Nanokeramiikka on keraaminen nanorakenteinen materiaali (eng. nanoceramics) - kompakti materiaali, joka perustuu oksideihin, karbideihin, nitrideihin, borideihin ja muihin epäorgaanisiin yhdisteisiin, joka koostuu kristalliiteista (rakeista), joiden keskikoko on jopa 100 nm [1] .
Nanokeramiikkatyö aloitettiin 1980-luvulla. Tälle epäorgaaniselle ei-metalliselle materiaalille on ominaista korkea lämmönkestävyys, ja sillä on useita muita hyödyllisiä ominaisuuksia, jotka mahdollistavat sen käytön esimerkiksi elektroniikassa, lääketieteessä, lämpö- ja ydinvoimassa [2] .
Nanokeramiikka valmistetaan tyypillisesti nanokokoisista jauheista muovaus- ja sintraustekniikoilla . Koska suuren sisäisen kitkan vuoksi nanojauheita on vaikeampi tiivistää, niiden muodostukseen käytetään usein impulssi- ja hydrostaattista puristus- , liuku- ja geelivalumenetelmiä sekä hydroekstruusiota . Nanokeramiikka valmistettiin ensin käyttämällä sooli-geeliprosessia - kemiallisen saostuksen muotoa liuoksesta -, jossa liuoksessa ja geelissä olevat nanohiukkaset sekoitetaan nanokeraamiksi. 2000-luvulla valmistusprosesseissa alettiin käyttää lämpöä ja painetta sintrausprosessissa. Prosessi sisältää useita päävaiheita: jauheseoksen valmistus jauheen ja pehmittimien seoksesta materiaalin muodostamiseksi, työkappaleen muodostaminen, esimuotin kuivaaminen ja kalsinointi, tuloksena olevan tuotteen käsittely (mekaaninen, lämpökäsittely ja metallointi). Valmistusmenetelmä voi usein olla määräävä tekijä nanokeraamisten hiukkasten muodostumisessa ja niiden ominaisuuksissa: esimerkiksi magnesiumin palaminen hapessa johtaa kuutioihin ja kuusikulmaisiin levyihin, kun taas magnesiumhydroksidin lämpöhajoaminen johtaa epäsäännöllisen muotoisiin hiukkasiin, jotka usein johtavat levyihin. kuusikulmainen [2] . Joissakin sovelluksissa pulssisähkövirta on osoittautunut hyödylliseksi läpinäkyvän alumiinioksidipohjaisen keramiikan kaksivaiheisessa sintrausprosessissa [3] . Syntyneen materiaalin ominaisuudet riippuvat suurelta osin käytettyjen nanojauheiden ominaisuuksista, ensisijaisesti hiukkaskoosta, niiden polydisperssyydestä ja puhtaudesta (epäpuhtauspitoisuus). [neljä]
Yksi painopistealueista uusien nanomateriaalien luomisessa, joilla on tietyt toiminnalliset ominaisuudet, on perustavanlaatuisten uusien ja olemassa olevien teknisten ratkaisujen parantaminen nanojauheiden kemiallisen synteesin ja niiden myöhemmän kiinnittämisen alalla. nanokeramiikka on yleensä intensiivistä raekasvua sintrauksen aikana normaaleissa olosuhteissa. Sen estämiseksi käytetään kahta päämenetelmää:
Nanokeramiikan rakenneherkät ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi perinteisen mikronikokoisen keramiikan ominaisuuksista. Tällöin on mahdollista parantaa mekaanisia ( Al 2 O 3 ), sähköisiä (Y: ZrO 2 ), optisia (Nd: Y 2 O 3 ) ominaisuuksia, mutta ominaisuuksien muutoksen luonne raekoon mukaan on erittäin Yksilöllinen ja riippuu sekä tutkittavan ominaisuuden fysikaalisesta luonteesta että käytetyn keramiikan fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista.
Myös sähköisen tiivistyksen tekniikkaa tutkitaan, kun materiaalia tiivistetään paitsi korkean paineen, myös voimakkaan vaihtovirran vaikutuksesta. Uuden menetelmän avulla voidaan vähentää jäännöshuokoisuutta ja rajavirheitä, lisätä nanomateriaalin tiheyttä ja lujuutta [5] .
Yksi lupaavista nanokeramiikan käyttöalueista on erityisominaisuuksien omaavien pintojen luominen perinteisille materiaaleille. Esimerkiksi titaani-istutteen materiaaliin kohdistuvan biologisen reaktion vähentämiseksi sen pinnalle muodostetaan anodisoimalla kerros titaanidioksidinanoputkia, mikä vähentää proteiinien adsorptiota sekä solujen adheesiota ja erilaistumista. Tuloksena on lisääntynyt kliininen menestys. Toisessa tapauksessa biokeraaminen pinnoite antaa pinnalle antibakteerisia ominaisuuksia. Nanokeraamisten hiukkasten lämpöruiskutusmenetelmät voivat lisätä merkittävästi amorfisten materiaalien pintojen kovuutta [6] .
