeräte und Kommunikationsgeräte. Das typische piezoelektrische Material ist PZT, und zu den neuen Typen gehören hochempfindliche, hochstabile piezoelektrische Keramikmaterialien, elektrostriktive Keramikmaterialien und pyroelektrische Keramikmaterialien.
(4)Magnetische Keramikmaterialien
Magnetische Keramikmaterialien können in hartmagnetische und weichmagnetische Materialien unterteilt werden. Hartmagnetische Materialien lassen sich nicht leicht magnetisieren oder entmagnetisieren und werden durch Ferritmagnete und Seltenerdmagnete repräsentiert, die hauptsächlich für Magnete und magnetische Speicherkomponenten verwendet werden. Weichmagnetische Materialien lassen sich leicht magnetisieren und entmagnetisieren, wobei die Magnetfeldrichtungen veränderbar sind und hauptsächlich für elektronische Komponenten verwendet werden, die auf magnetische Wechselfelder reagieren.
(5)Supraleitende Keramikmaterialien
Seit den bedeutenden Durchbrüchen in der Forschung zu supraleitenden Keramiken in den 1980er Jahren haben die Forschung und Anwendungen von hochtemperatursupraleitenden Keramikmaterialien große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Anwendung von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien entwickelt sich in Richtung Hochstromanwendungen, Elektronik und antimagnetische Eigenschaften.
(6)Antimikrobielle Keramikmaterialien
Antimikrobielle Keramikmaterialien sind eine neue Generation funktioneller Materialien, die mit der Entwicklung der Wissenschaft und der sozialen Zivilisation entstanden sind. Anorganische antimikrobielle Wirkstoffe können aufgrund ihrer Wirkmechanismen auf Mikroorganismen in drei Kategorien eingeteilt werden: Die eine wird hauptsächlich durch physikalische Adsorption oder Ionenaustausch auf anorganischen Trägermaterialien wie Zeolithen, Hydroxylapatit, Kieselgel und Glas fixiert und enthält antimikrobielle Metalle oder deren Ionen wie Silber, Kupfer und Zink. Die zweite Kategorie sind photokatalytische antimikrobielle Wirkstoffe aus Titandioxidpartikeln, bei denen Titandioxid unter Licht Sauerstoffmoleküle in aktiven Sauerstoff umwandeln und im Wasser aktive Sauerstoffradikale erzeugen kann, um antibakterielle und bakterizide Wirkungen zu entfalten. Die dritte Kategorie sind antimikrobielle Materialien mit Ferninfrarotstrahlungsfunktion. Ferninfrarotstrahlung hat eine begrenzte antimikrobielle Wirkung, daher müssen diese Materialien in Verbindung mit den ersten beiden Materialtypen verwendet werden, um einen besseren Anwendungswert zu erzielen.
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