ちょっと、そこ！シリコンメタルのサプライヤーとして、私はこの信じられないほどの素材がセラミックの性能をどのように充電できるかを直接見ました。このブログでは、その背後にある科学を分解し、シリコンメタルがゲームである理由を示します。セラミック業界のチェンジャーです。
シリコンメタルの理解
まず、シリコンメタル自体について少し話しましょう。青色の灰色の金属製光沢を備えた硬くて脆い結晶固体です。さまざまなグレードを提供していますシリコンメタル441そしてシリコンメタル553。これらのグレードは、純度と鉄、アルミニウム、カルシウムなどの不純物の量の点で異なります。グレード名の数字は、実際にこれらの不純物の最大割合を示しています。たとえば、シリコン金属441では、最大鉄含有量は0.4％、アルミニウムは0.4％、カルシウムは0.1％です。
シリコン金属は、石英砂を炭素で還元することにより、電動炉で生産されます。幅広い業界で使用されていますが、今日では陶器での役割に焦点を当てています。
シリコン金属がセラミックの機械的特性にどのように影響するか
シリコン金属がセラミックを強化する最も重要な方法の1つは、機械的特性を改善することです。セラミック材料にシリコン金属を追加すると、強度と靭性を高めることができます。
強さ
シリコン原子は、セラミックマトリックス内の他の元素と強い共有結合を形成できます。これらの絆は壊れるのが本当に難しいです。つまり、セラミックは失敗する前により多くのストレスに耐えることができます。たとえば、切削工具のようないくつかの高性能セラミックアプリケーションでは、より強力なセラミックは、チッピングや破壊なしに、より高い切断力を処理できます。
タフネス
セラミックは通常脆く、ストレスの下で簡単に割れることができます。しかし、シリコン金属が組み込まれている場合、亀裂をそらすのに役立ちます。シリコン - セラミックの豊富なフェーズは、伝播をクラックする障壁として機能する可能性があります。亀裂が材料を移動しようとすると、これらのシリコン（より多くのエネルギーが必要な領域）を回避する必要があります。これにより、セラミックが骨折に対してより耐性を高め、より良いタフネスを与えます。
シリコンメタルを備えたセラミックの熱性能
シリコンメタルが大きな違いをもたらす別の領域は、セラミックの熱性能です。
熱伝導率
シリコン金属は比較的高い熱伝導率を持っています。セラミックに追加すると、材料の全体的な熱伝導率を改善できます。これは、電子コンポーネントのように、熱をすばやく放散する必要があるアプリケーションでは重要です。たとえば、パワーエレクトロニクスのセラミック基板は、過熱を防ぐために活性コンポーネントから熱を遠ざけることができる必要があります。シリコン金属を追加することにより、セラミックはより効率的に熱を伝導することができ、電子デバイスの信頼性と性能が向上します。
熱膨張
セラミックは、多くの場合、使用している材料と比較して、熱膨張の係数が異なります。これは、異なる膨張速度がストレスや割れにつながる可能性があるため、温度が変化するときに問題を引き起こす可能性があります。シリコン金属は、セラミックの熱膨張係数を調整するのに役立ちます。追加されたシリコン金属の量を慎重に制御することにより、セラミックの膨張率を複合材またはアセンブリの他の材料とより互換性のあるものにすることができます。
シリコン金属によって強化されたセラミックの耐薬品性
シリコン金属は、セラミックの耐薬品性を高めることもできます。過酷な化学環境では、セラミックは腐食や化学攻撃に抵抗できる必要があります。
シリコンは、セラミックの表面に安定した酸化物層を形成します。この酸化物層は保護障壁として機能し、化学物質が基礎となるセラミック材料に届かないようにします。たとえば、化学処理プラントでは、セラミックパイプと容器は、酸、塩基、その他の腐食性物質への暴露に耐えることができる必要があります。シリコン金属添加剤を備えたセラミックは、これらの困難な条件で時間の経過とともにその完全性とパフォーマンスを維持する可能性が高くなります。
シリコンメタルスラグの役割
私たちも持っていますシリコンメタルスラグ、これは一見して廃棄物のように思えるかもしれませんが、実際にはセラミックにいくつかの有用な用途があります。
シリコン金属スラグには、シリカ、酸化カルシウム、酸化マグネシウムなどのさまざまな化合物が含まれています。これらの化合物は、セラミック生産におけるフラックス剤として作用できます。フラックス剤は、セラミック混合物の融点を下げるため、発火プロセス中にセラミックを形成して形成しやすくなります。また、セラミック構造の密度と均一性を改善するのにも役立ちます。
ケーススタディ
シリコンメタルがセラミックのパフォーマンスをどのように強化したかを確認するためのいくつかの実際の - 世界の例を見てみましょう。
例1：耐火性セラミック
鉄鋼産業では、耐火性セラミックを使用して炉に並んでいます。これらのセラミックは、非常に高い温度と熱ショックに耐える必要があります。鋼鉄の植物は、それらの耐衝撃性のライニングの亀裂と噴射に問題がありました。セラミック製剤に少量のシリコン金属を加えた後、耐火物の強度と熱衝撃耐性が大幅に改善されました。ライニングは長持ちし、植物のメンテナンスコストとダウンタイムを削減しました。
例2：歯科用セラミック
歯科用セラミックは、強く、審美的に心地よく、生体適合性である必要があります。歯科研究所は、セラミッククラウンの機械的特性を改善しようとしていました。シリコン金属をセラミック材料に組み込むことにより、クラウンの強度と骨折抵抗を高めることができました。患者は、歯科用セラミックの欠けと破壊に関する問題が少なく、歯科修復物に対する全体的な満足度が向上したと報告しました。
結論
したがって、ご覧のとおり、シリコンメタルは、セラミックのパフォーマンスを向上させることに関して、本当の大国です。機械的特性、熱性能、化学耐性の改善であろうと、シリコン金属には多くの提供があります。セラミック生産プロセスにおけるシリコンメタルスラグの有用な役割を忘れないでください。
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参照
- Kingery、WD、Bowen、HK、およびUhlmann、DR（1976）。陶器の紹介。ワイリー。
- リード、JS（1995）。セラミック処理の原則。ワイリー。
- ブルック、RJ（2001）。最新のセラミックエンジニアリング：デザインでのプロパティ、処理、および使用。 CRCプレス。
