Каковы основные свойства керамического порошка?

Керамические порошки , также известный как керамические частицы или мелко разделенные керамические материалы , сформировать фундаментальные строительные блоки для огромного спектра передовых керамических продуктов. Их уникальная комбинация физических и химических атрибутов диктует конечные свойства изготовленной керамики, влияя на все, от их механической прочности и термического сопротивления до их электрической проводимости и оптической прозрачности. Понимание этих основных свойств имеет решающее значение для ученых, инженеров и производителей материалов, инженеров и производителей, участвующих в проектировании и производстве керамических компонентов.

1. Размер и распределение частиц

Одним из наиболее важных свойств керамического порошка является его Размер частиц Полем Это относится к среднему диаметру отдельных частиц внутри порошка. Порошки могут варьироваться от нанометров (нанопооров) до нескольких десятков микрометров. Тесно связано Распределение частиц по размерам (PSD) , который описывает диапазон размеров частиц, присутствующих в данном образце.

• Влияние: Меньший средний размер частиц, как правило, приводит к более высокой плотности зеленого цвета (плотность непредвиденного керамического тела) и обеспечивает более низкие температуры спекания. Узкое распределение частиц по размерам (больше равномерных частиц) часто предпочтительнее, поскольку оно способствует более однородной упаковке, уменьшает дефекты и приводит к более последовательным конечным свойствам после спекания. Широкие распределения могут привести к дифференциальной усадке во время стрельбы и увеличению пористости.

2. Форма частиц

А форма керамических частиц может значительно варьироваться, от сферического, эквиасиационного (примерно равных размеров во всех направлениях) и, как пластин, до нерегулярного или игольчащего.

• Влияние: Форма частиц влияет на плотность упаковки порошка, потоковиемость и точки контакта между частицами. Например, сферические частицы имеют тенденцию упаковать более эффективно и течь лучше, чем нерегулярные, что может быть выгодно в таких процессах, как сухое прессование. Однако нерегулярные формы могут иногда привести к большей прочности зеленого из -за механической блокировки.

3. Площадь поверхности

А Удельная площадь поверхности керамического порошка относится к общей площади поверхности на единицу массы порошка. Он обратно пропорционален размеру частиц; Меньшие частицы имеют большую удельную площадь поверхности.

• Влияние: Высокая удельная площадь поверхности может способствовать более быстрой кинетике спекания из -за большей точек контакта и более коротких диффузионных путей. Тем не менее, это также может привести к увеличению агломерации (скопления частиц) и более высокой поверхностной энергии, что делает порошок более реактивным и потенциально сложным для обработки. Химия поверхности и адсорбированные виды также играют здесь важную роль.

4. Химический состав и чистота

А химический состав керамического порошка диктует его фундаментальный характер, определяя его кристаллическую структуру, тип связи и присущие свойства. Чистота относится к отсутствию нежелательных примесей.

• Влияние: Даже следы примесей могут значительно изменить поведение спекания, микроструктуру и окончательные свойства керамики. Например, некоторые примеси могут действовать как ингибиторы роста зерна или промоторы, или они могут образовывать вторичные фазы, которые ослабляют материал или влияют на его электрические свойства. Высокопроизводительная керамика часто требует чрезвычайно высоких уровней чистоты.

5. Кристаллическая структура

Большинство керамических порошков являются кристаллическими, а это означает, что их атомы расположены в высоко упорядоченной, повторяющейся решетке. А кристаллическая структура (например, кубический, шестиугольный, тетрагональный) является внутренним химическим составам материала. Некоторые керамические порошки также могут быть аморфными (некристаллические).

• Влияние: Кристаллическая структура в основном определяет многие свойства керамики, включая ее механическую прочность, тепловое расширение, электрическую проводимость и оптические характеристики. Полиморфизм (способность материала существовать в более чем одной кристаллической структуре) также важен, так как фазовые преобразования во время обработки могут влиять на конечную микроструктуру и свойства.

6. Плотность (истинная и очевидная)

Истинная плотность (Также известная как теоретическая плотность или скелетная плотность) является плотностью самого твердого материала, исключая любые поры. Кажущаяся плотность (или объемная плотность) относится к плотности порошка в его упакованном состоянии, включая межчастичные пустоты.

• Влияние: Истинная плотность - это постоянная материала. Очевидная плотность важна для обработки, поскольку она влияет на заполнение плесени, поведение уплотнения и количество материала, необходимого для достижения желаемой плотности зеленого цвета. Более высокая кажущаяся плотность обычно указывает на лучшую упаковку и меньшую пористость в зеленом теле.

7. Потока и угол отдыха

Потока описывает, как легко течет порошок, что имеет решающее значение для однородного наполнения кубиками в таких процессах, как нажатие. А угол отдыха является распространенной мерой потокости, представляющей угол конической кучи, образованной при наличии порошка на плоскую поверхность. Меньший угол покоя указывает на лучшую поток.

• Влияние: Хорошая потока обеспечивает постоянную плотность зеленого тела и уменьшает дефекты, вызванные неравномерным распределением порошка. Факторы, такие как размер частиц, форма, шероховатость поверхности и содержание влаги, влияют на поток.

8. Агломерация

Агломерация Относится к тенденции отдельных керамических частиц, которые придерживаются вместе, образуя большие кластеры. Это могут быть мягкие агломераты (слабо связанные) или жесткие агломераты (сильно связаны).

• Влияние: Жесткие агломераты особенно проблематичны, так как они могут сохраняться посредством обработки, что приводит к локализованным изменениям плотности, пор и, в конечном счете, дефектам в последней керамике. Дисперсирование агломератов является ключевой проблемой в керамической обработке и часто требует фрезерования или дисперсионных агентов.