JSC "Rosnanon" tuella Venäjällä on kaksi yritystä, jotka valmistavat nanokeramiikkatuotteita: JSC NEVZ-Ceramics (erillään JSC " NEVZ-Sojuzista ") [7] ja LLC "Virial" [8] .
Nanojauheille on ominaista huono muovattavuus ja kokoonpuristuvuus niiden fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien erityispiirteistä johtuen: agglomeroituminen, suuri hiukkasten välinen ja lähellä seinää oleva kitka korkean ominaispinnan vuoksi. Siksi Venäjällä nanokeraamisia jauheita ei käytetä puhtaassa muodossa, vaan toistaiseksi vain lisäaineena tavanomaiseen keraamiseen työkappaleeseen, joka saavuttaa suuremman tiheyden ultraäänipuristuksen aikana, mikä tarkoittaa, että tuotteesta tulee paljon vahvempi. Tällä tekniikalla pehmitintä ei tarvitse lisätä [9] .
Keraamiset eristeet on tarkoitettu tyhjökaarikourujen eristysmateriaaliksi, jotka on suunniteltu täydentämään tyhjiön kytkentälaitteita .
Eristeitä käytetään sotilasmarkkinoiden kuluttamien pimeänäkölaitteiden sähköeristysmateriaalina. Pimeänäkölaitteen pääelementti on kuvanvahvistinputki (IC), joka vahvistaa valoa ja lisäksi muuntaa infrapunavalon näkyväksi valoksi.
Armored keramiikkaPanssaroidusta keramiikasta valmistettuja tuotteita käytetään suojaamaan erikoislaitteita ja henkilöstöä automaattisilta pienaseilta, jotka voivat tarjota suojan luokkaan 6a asti. Venäjän puolustusministeriön etujen mukaisesti NEVZ-Soyuz Holding Company on viimeisten 2 vuoden aikana omasta aloitteestaan kehittänyt ja hallinnut yksityiskohtaisen tuotevalikoiman tuotannon - 7 tyyppiä, 32 kokoa panssaroitua keramiikkaa ( suorakaiteen muotoiset litteät ja sädepanssarilevyt, joiden mitat ovat 50 × 50 mm ja 100 × 100 mm paksuusalueella 6-12 mm, panssaroidut rullat, joiden halkaisija on 13-29 mm ja korkeusalue 11-24 mm, kuusikulmiot, joiden ”avaimet käteen” koko on 20–40 mm ja paksuusalue 6–40 mm), joista:
Parhaillaan kehitetään ja testataan useita panssaroidun keramiikan elementtejä, joilla on säteilyä absorboivia ominaisuuksia, jotta laivaston aluksia voidaan suojella nopeilta laivojen torjuntaohjusten sirpaleilta ja ohjauspäiden havaitsemiselta mikroaaltoalueella [10] .
Keraamiset alustat puolijohdelaitteisiinKeraamiset substraatit valmistetaan perustuen alumiinioksidiin ( Al 2 O 3 -pitoisuus yli 94 %) tai alumiininitridi AlN -keramiikkaan, jotka on suunniteltu erilaisten elektronisten laitteiden rakenteiden, kokoonpanojen ja elementtien sähköeristykseen. Substraateissa käytetty keramiikka on ei - hygroskooppista , lämmönkestävää , eristävää materiaalia, jolla on korkeat mekaaniset ja sähköiset ominaisuudet, ja se erottuu suhteellisen yksinkertaisesta valmistustekniikasta ja alhaisista kustannuksista. Mekaaninen lujuus puristus-, veto- ja taivutustyössä on riittävä käytännön käyttöön. Keraamisten substraattien lämmönjohtavuuden, sähkövastuksen ja lujuusominaisuuksien parantamiseksi keraamisen koostumuksen koostumukseen lisätään modifioituja Al 2 O 3 - ja AlN - nanojauheita ja vahvistavia Al 2 O 3 - nanokuituja. Keraamisella alustalla on kaksi päätehtävää:
Käyttöalueet:
Biokeramiikkatuotteita käytetään selkärangan , lonkkanivelten vammojen ja sairauksien kirurgiseen hoitoon sekä hammassairauksien hoitoon .
Keraamisia elementtejä käyttävien venttiilien lupaavimmat käyttöalueet ovat:
Venttiilien suunnittelussa käytettävien keraamisten elementtien erityinen etu on, että ne voidaan integroida massatuotantoon valmistettuihin venttiileihin ilman perustavanlaatuisia muutoksia palloventtiilien ja kuristimien suunnittelussa, jolloin saadaan aikaan merkittävä lisäys kestävyydessä ja venttiilien luokan lisäys.
Metallirunkoon upotettuja teknisiä keraamisia venttiilikokoonpanoja käyttävien sulkuventtiilien edut ovat seuraavat: