Con la aparición de nuevas tecnologías como el desarrollo energético, la tecnología espacial, la tecnología electrónica, la tecnología láser, la tecnología optoelectrónica, la tecnología infrarroja y la tecnología de detección, los materiales generales existentes ya no pueden cumplir con los requisitos. Los materiales cerámicos se han convertido en uno de los focos del desarrollo de nuevos materiales debido a sus ventajas únicas como resistencia al calor, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, peso ligero, aislamiento y aislamiento térmico.
En el mundo de los nuevos materiales, los materiales cerámicos, los materiales metálicos y los materiales poliméricos orgánicos forman una fuerza tripartita. Al mismo tiempo, se combinan entre sí y aprenden de las fortalezas de los demás para compensar sus debilidades, convirtiéndose en los pilares de lo nuevo. revolución tecnológica.
La cerámica se compone principalmente de algunos minerales no metálicos, nitruro de silicio, óxido de silicio, etc. Tiene mayor resistencia al calor y a las reacciones químicas que el acero, y es muy adecuada para reemplazar diversas aleaciones para fabricar equipos mecánicos de alta temperatura, como los de combustión interna. motores. Desde la década de 1990, nuevas mejoras en la tecnología de fusión en caliente y la tecnología de secado por aspersión han ayudado a la gente a comprender la composición real de la cerámica. Utilizando cerámica como material de matriz y combinándola con agentes de refuerzo como fibras continuas, bigotes y partículas, los materiales compuestos cerámicos resultantes se pueden utilizar para fabricar dispositivos cerámicos compuestos en muchos aspectos, como aviación, instrumentos de precisión, herramientas mecánicas, electrónica, y el cuerpo humano.
Después de la composición de alta tecnología, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la corrosión de las cerámicas comunes son incluso mayores que las del acero o los materiales de aleación de alta temperatura. Es particularmente ideal usarlo para fabricar motores, equipos aeroespaciales o equipos de buceo. A medida que la tecnología de secado por microondas se vuelve cada vez más perfecta, el rendimiento de las cerámicas compuestas continúa mejorando. Los fabricantes de herramientas alemanes aprovechan la dureza de las cerámicas compuestas para producir herramientas de corte como brocas y cuchillos para cortar placas de metal. Cuando las empresas británicas producen engranajes reductores, ejes de bolas y otros productos, también han aumentado el uso de cerámicas compuestas. El objetivo del sector sanitario estadounidense de utilizar cerámicas compuestas para sustituir determinados soportes metálicos que entran en el cuerpo humano también se ha hecho realidad. A finales de 2000, las ventas de cerámicas compuestas de alta tecnología en el mercado internacional alcanzaron los 190 mil millones de dólares, incluidos 55 mil millones de dólares en el mercado de Europa occidental y 30 mil millones de dólares en el mercado japonés. Al entrar en el siglo XXI, la tasa de crecimiento de la inversión en el desarrollo de cerámicas compuestas de alta tecnología en los Estados Unidos, la Comunidad Europea, Japón y algunos países en desarrollo superará el 20%. Sólo el ejército estadounidense ha invertido 200 millones de dólares en investigación y desarrollo de cerámicas compuestas. Las cerámicas estructurales avanzadas se han utilizado ampliamente en las industrias de automóviles, aviones, transporte de energía, equipos eléctricos y maquinaria, y gradualmente se están utilizando en la industria química, ingeniería nuclear, equipos médicos y maquinaria alimentaria y otras industrias. Sus principales usos incluyen diversas piezas estructurales de alta temperatura (boquillas, intercambiadores de calor, sedimentadores, filtros de alta temperatura, válvulas de bola de alta temperatura, elementos calefactores).etc.), piezas resistentes al desgaste (cojinetes, medios de molino de bolas, placas de deshidratación, etc.), piezas resistentes a la corrosión (como tuberías, válvulas de bola, materiales de bombas, etc.), juntas, piezas estructurales resistentes a impactos (cerámica blindaje), piezas cerámicas para motores, etc.
En la década de 1980, en el contexto de la crisis internacional del petróleo, los países compitieron para invertir enormes sumas de dinero en el desarrollo de motores cerámicos, lo que condujo al desarrollo de una gran cantidad de cerámicas avanzadas, especialmente productos cerámicos estructurales y tecnologías de preparación. En la actualidad, las piezas de cerámica para motores de automóviles desarrolladas con cerámica de alta tecnología y las piezas de automóviles con superficie modificada utilizando polvo cerámico han ingresado al mercado en grandes cantidades, mejorando en gran medida el rendimiento de trabajo de los automóviles.
El uso militar de materiales cerámicos siempre ha sido una parte importante del programa de materiales avanzados de Estados Unidos. La cerámica se utiliza ampliamente en equipos militares, desde cabinas blindadas de vitrocerámica hasta misiles Patriot y helicópteros Apache. Las cerámicas ligeras también se utilizan ampliamente en los aviones de combate modernos. A menudo se instala armadura de cerámica en los asientos, los costados y el piso de la cabina para proteger a la tripulación de los ataques terrestres. La cerámica también se utiliza en muchos sistemas de comunicación por radar militares. El radar del sistema de misiles Patriot está construido con componentes cerámicos. En términos de cerámica estructural, la vida útil de las herramientas de corte es decenas de veces mayor que la de las herramientas metálicas comunes. Por ejemplo, el carburo cementado a base de carbonitruro de titanio y el diamante monocristalino son las mejores herramientas para el procesamiento de precisión de metales no ferrosos, cerámica, vidrio, grafito y otros materiales.
