Войти
A кермет - это композитный материал, состоящий из керамики (цермет) и металла (металик).
Кермет идеально разработан, чтобы иметь оптимальные свойства как керамики, такие как устойчивость к высоким температурам и твердость, так и свойства металла, такие как способность выдерживать пластическая деформация. Металл используется в качестве связующего для оксида, борида или карбида. Обычно в качестве металлических элементов используются никель, молибден и кобальт. В зависимости от физической структуры материала керметы также могут быть композитами с металлической матрицей, но керметы обычно содержат менее 20% металла по объему.
Керметы используются при производстве резисторов (особенно потенциометров ), конденсаторов и других электронных компонентов, которые может возникнуть высокая температура.
Керметы используются вместо карбида вольфрама в пилах и других паяных инструментах из-за их превосходных свойств износостойкости и коррозии. Нитрид титана (TiN), (TiCN), карбид титана (TiC) и аналогичные изделия можно паять как карбид вольфрама, если они должным образом подготовлены, однако они требуют особого обращения при шлифовании.
Композиты из фаз MAX, нового класса тройных карбидов или нитридов с алюминием или титаном Сплавы изучаются с 2006 года как ценные материалы, демонстрирующие благоприятные свойства керамики с точки зрения твердости и прочности на сжатие наряду с пластичностью и вязкостью разрушения, обычно присущими металлам. Такие металлокерамические материалы, в том числе фазовые композиты алюминий-MAX, имеют потенциальное применение в автомобильной и аэрокосмической промышленности.
Некоторые типы металлокерамики также рассматриваются для использования в качестве защиты космических кораблей, поскольку они выдерживают высокоскоростные удары микрометеороиды и орбитальный мусор намного эффективнее, чем более традиционные материалы для космических аппаратов, такие как алюминий и другие металлы.
После Второй мировой войны, стала очевидной необходимость разработки высокотемпературных и высокопрочных материалов. Во время войны немецкие ученые разработали керметы на оксидной основе в качестве заменителей сплавов. Они увидели применение этого в высокотемпературных секциях новых реактивных двигателей, а также в высокотемпературных лопатках турбин. Сегодня керамика обычно используется в камере сгорания реактивных двигателей, поскольку она обеспечивает термостойкую камеру. Также были разработаны керамические лопатки турбины. Эти лопасти легче стали и допускают большее ускорение узлов лопастей.
ВВС США увидели потенциал в технологии материалов и стали одним из основных спонсоров различных исследовательских программ в США. Одними из первых университетов, начавших исследования, были Государственный университет Огайо, Университет Иллинойса и Университет Рутгерса.
Слово металлокерамика было фактически придумано Соединенными Штатами. Air Force, идея состоит в том, что они представляют собой комбинацию двух материалов: металла и керамики. Основные физические свойства металлов включают пластичность, высокую прочность и высокую теплопроводность. Керамика обладает основными физическими свойствами, такими как высокая точка плавления, химическая стабильность и особенно стойкость к окислению.
. В первом разработанном металлокерамическом материале использовался оксид магния (MgO), оксид бериллия (BeO) и оксид алюминия (Al 2O3) для керамической детали. Упор на прочность на разрыв при высоком напряжении составлял около 980 ° C. Университет штата Огайо был первым, кто разработал керметы на основе Al 2O3с высокой прочностью на разрыв при напряжении около 1200 ° C. Kennametal, металлообрабатывающая и инструментальная компания, базирующаяся в Латроб, Пенсильвания, разработала первый кермет из карбида титана с давлением 19 мегапаскалей (2800 фунтов на квадратный дюйм) и 100-часовым пределом прочности. прочность при 980 ° C. Реактивные двигатели работают при этой температуре, и дальнейшие исследования были направлены на использование этих материалов для компонентов.
Контроль качества при производстве этих металлокерамических композитов было трудно стандартизировать. Производство приходилось ограничивать небольшими партиями, и внутри этих партий свойства сильно различались. Разрушение материала обычно было результатом необнаруженных дефектов, которые обычно зарождались во время обработки.
Существующие технологии в 1950-х годах достигли предела для реактивных двигателей, когда многое можно было улучшить. Впоследствии производители двигателей отказались от разработки двигателей из металлокерамики.
