Microstructuur bepaalt macro-prestaties: de materiaalwetenschap van technische keramiek

De uitzonderlijke eigenschappen van industriële keramiek zijn niet toevallig; ze zijn ontwikkeld op microscopisch niveau. Het begrijpen van het verband tussen microstructuur en prestaties is de sleutel tot een juiste materiaalkeuze.

• Fijnere korrels (<1 µm):Verhoog de hardheid, sterkte en slijtvastheid (volgens de Hall-Petch-relatie). Ideaal voor snijgereedschappen en slijtplaten.
• Grovere korrels (1-10 µm):Kan de breuktaaiheid en de weerstand tegen thermische schokken verbeteren. Gebruikt in sommige vuurvaste en structurele toepassingen.
• Controle:De sintertijd en -temperatuur worden nauwkeurig gecontroleerd om de beoogde korrelgrootte te bereiken.

• Lage porositeit (<1%):Maximaliseert mechanische sterkte, stijfheid en thermische geleidbaarheid. Essentieel voor structurele en slijtagecomponenten.
• Technische porositeit (5-40%):Creëert lichtgewicht onderdelen, thermische isolatie of filters. Kracht wordt opgeofferd voor functionaliteit.

De hoge breuktaaiheid van Zirkonia – ongebruikelijk voor keramiek – is te danken aan een slimme microstructurele truc:

1. Het is gestabiliseerd in ametastabiele tetragonale fasebij kamertemperatuur met behulp van additieven zoals Yttria.
2. Wanneer een zich voortplantende scheur spanning veroorzaakt, transformeren de korrels aan de scheurpunt in eenmonokliene fase.
3. Deze transformatie gaat gepaard met een3-5% volume-uitbreiding, waardoor de scheur wordt samengedrukt en de voortplanting ervan wordt belemmerd.

• Voor maximale hardheid/slijtage:Kiezenfijnkorrelig, zeer zuiver aluminiumoxide.
• Voor hoge taaiheid en sterkte:Kiezenyttriumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ).
• Voor weerstand tegen thermische schokken:Kiezengrofkorrelig siliciumcarbidemet hoge thermische geleidbaarheid.

Conclusie:Het specificeren van een keramisch materiaal gaat eigenlijk over het specificeren van een gewenste microstructuur. Werken met een fabrikant die op betrouwbare wijze die microstructuur kan produceren, is van cruciaal belang voor de prestaties en consistentie van onderdelen.