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高温陶瓷材料市场前景广阔

发布时间:2020-06-22 13:47:24 阅读: 来源:钢构保温棉厂家

高温陶瓷材料市场前景广阔

现代科学技术的飞速发展,迫切要求发展高温高强度材料。在火箭导弹、超音速飞机、宇宙航行、现代冶金、电子技术以及新能源等技术领域中,高温材料不仅要求具有耐高温性能,而且还分别要求具有抗热冲击性、耐腐蚀性、抗氧化性以及电子方面的性能。高温陶瓷材料是近年来使用较为广泛的材料。

为什么陶瓷材料能够耐高温呢?这要从材料的内部结构谈起。现今的材料大体可简单分为金属材料和非金属材料,非金属材料又可分为无机材料和有机材料。不论任何材料,其性质(如熔点、硬度、导电性等)主要取决于材料的微观结构,亦即取决于内部质点的结合方式和结合力。有机材料大多是分子结合,质点间是靠比较弱的分子力(亦称范德华力)联系起来,因此熔点低,硬度小,往往几百度就熔化了。金属材料的结合主要是靠金属键,即由自由电子和构成晶格的正离子之间的静电引力结合起来,这种键的结合力比分子键弱,但比共价键强,因此除少数过渡金属外,大多数金属的熔点和硬度并不算高,而作为无机非金属材料的陶瓷主要是离子结合和共介结合,结合力最强,所以它具有高的熔点和硬度。由于正负离子的外层电子处于稳定结构,是子被牢固地束缚在离子外围,不能自由运动,所以有很好的电绝缘性、化学稳定性和抗氧化性,这就是陶瓷材料能够耐高温的根本原因。

高温陶瓷材料的主要弱点是脆性,这曾严重地限制了它的应用。近十几年来,在广大科技人员努力下,陶瓷的脆性得到了一定程度的克服,获得了广泛的应用。

在冶金工业中,用高温陶瓷制作高温炉的炉膛、炉管、炉衬、热电偶保护管、坩埚等。可熔炼尖端技术上用的稀有金属、难熔金属,这些金属和合金要求达到极高的纯度,又有一定的活性,在熔融状态下很容易与一般耐火材料和金属材料起作用而被污染。而一些高温陶瓷可满足这一要求。如用Zro2和Tho2做成的坩埚可熔炼金属钛(Ti)。又如,大家知道,现代喷气式飞机的动力部分是在烈火中工作的,从燃烧室到涡轮喷气发动机到尾喷管都要接触上千度的高温燃气,特别是涡轮机叶片,既要承受高温,又要承受每分钟上万转速度所产生的巨大离心力。为节省燃料,需要提高燃气温度,如将涡轮进口温度从900℃提高到1300℃,热效率将提高50%。要提高燃气温度并不难,困难的是不容易找到合适的高温高强度材料。现在使用的以Ni、Cr、Co为主要成分的高温合金只能用于1000℃左右,再进一步改进,潜力也不大了。而采用难熔金属W、Ta、Nb、Mo等又容易氧化,所以人们试图从陶瓷材料中寻找出路。目前许多研究工作表明,氮化硅(Si3N4)、碳化钛(TiC)这些高温高强度陶瓷是有可能胜任的。

在原子能工程中,高温陶瓷材料可以作为核燃料、控制材料、减速材料、反射材料和屏蔽材料。通常原子反应堆是采用金属铀作核燃料的,但铀在660℃时有热变态现象,因而使用温度低,难以获得高温热源,这样就限制了原子能设备(如发电站、核潜艇)的效率。现在改用陶瓷核燃料UO2、UC、ThO2等,这些材料熔点很高,高温时没有相应、耐腐蚀、可以把反应堆温度提高到1500℃以上。在电子工程中,为了获得高能电源,近年来正研究磁流体发电,就是用2000多度的高温高速等离子气流通过一通道,在磁场作用下产生电流,这种通道是用耐腐蚀耐磨的高温绝缘陶瓷如MgO、Al2O3、BeO等做的,所用的电极常用高温导电陶瓷如ZrO2、LaCrO3等做成,这种高瓷电源技术能否在实践中得到广泛应用,很大程度上要看高温陶瓷材料能否满足要求。

随着科学技术的发展,高温陶瓷材料还将获得更广泛的应用。

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