Nanokeramik är ett keramiskt nanostrukturerat material (eng. nanokeramik) - ett kompakt material baserat på oxider, karbider, nitrider, borider och andra oorganiska föreningar, bestående av kristalliter (korn) med en medelstorlek på upp till 100 nm [1] .
Arbetet med nanokeramik började på 1980-talet. Detta oorganiska icke-metalliska material kännetecknas av hög värmebeständighet och har en rad andra användbara egenskaper som gör att det kan användas till exempel inom elektronik, medicin, termisk och kärnkraft [2] .
Nanokeramer tillverkas vanligtvis av pulver i nanostorlek genom formnings- och sintringstekniker . Eftersom nanopulver är svårare att kompaktera på grund av hög intern friktion, används impuls- och hydrostatisk pressning , slip- och gelgjutningsmetoder, och hydroextrudering används ofta för deras bildning . Nanokeramer tillverkades först med hjälp av sol-gel-processen - en form av kemisk utfällning från lösning - där nanopartiklar i lösning och gel blandas för att bilda nanokeramer. På 2000-talet började tillverkningsprocesser använda värme och tryck i sintringsprocessen. Processen inkluderar flera huvudsteg: framställning av en pulverblandning av en blandning av pulver och mjukgörare för att bilda ett material, forma ett arbetsstycke, torkning och kalcinering av förformen, bearbetning av den resulterande produkten (mekanisk, värmebehandling och metallisering). Beredningsmetoden kan ofta vara en avgörande faktor för bildandet av nanokeramiska partiklar och deras egenskaper: till exempel leder förbränning av magnesium i syre till kuber och hexagonala plattor, medan termisk nedbrytning av magnesiumhydroxid leder till oregelbundet formade partiklar, vilket ofta resulterar i plattor. i en hexagonal form [2] . I vissa applikationer har en pulsad elektrisk ström visat sig användbar i en tvåstegs sintringsprocess för transparent aluminiumoxidbaserad keramik [3] . Egenskaperna hos det resulterande materialet beror till stor del på egenskaperna hos de använda nanopulverna, främst på partikelstorleken, deras polydispersitet och renhet (föroreningshalt). [fyra]
Ett av de prioriterade områdena för skapandet av nya nanomaterial med specifika funktionella egenskaper är sökandet efter fundamentalt nya och förbättringar av befintliga tekniska lösningar inom området kemisk syntes av nanopulver och deras efterföljande fixering i ett fast material. Ett av de viktiga problemen med att få nanokeramik är vanligtvis den intensiva korntillväxten under sintring under normala förhållanden. För att förhindra det används två huvudsakliga metoder:
De strukturkänsliga egenskaperna hos nanokeramer kan skilja sig avsevärt från de hos konventionell mikronstor keramik. I detta fall är det möjligt att förbättra mekaniska ( Al 2 O 3 ), elektriska (Y: ZrO 2 ), optiska (Nd: Y 2 O 3 ) egenskaper, men karaktären av förändringen i egenskaper med kornstorlek är mycket individuellt och beror både på den fysiska karaktären hos den egendom som studeras, och på de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos den använda keramen.
Tekniken för elektrisk konsolidering undersöks också, när materialet komprimeras inte bara under påverkan av högt tryck, utan också under påverkan av stark växelström. Den nya metoden gör det möjligt att minska kvarvarande porositet och gränsdefekter, öka nanomaterialets densitet och styrka [5] .
Ett av de lovande användningsområdena för nanokeramik är skapandet av ytor med specifika egenskaper på traditionella material. Till exempel, för att minska den biologiska reaktionen på materialet i ett titanimplantat, skapas ett lager av titandioxid nanorör på dess yta genom anodisering, vilket minskar proteinadsorption, såväl som cellvidhäftning och differentiering. Resultatet är ökad klinisk framgång. I ett annat fall ger en biokeramisk beläggning antibakteriella egenskaper till ytan. Metoder för termisk sprutning av nanokeramiska partiklar kan avsevärt öka hårdheten på ytor av amorfa material [6] .