Интерес возобновился в 1960-х, когда нитрид кремния и карбид кремния стали предметом более пристального внимания. Оба материала обладали лучшей термостойкостью, высокой прочностью и умеренной теплопроводностью.
1. Взвешивание стеатитовых ингредиентов
2. Процесс грануляции стеатита
3. Прессование стеатитовой стружки
4. Высокотемпературный обжиг стеатитовой стружки
5. Потенциометр Beckman Model 61 (экранирование металлокерамики)
6. Окончательный обжиг металлокерамики
7. Проверка электрического сопротивления
8. Окончательная сборка
Керметы впервые стали широко применяться в соединениях керамика-металл. Конструкция электронных ламп была одной из первых критически важных систем, и электронная промышленность использовала и разработала такие уплотнения. Немецкие ученые признали, что вакуумные лампы с улучшенными характеристиками и надежностью могут быть произведены путем замены стекла керамикой. Керамические трубки могут дегазироваться при более высоких температурах. Из-за высокотемпературного уплотнения керамические трубки выдерживают более высокие температуры, чем стеклянные. Керамические трубки также механически прочнее и менее чувствительны к тепловому удару, чем стеклянные. Сегодня покрытия для вакуумных трубок из металлокерамики оказались ключевыми в солнечных системах горячего водоснабжения.
Металлические керамические механические уплотнения также использовались. Традиционно они использовались в топливных элементах и других устройствах, которые преобразуют химическую, ядерную или термоэлектронную энергию в электричество. Металлокерамическое уплотнение требуется для изоляции электрических секций турбинных генераторов, предназначенных для работы в коррозионных парах жидкого металла.
Биокерамика играет важную роль в биомедицинских материалах.. Развитие этих материалов и разнообразие технологий производства расширили области применения, которые можно использовать в организме человека. Они могут быть в виде тонких слоев на металлических имплантатах, композитах с полимерным компонентом или даже просто пористой сетке. Эти материалы хорошо работают в организме человека по нескольким причинам. Они инертны, и поскольку они рассасываются и активны, материалы могут оставаться в организме в неизменном виде. Они также могут растворяться и активно участвовать в физиологических процессах, например, когда гидроксилапатит, материал, химически подобный структуре кости, может интегрироваться и способствовать росту кости в нем. Общие материалы, используемые для изготовления биокерамики, включают оксид алюминия, диоксид циркония, фосфат кальция, стеклокерамику и пиролитический углерод.
Одно из важных применений биокерамики - операция по замене тазобедренного сустава. Материалами, используемыми для замены тазобедренного сустава, обычно были металлы, такие как титан, при этом тазобедренный сустав обычно облицован пластиком. Многоосный шар был прочным металлическим шаром, но в конечном итоге был заменен более прочным керамическим шаром. Это уменьшило шероховатость, связанную с металлической стенкой и пластиковой подкладкой искусственной тазобедренной впадины. Использование керамических имплантатов продлило срок службы заменяемых частей бедра.
Керметы также используются в стоматологии в качестве материала для пломб и протезов.
Керамические детали использовались вместе с металлическими деталями в качестве фрикционных материалов для тормозов и муфт.
Армия Соединенных Штатов и Британская армия провели обширные исследования в области разработки металлокерамики. К ним относятся разработка легкой керамической брони, защищающей от снарядов для солдат, а также броня Чобхэма.
Керметы также используются при механической обработке на режущих инструментах.
Керметы также используются в качестве материал кольца в высококачественных лесках для удочек.
Кермет из обедненного делящегося материала (например, уран, плутоний ) и содалит был исследован на предмет его преимуществ при хранении ядерных отходов.. Подобные композиты также были исследованы для использования в качестве источника топлива.
В качестве наноструктурированного кермета этот материал используется в оптической области, например, в солнечных поглотителях / селективной поверхности. Благодаря размеру частиц (~ 5 нм) на металлических частицах образуются поверхностные плазмоны, которые обеспечивают передачу тепла.
По причинам, связанным с роскошью, металлокерамика иногда используется в качестве материала корпуса для некоторых часов, в том числе для часов Deep Sea Chronograph Vintage Cermet от Jaeger-LeCoultre. Он также использовался (ноябрь 2019 г.) на лицевой панели флагманских дайверских часов Seiko Prospex LX Line Limited Edition.