Con la creciente demanda de estos materiales en los sectores de energía, transporte, automóvil, aeroespacial, electrónica, militar y otros, la aplicación de herramientas de corte cerámicas de alto rendimiento se generalizará.
Las cerámicas estructurales avanzadas tienen muchas propiedades excelentes, como alta resistencia, resistencia a altas temperaturas, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, gravedad específica pequeña y buena estabilidad química. En comparación con los materiales metálicos y poliméricos, su principal desventaja es que es frágil y poco resistente al impacto. Por tanto, el alcance y la velocidad de aplicación de los materiales cerámicos estructurales avanzados dependen principalmente de dos aspectos del trabajo. Uno es resolver el problema de la fragilidad de la cerámica y el otro es la economía del proceso de producción. En particular, las propiedades de la cerámica son muy sensibles al tamaño de las partículas, la pureza, la microestructura después de la cocción y las condiciones del proceso de las materias primas. Por lo tanto, la investigación y el desarrollo de nuevos materiales cerámicos y la mejora de los procesos de producción deben llevarse a cabo simultáneamente. y los dos son inseparables.
En la industria petrolera, uno de los yacimientos petrolíferos.Para algunas piezas de equipos de perforación, piezas de equipos de elevación, bombas, válvulas de bola, juntas de tuberías, diversas tuberías y muchas otras piezas que requieren resistencia a la corrosión y al desgaste, se puede considerar que la cerámica reemplace los metales para extender su vida útil y aumentar las tasas de recuperación. Además, las cerámicas de espuma, las cerámicas superplásticas, las cerámicas compuestas de plástico, los lubricantes cerámicos en polvo y diversos materiales y componentes cerámicos finos también se utilizan ampliamente en la industria petrolera.
Las cerámicas espumadas livianas tienen una estructura de burbujas independiente, una gravedad específica pequeña, un buen rendimiento de procesamiento, un buen aislamiento térmico y una resistencia a altas temperaturas. Este tipo de cerámica espumada liviana es una espuma liviana inorgánica que se obtiene calentando y espumando las materias primas mezcladas de polvo cerámico y agente espumante. Al controlar las condiciones del proceso de sinterización y la mezcla de materias primas, se produce una estructura con celdas independientes uniformes (de 0,1 mm a 3 mm de diámetro) como la espuma de poliuretano. Su aislamiento térmico es de 8 a 20 veces mayor que el del hormigón y su temperatura máxima resistente al calor puede alcanzar los 800°C.
Además del desarrollo de materiales cerámicos estructurales de alta temperatura, el ámbito de aplicación de los materiales cerámicos de película superficial se expande constantemente y las perspectivas de desarrollo son muy optimistas. Tiene tendencia a la miniaturización, multicapa, película delgada y multifuncionalidad. Además de su uso en los campos de la maquinaria y la industria química, también se han producido con éxito artesanías de metal recubiertas con películas cerámicas. Por ejemplo, recientemente se lanzó en Japón un material cerámico elástico que se puede estirar y doblar a voluntad. Su longitud después del estiramiento se puede aumentar en más de 10 veces. Las cerámicas de nitruro de silicio sinterizado producidas mediante este método pueden fabricar de manera eficiente y económica diversos productos de formas complejas, como herramientas de corte, anillos de sellado, cojinetes, boquillas y diversos productos resistentes a altas temperaturas, al desgaste y a la corrosión, etc. . Las cerámicas funcionales se utilizan cada vez más. Por ejemplo, las cerámicas superconductoras pueden hacer que la corriente fluya sin resistencia ni pérdida de calor, de modo que los trenes maglev puedan viajar a una velocidad de 200 a 300 kilómetros por hora, teniendo así amplias perspectivas. Las unidades informáticas del tamaño de un escritorio en las supercomputadoras funcionarán miles de veces más rápido que las computadoras actuales. Otras aplicaciones de la cerámica funcional incluyen: diversos sensores, actuadores, materiales optoelectrónicos, semiconductores y condensadores multicapa. Los revestimientos cerámicos también se suelen utilizar para proteger o lubricar muchos materiales, como los metales.
Estos recubrimientos cerámicos pueden prevenir eficazmente que las computadoras y otros dispositivos electrónicos pierdan energía, fallen los componentes y se desgasten excesivamente. En el procesamiento de materiales cerámicos de alto rendimiento, la tecnología de procesamiento láser se ha vuelto popular en los últimos años. La tecnología de procesamiento láser de materiales cerámicos puede reducir los costos de procesamiento en un 50%. esta habilidadEsta tecnología es especialmente adecuada para determinadas piezas cerámicas de pequeños lotes y pequeñas especificaciones que se producen sin utilizar moldes debido a los costes de fabricación de los moldes. En primer lugar, el material cerámico se calienta a 1000°C utilizando un láser para ablandarlo. La intensidad del láser y el área calentada deben controlarse con precisión, y el área calentada debe limitarse a una parte muy pequeña del material. Luego, el material cerámico caliente se traslada a un torno hecho de material boronizado superduro para su procesamiento. Una de las grandes ventajas del procesamiento láser es que puede lograr dimensiones geométricas complejas en un solo corte, mientras que los métodos convencionales requieren varios tornos para dar forma al material.