Med stöd av JSC "Rosnano" i Ryssland finns det två företag som producerar produkter från nanokeramik: JSC NEVZ-Ceramics (separerad från JSC " NEVZ-Soyuz ") [7] och LLC "Virial" [8] .
Nanopulver kännetecknas av dålig formbarhet och kompressibilitet på grund av deras fysikalisk-kemiska egenskaper: agglomeration, hög friktion mellan partiklar och nära väggar på grund av hög specifik yta. Därför används nanokeramiska pulver i Ryssland inte i ren form, utan än så länge endast som tillsats till ett konventionellt keramiskt arbetsstycke, som får en högre densitet under ultraljudskomprimering, vilket innebär att produkten blir mycket starkare. Med denna teknik finns det inget behov av att lägga till en mjukgörare [9] .
Keramiska isolatorer är avsedda som ett isolerande material för vakuumbågsrännor, som är utformade för att komplettera vakuumbrytare .
Isolatorer används som ett elektriskt isoleringsmaterial för mörkerseendeapparater som konsumeras av den militära marknaden. Huvudelementet i en mörkerseendeanordning är ett bildförstärkarrör (IC), som förstärker ljuset och dessutom omvandlar infrarött ljus till synligt ljus.
PansarkeramikProdukter gjorda av pansarkeramik används för att skydda specialutrustning och personal från automatiska handeldvapen med förmågan att ge skydd upp till klass 6a. I det ryska försvarsministeriets intresse har NEVZ-Soyuz Holding Company under de senaste två åren på eget initiativ utvecklat och bemästrat produktionen av ett detaljerat utbud av produkter - 7 typer, 32 storlekar av pansarkeramik ( rektangulära platta och radie pansarplåtar med dimensionerna 50 × 50 mm och 100 × 100 mm i tjockleksintervallet 6-12 mm, pansarvalsar i diameterintervallet 13-29 mm och ett höjdområde på 11-24 mm, sexkanter i intervallet "nyckelfärdiga storlekar" på 20-40 mm och ett tjockleksområde på 6-40 mm), varav:
Ett antal element av pansarkeramik med radioabsorberande egenskaper är under utveckling och testning för att skydda marinens fartyg från höghastighetsfragment av anti-skeppsmissiler och från detektion av styrhuvuden i mikrovågsområdet [10] .
Keramiska substrat för halvledarenheterKeramiska substrat produceras baserat på aluminiumoxid ( Al 2 O 3 innehåll mer än 94%) eller aluminiumnitrid AlN keramik, som är designade för elektrisk isolering av strukturer, sammansättningar och element i olika elektroniska enheter. Keramiken som används för substrat är icke - hygroskopisk , värmebeständig , är ett isolerande material med höga mekaniska och elektriska egenskaper, kännetecknas av en jämförelsevis enkel tillverkningsteknik och låg kostnad. Mekanisk styrka i kompression, spänning, böjning är tillräcklig för praktisk användning. För att förbättra värmeledningsförmågan, den elektriska resistiviteten och hållfasthetsegenskaperna hos keramiska substrat införs modifierade Al 2 O 3 - och AlN - nanopulver och förstärkande Al 2 O 3 - nanofibrer i kompositionen av den keramiska kompositionen. Det keramiska substratet utför två huvudfunktioner:
Användningsområden:
Produkter gjorda av biokeramik används för kirurgisk behandling av skador och sjukdomar i ryggraden , höftleden, behandling av tandsjukdomar.
De mest lovande användningsområdena för ventiler som använder keramiska element är:
En speciell fördel med keramiska element som används inom ventilteknik är att de kan integreras i masstillverkade ventiler utan grundläggande förändringar i designen av kulventiler och gasspjäll, samtidigt som de erhåller en betydande ökning av hållbarheten och en ökning av ventilklassen.
Fördelarna med avstängningsventiler som använder tekniska keramiska ventilenheter inbäddade i en metallkropp är följande: