Classification et application des céramiques avancées
Selon les concepts et les applications de la céramique, les produits céramiques peuvent être classés en deux catégories principales : les céramiques conventionnelles (céramiques traditionnelles) et les céramiques avancées. La céramique conventionnelle fait référence à divers produits fabriqués à partir d'argile et de ses minéraux naturels grâce à des processus tels que le concassage, le mélange, le façonnage et la cuisson. Les céramiques avancées, quant à elles, se caractérisent par l'utilisation de matières premières hautement sélectionnées ou synthétisées avec un contrôle précis de la composition chimique, traitées à l'aide de techniques de fabrication propices au contrôle, permettant une conception structurelle et présentant des caractéristiques supérieures.
Les céramiques avancées peuvent être classées en deux types en fonction de leurs caractéristiques : les céramiques structurelles et les céramiques fonctionnelles.
1. Céramique structurelle
Les céramiques structurelles font référence aux céramiques qui peuvent être utilisées comme matériaux structurels techniques, largement classées en composites à base d'oxyde, sans oxyde et à matrice céramique à usage structurel.
Des exemples de céramiques structurelles comprennent les outils de coupe, les moules, les pièces résistantes à l'usure, les composants de pompes et de vannes, les pièces de moteur, les échangeurs de chaleur et les blindages. Les principaux matériaux utilisés comprennent le nitrure de silicium (Si3N4), le carbure de silicium (SiC), la zircone (ZrO2), l'alumine (Al2O3), entre autres.
2. Céramique fonctionnelle
Les céramiques fonctionnelles sont des produits à forte intensité de connaissances et de technologie et très variés. Ces matériaux possèdent diverses excellentes fonctions telles que les propriétés diélectriques aux micro-ondes, la sensibilité aux gaz, la supraconductivité, les propriétés du gradient de résistivité, les propriétés ferroélectriques et les comportements de transition de phase, la maniabilité multicouche et les propriétés de relaxation, entre autres, rendant leurs applications extrêmement diverses.
(1)Matériaux d'isolation électronique
Le matériau d’isolation électronique couramment utilisé au niveau international est l’Al2O3. Ces dernières années, de nouveaux matériaux d'isolation électronique tels que les céramiques AlN sont apparus, possédant d'excellentes propriétés telles qu'une résistance élevée, une isolation élevée, une faible constante diélectrique et une conductivité thermique élevée. Leur coefficient de dilatation thermique peut correspondre à celui du silicium monocristallin et ils sont principalement utilisés comme substrats de dissipation thermique pour les circuits intégrés à grande échelle et les circuits de modules de puissance.
(2)Matériaux diélectriques en céramique
Les matériaux diélectriques des condensateurs céramiques utilisés pour régler les circuits et protéger les unités logiques et de mémoire sont principalement à base de BaTiO3. De plus, il existe des matériaux pérovskites composites à constante diélectrique élevée, avec le développement de matériaux diélectriques élevés où la constante diélectrique peut atteindre jusqu'à 10 ^ 5 à une fréquence de 10 ^ 5 Hz, plusieurs fois, voire des dizaines de fois, supérieure à celle des condensateurs céramiques conventionnels.
(3)Matériaux céramiques piézoélectriques
Les dispositifs piézoélectriques couramment utilisés comprennent les capteurs, les allumeurs à gaz, les alarmes, les appareils audio, les équipements de diagnostic médical et les appareils de communication. Le matériau piézoélectrique typique est le PZT, et de nouveaux types incluent des matériaux céramiques piézoélectriques à haute sensibilité et haute stabilité, des matériaux céramiques électrostrictifs et des matériaux céramiques pyroélectriques.
(4)Matériaux céramiques magnétiques
Les matériaux céramiques magnétiques peuvent être divisés en matériaux magnétiques durs et magnétiques doux. Les matériaux magnétiques durs ne sont pas facilement magnétisés ou démagnétisés et sont représentés par les aimants en ferrite et les aimants aux terres rares, principalement utilisés pour les aimants et les composants de stockage magnétique. Les matériaux magnétiques doux sont facilement magnétisés et démagnétisés, avec des directions de champ magnétique variables, principalement utilisés pour les composants électroniques répondant à des champs magnétiques alternatifs.
(5)Matériaux céramiques supraconducteurs
Depuis les avancées significatives dans la recherche sur les céramiques supraconductrices dans les années 1980, la recherche et les applications des matériaux céramiques supraconducteurs à haute température ont attiré beaucoup d'attention. L'application de matériaux supraconducteurs à haute température se développe vers des applications à courant élevé, l'électronique et les propriétés antimagnétiques.
(6)Matériaux céramiques antimicrobiens
Les matériaux céramiques antimicrobiens constituent une nouvelle génération de matériaux fonctionnels apparus avec le développement de la science et de la civilisation sociale. Les agents antimicrobiens inorganiques peuvent être classés en trois catégories en fonction de leurs mécanismes d'action sur les micro-organismes : l'une est principalement fixée sur des supports de matériaux inorganiques tels que les zéolites, l'hydroxyapatite, le gel de silice et le verre par adsorption physique ou échange d'ions, contenant des métaux antimicrobiens ou leurs ions. comme l'argent, le cuivre et le zinc. La deuxième catégorie est celle des agents antimicrobiens photocatalytiques à base de particules de dioxyde de titane, dans lesquels le dioxyde de titane peut convertir des molécules d'oxygène en oxygène actif sous la lumière, générant ainsi des radicaux d'oxygène actif dans l'eau pour présenter des effets antibactériens et bactéricides. La troisième catégorie concerne les matériaux antimicrobiens dotés d’une fonctionnalité de rayonnement infrarouge lointain. Le rayonnement infrarouge lointain a des effets antimicrobiens limités, ces matériaux doivent donc être utilisés conjointement avec les deux premiers types de matériaux pour avoir une meilleure valeur d'application.
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