Nanokeramika je keramický nanostrukturní materiál (angl. nanoceramics) - kompaktní materiál na bázi oxidů, karbidů, nitridů, boridů a dalších anorganických sloučenin, sestávající z krystalitů (zrn) o průměrné velikosti do 100 nm [1] .
Práce na nanokeramice začaly v 80. letech 20. století. Tento anorganický nekovový materiál se vyznačuje vysokou tepelnou odolností a má řadu dalších užitečných vlastností, které umožňují jeho využití například v elektronice, medicíně, tepelné a jaderné energetice [2] .
Nanokeramika se typicky vyrábí z nanorozměrových prášků lisováním a slinováním . Vzhledem k tomu, že se nanoprášky z důvodu vysokého vnitřního tření hůře lisují, často se pro jejich tvorbu používá impulsní a hydrostatické lisování , kluzné a gelové lití a hydroextruze . Nanokeramika byla nejprve vyrobena pomocí procesu sol-gel - formy chemického srážení z roztoku - ve kterém se nanočástice v roztoku a gelu smíchají za vzniku nanokeramiky. V roce 2000 začaly výrobní procesy při slinování využívat teplo a tlak. Proces zahrnuje několik hlavních kroků: výroba práškové směsi ze směsi prášku a změkčovadel pro tvarování materiálu, tvarování obrobku, sušení a kalcinace předlisku, zpracování výsledného produktu (mechanické, tepelné zpracování a metalizace). Způsob přípravy může být často určujícím faktorem pro tvorbu nanokeramických částic a jejich vlastností: například spalováním hořčíku v kyslíku vznikají krychle a šestiúhelníkové desky, zatímco tepelný rozklad hydroxidu hořečnatého vede k nepravidelně tvarovaným částicím, jejichž výsledkem jsou často desky ve tvaru šestiúhelníku [2] . V některých aplikacích se pulzní elektrický proud osvědčil ve dvoustupňovém slinovacím procesu pro transparentní keramiku na bázi oxidu hlinitého [3] . Vlastnosti výsledného materiálu do značné míry závisí na vlastnostech použitých nanoprášků, především na velikosti částic, jejich polydisperzitě a čistotě (obsahu nečistot). [čtyři]
Jednou z prioritních oblastí pro tvorbu nových nanomateriálů se specifickými funkčními vlastnostmi je hledání zásadně nových a zdokonalování stávajících technologických řešení v oblasti chemické syntézy nanoprášků a jejich následné fixace v pevné látce Jedním z důležitých problémů při získávání nanokeramika je obvykle intenzivní růst zrna během slinování za normálních podmínek. Aby se tomu zabránilo, používají se dvě hlavní metody:
Strukturně citlivé vlastnosti nanokeramiky se mohou výrazně lišit od vlastností běžné mikronové keramiky. V tomto případě je možné zlepšit mechanické ( Al 2 O 3 ), elektrické (Y: ZrO 2 ), optické (Nd: Y 2 O 3 ) vlastnosti, nicméně charakter změny vlastností s velikostí zrna je velmi individuální a závisí jak na fyzikální povaze studované vlastnosti, tak na fyzikálně-chemických vlastnostech použité keramiky.
Zkoumána je i technologie elektrického zpevňování, kdy se materiál zhutňuje nejen působením vysokého tlaku, ale i působením silného střídavého proudu. Nová metoda umožňuje snížit zbytkovou porozitu a hraniční defekty, zvýšit hustotu a pevnost nanomateriálu [5] .
Jednou z perspektivních oblastí uplatnění nanokeramiky je vytváření povrchů se specifickými vlastnostmi na tradičních materiálech. Například pro snížení biologické reakce na materiál titanového implantátu je na jeho povrchu anodizací vytvořena vrstva nanotrubiček oxidu titaničitého, která snižuje adsorpci bílkovin, ale i buněčnou adhezi a diferenciaci. Výsledkem je zvýšený klinický úspěch. V jiném případě biokeramický povlak dodává povrchu antibakteriální vlastnosti. Metody žárového nástřiku nanokeramických částic mohou výrazně zvýšit tvrdost povrchů amorfních materiálů [6] .
S podporou JSC "Rosnano" v Rusku existují dva podniky, které vyrábějí produkty z nanokeramiky: JSC NEVZ-Ceramics (oddělené od JSC " NEVZ-Sojuz ") [7] a LLC "Virial" [8] .
Nanoprášky se vyznačují špatnou tvarovatelností a stlačitelností v důsledku specifik jejich fyzikálně-chemických vlastností: aglomerace, vysoké mezičásticové tření a tření v blízkosti stěny díky vysokému specifickému povrchu. V Rusku se proto nanokeramické prášky nepoužívají v čisté formě, ale zatím pouze jako přísada do běžného keramického obrobku, který při ultrazvukovém zhutňování získává vyšší hustotu, což znamená, že se produkt stane mnohem pevnějším. U této technologie není potřeba přidávat změkčovadlo [9] .
Keramické izolátory jsou určeny jako izolační materiál pro vakuové zhášecí komory, které jsou určeny pro kompletaci vakuových spínacích zařízení .
Izolátory se používají jako elektrický izolační materiál pro zařízení pro noční vidění spotřebovávaná vojenským trhem. Hlavním prvkem přístroje pro noční vidění je trubice zesilovače obrazu (IC), která zesiluje světlo a navíc přeměňuje infračervené světlo na viditelné světlo.
Pancéřová keramikaVýrobky z pancéřové keramiky se používají k ochraně speciální techniky a personálu před automatickými ručními palnými zbraněmi se schopností poskytnout ochranu až do třídy 6a. V zájmu Ministerstva obrany Ruska během posledních 2 let společnost NEVZ-Sojuz Holding Company z vlastní iniciativy vyvinula a zvládla výrobu podrobného sortimentu výrobků - 7 typů, 32 velikostí pancéřové keramiky ( obdélníkové ploché a poloměrové pancéřové desky o rozměrech 50 × 50 mm a 100 × 100 mm v rozsahu tloušťky 6-12 mm, pancéřové válce v rozsahu průměrů 13-29 mm a rozsahu výšek 11-24 mm, šestiúhelníky v rozsahu „velikostí na klíč“ 20–40 mm a tloušťce 6–40 mm), z toho:
Řada prvků pancéřové keramiky s vlastnostmi pohlcujícími radioaktivní záření je ve vývoji a testování k ochraně námořních lodí před vysokorychlostními úlomky protilodních střel a před detekcí naváděcími hlavicemi v mikrovlnném dosahu [10] .
Keramické substráty pro polovodičová zařízeníKeramické substráty jsou vyráběny na bázi oxidu hlinitého ( obsah Al 2 O 3 více než 94 %) nebo nitridu hliníku AlN keramiky, které jsou určeny pro elektrickou izolaci konstrukcí, sestav a prvků různých elektronických zařízení. Keramika používaná na podklady je nehygroskopická , tepelně odolná , je izolačním materiálem s vysokými mechanickými a elektrickými vlastnostmi, vyznačuje se poměrně jednoduchou výrobní technologií a nízkou cenou. Mechanická pevnost v tlaku, tahu, ohybu je pro praktické použití dostatečná. Pro zlepšení tepelné vodivosti, elektrického odporu a pevnostních charakteristik keramických substrátů se do kompozice keramické kompozice zavádějí modifikované Al 2 O 3 - a AlN - nanoprášky a zpevňující Al 2 O 3 - nanovlákna. Keramický substrát plní dvě hlavní funkce:
Oblasti použití:
Výrobky z biokeramiky se používají k chirurgické léčbě úrazů a onemocnění páteře , kyčelního kloubu, léčbě onemocnění zubů.
Nejslibnější oblasti použití ventilů s keramickými prvky jsou:
Zvláštní výhodou keramických prvků používaných ve ventilové technice je, že je lze integrovat do sériově vyráběných ventilů bez zásadních změn v konstrukci kulových kohoutů a škrticích klapek, přičemž je dosaženo výrazného zvýšení životnosti a zvýšení třídy ventilů.
Výhody uzavíracích ventilů využívajících technické keramické ventilové sestavy zapuštěné v kovovém těle jsou následující: