도자기

Ceramic
이 글은 도자기의 재료적 특성에 관한 것입니다.기타 용도는 세라믹(동음이의)을 참조하십시오.
다양한 스타일의 세라믹으로 구성된 짧은 타임라인

세라믹(ceramic)은 점토와 같은 무기물, 비금속 물질을 [1][2]고온에서 성형한 후 소성하여 단단하고 부서지기 쉬우며 내열성 및 내식성을 갖는 다양한 재료를 말합니다.일반적인 예로는 토기, 자기, 벽돌 등이 있습니다.

인간이 만든 초기의 도자기는 점토로 만든 도자기(냄비, 그릇, 꽃병)나 작은 조각상으로, 그 자체로 만들어졌거나 실리카와 같은 다른 물질과 섞여서 불에 굳고 소결시킨 것입니다.나중에, 결정질 세라믹 [3]기판 위에 유리질의 비정질 세라믹 코팅을 사용함으로써 공극률을 감소시키면서, 부드러운 색의 표면을 만들기 위해 세라믹을 유리질로 만들고 소성했습니다.현재 도자기는 반도체와 같은 첨단 세라믹 공학에 사용하기 위해 개발된 다양한 재료뿐만 아니라 국내 제품, 산업 제품 및 건축 제품을 포함하고 있습니다.

도자기라는 단어는 고대 그리스어 케라미코스(keramikós)에서 유래되었는데,[4] 이는 "도자기의 또는 도자기를 위한 [5]것"을 의미합니다.세람의 뿌리에 대해 알려진 가장 초기의 언급은 선형 B 음절 문자로 쓰여진 도자기의 [6]노동자인 미케네 그리스어 케라메-웨입니다.세라믹(ceramic)이라는 단어는 재료, 제품 또는 공정을 나타내는 형용사로 사용될 수도 있고, 단수 또는 복수의 [7]명사 세라믹으로 사용될 수도 있습니다.

자재

실리콘 질화물 로켓 추진기.좌측: 테스트 스탠드에 장착합니다.맞아요. H/O2 추진제로 테스트2 중입니다.

세라믹 재료는 무기, 금속 산화물, 질화물 또는 탄화물 재료입니다.탄소 또는 실리콘과 같은 일부 원소는 세라믹으로 간주될 수 있습니다.세라믹 소재는 부서지기 쉽고 단단하며 압축력이 강하며 전단력과 장력이 약합니다.그들은 산성 또는 부식성 환경에 노출된 다른 물질에서 발생하는 화학적 침식을 견뎌냅니다.세라믹은 일반적으로 1,000 °C에서 1,600 °C(1,800 °F에서 3,000 °F)에 이르는 매우 높은 온도에서도 견딜 수 있습니다.

첨단 세라믹 소재의 저배율 SEM 현미경 사진세라믹의 특성에 따라 파쇄는 중요한 검사 방법이 됩니다.

세라믹 재료의 결정성은 매우 다양합니다.토기, 석기, 자기와 마찬가지로 소성된 도자기도 유리화되거나 반유리화되는 경우가 대부분입니다.대부분의 세라믹 재료는 이온 결합과 공유 결합에서 다양한 결정성과 전자 조성으로 인해 좋은 열 및 전기 절연체가 됩니다(세라믹 엔지니어링 분야에서 연구됨).세라믹의 조성/구조에 대한 가능한 옵션들(거의 모든 요소들, 거의 모든 유형들의 접합, 및 모든 수준들의 결정성)의 그러한 넓은 범위로, 피검사체의 폭은 방대하고, 식별 가능한 속성들(경도성, 인성, 전기 전도성)은 그룹 전체에 대해 특정하기 어렵습니다.일반적으로,[8] 이러한 규칙들(압전 세라믹, 유리전이온도, 초전도 세라믹) 각각을 제외하고, 높은 용융온도, 높은 경도, 낮은 전도도, 높은 탄성률, 높은 내화학성, 낮은 연성 등의 일반적인 특성이 일반적입니다.세라믹 재료를 포함하면서 섬유 유리 및 탄소 섬유와 같은 많은 복합 재료는 세라믹 [9]제품군의 일부로 간주되지 않습니다.

고도로 배향된 결정성 세라믹 재료는 광범위한 가공에 적합하지 않습니다.이들을 처리하는 방법은 두 가지 중 하나로 분류되는 경향이 있는데, 즉, 현장 반응에 의해 원하는 모양의 세라믹을 만들거나 분말을 원하는 모양으로 "형성"한 후 소결하여 견고한 몸체를 형성하는 것입니다.세라믹 성형 기술에는 손으로 성형(때로는 "던지기"라고 불리는 회전 공정을 포함함), 슬립 주조, 테이프 주조(매우 얇은 세라믹 콘덴서를 만드는 데 사용됨), 사출 성형, 드라이 프레스 및 기타 변형이 포함됩니다.

많은 세라믹 전문가들은 유리 제조가 세라믹 공정의 여러 단계를 수반하고 그 기계적 특성이 세라믹 재료와 유사함에도 불구하고 비정질(비결정질) 특성을 가진 재료(즉, 유리)를 세라믹으로 간주하지 않습니다.그러나, 열처리는 [10][11]유리를 유리-세라믹이라고 알려진 반결정 물질로 바꿀 수 있습니다.

전통적인 세라믹 원료는 카올리나이트와 같은 점토 광물을 포함하고, 더 최근의 재료는 알루미나로 더 일반적으로 알려진 산화 알루미늄을 포함합니다.첨단 세라믹으로 분류되는 현대 세라믹 소재로는 탄화규소와 탄화텅스텐이 있습니다.두 가지 모두 내마모성으로 평가되기 때문에 채굴 작업에서 파쇄 장비의 마모판과 같은 용도로 사용됩니다.첨단 도자기는 의료, 전기, 전자, 갑옷 산업에도 사용됩니다.

역사

가장 초기에 알려진 도자기는 기원전 29,000년에서 25,000년 사이의 그라베티아 조각상입니다.

인류는 적어도 2만 6천 년 전부터 도자기를 직접 만들어온 것으로 보이는데, 점토와 실리카에 열을 가해 도자기 재료를 융합하고 형성한 것입니다.지금까지 발견된 가장 초기의 것은 남중부 유럽에서 발견된 [12]것으로 접시가 아닌 조각된 형상들이었습니다.알려진 가장 초기의 도자기는 점토와 동물 제품을 섞어 800°C (1,500°F)까지 소성함으로써 만들어졌습니다.도자기 파편은 1만 9천 년까지 발견되었지만, 일반 도자기는 약 1만 년이 지난 후에야 일반 도자기가 일반화되었습니다.유럽의 많은 지역에 퍼져있던 초기의 사람들은 도자기의 사용을 따라 이름 지어졌습니다: 코드드 웨어 문화.이 초기의 인도유럽인들은 도자기가 젖은 상태에서 밧줄로 감싸서 장식했습니다.도자기를 불태울 때 줄은 다 타버렸지만 표면에는 복잡한 홈의 장식적인 무늬를 남겼습니다.

기원전 2,500년의 코드웨어 양식 도자기

바퀴의 발명은 결국 도자기 바퀴와 같은 바퀴 성형(던지기) 기술을 사용하여 더 부드럽고 고른 도자기를 생산하게 했습니다.초기의 도자기는 물을 흡수하기 쉽게 다공성이었습니다.이것은 유리질 기술의 발견과 함께 더 많은 물건들에 유용하게 쓰이게 되었는데, 이것은 도자기에 실리콘, 뼈의 재, 혹은 유리질 표면으로 녹고 재생될 수 있는 다른 물질들을 코팅하는 것과 관련이 있어서 물에 덜 잘 보이는 그릇을 만드는 것이었습니다.

고고학

도자기 공예품은 고고학에서 과거 사람들의 문화, 기술, 행동을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다.이 유물들은 고고학적 유적지에서 발견되는 가장 흔한 유물 중 하나로, 일반적으로 셰드라고 불리는 부서진 도자기의 작은 조각들의 형태입니다.수집된 셰드의 처리는 기술적 분석과 전통적 분석의 두 가지 주요 유형과 일치할 수 있습니다.

전통적인 분석은 양식, 구성, 제조, 형태에 따라 도자기 공예품, 조각, 그리고 더 큰 조각들을 특정한 종류로 분류하는 것을 포함합니다.이러한 유형을 만들어냄으로써 다양한 문화양식, 도자의 목적, 국민의 기술상태 등을 구분할 수 있습니다.또한, 시간에 따른 도자기의 양식적 변화를 보면, 도자기를 별개의 진단군(어셈블리)으로 분리(세리에이션)할 수 있습니다.도자기 공예품과 알려진 조립품을 비교하면 이러한 [13]조각들의 연대순 할당이 가능합니다.

세라믹 분석에 대한 기술적 접근은 세라믹 아티팩트와 셔드의 구성을 보다 세밀하게 조사하여 재료의 출처와 이를 통해 가능한 제조 장소를 결정하는 것입니다.핵심 기준은 점토의 조성과 연구 대상 물품의 제조에 사용된 온도입니다. 온도는 초기 생산 단계에서 점토에 첨가된 물질이며 이후 건조 과정을 돕기 위해 사용됩니다.성질의 종류에는 조개 조각, 화강암 조각, 그리고 '그로그'라고 불리는 가루 조각이 있습니다.온도는 일반적으로 강화된 재료의 현미경 검사로 확인됩니다.점토 식별은 Munsell Soil Color 표기법을 사용하여 세라믹을 리파이닝하고 색상을 부여하는 과정에 의해 결정됩니다.점토 조성과 온도 조성을 모두 추정하고 둘 다 발생하는 것으로 알려진 영역을 찾음으로써 재료 공급원을 할당할 수 있습니다.아티팩트의 소스 할당에 따라 제조 현장에 대한 추가 조사가 이루어질 수 있습니다.

특성.

세라믹 물질의 물리적 특성은 결정 구조와 화학적 조성의 직접적인 결과입니다.고체 상태 화학은 미세 구조와 특성 사이의 근본적인 연관성을 보여주는데, 예를 들어 국부적인 밀도 변화, 결정립 크기 분포, 공극률의 종류 및 2상 함량은 Hall-Petch 식에 의한 기계적 강도 δ, 경도, 인성, 유전체의 콘과 같은 세라믹 특성과 모두 관련될 수 있습니다.stant, 투명한 물질에 의해 나타나는 광학적 특성.

도자기 제작은 도자기 미세구조물의 준비, 검사, 평가의 예술과 과학입니다.세라믹 미세 구조의 평가 및 특성화는 나노 기술의 신흥 분야에서 일반적으로 사용되는 것과 유사한 공간적 스케일(나노미터에서 수십 마이크로미터(㎛)로 구현되는 경우가 많습니다.이는 일반적으로 가시광선의 최소 파장과 육안의 해상도 한계 사이에 있습니다.

미세 구조는 대부분의 결정립, 2차 상, 결정립 경계, 기공, 미세 균열, 구조적 결함 및 경도 미세 의도를 포함합니다.대부분의 벌크 기계적, 광학적, 열적, 전기적, 자기적 특성은 관측된 미세구조에 의해 상당한 영향을 받습니다.제작 방법 및 공정 조건은 일반적으로 미세 구조로 표시됩니다.많은 세라믹 고장의 근본 원인은 분해되고 연마된 미세 구조에서 분명하게 나타납니다.재료 과학 및 공학 분야를 구성하는 물리적 특성은 다음과 같습니다.

기계적 성질

탄화규소제 절삭디스크

기계적 특성은 섬유 직물뿐만 아니라 구조 및 건축 자재에서도 중요합니다.현대 재료 과학에서 파괴 역학은 재료와 부품의 기계적 성능을 향상시키는 중요한 도구입니다.그것은 물체의 거시적인 기계적 고장을 예측하기 위해 실제 물질에서 발견되는 미세한 결정학적 결함에 스트레스와 변형, 특히 탄력성과 가소성 이론의 물리학을 적용합니다.프랙토그래피는 고장의 원인을 이해하고 실제 고장으로 이론적 고장 예측을 검증하기 위해 파괴 역학과 함께 널리 사용됩니다.

세라믹 물질은 보통 이온 또는 공유 결합 물질입니다.두 가지 유형 중 하나의 결합으로 결합된 재료는 소성 변형이 발생하기 전에 파단되는 경향이 있으며, 이로 인해 이러한 재료의 인성이 저하됩니다.또한, 이러한 재료는 다공성인 경향이 있기 때문에, 기공 등의 미세한 불완전성이 응력 집중체로 작용하여 인성이 더욱 저하되고, 인장 강도가 저하되는 문제점이 있습니다.이들은 금속의 연성 고장 모드가 더 많은 것과 달리 치명적인 고장을 유발합니다.

이 재료들은 플라스틱 변형을 보여줍니다.그러나, 결정질 물질의 단단한 구조 때문에, 전위가 이동하기 위한 이용 가능한 슬립 시스템이 거의 없기 때문에, 매우 느리게 변형됩니다.

부서지기 쉬운 거동을 극복하기 위해 세라믹 재료 개발은 세라믹 섬유가 내장되고 특정 코팅이 있는 세라믹 매트릭스 복합 재료의 종류를 도입했습니다.이러한 메커니즘은 그러한 세라믹의 파괴 인성을 상당히 증가시킵니다.세라믹 디스크 브레이크는 특정 공정으로 제조된 세라믹 매트릭스 복합재를 사용하는 예입니다.

향상된 기계적 특성을 위한 얼음-템플레이팅

세라믹이 상당한 기계적 하중을 받는 경우, 얼음-템플레이팅(ice-templating)이라는 공정을 거칠 수 있습니다. 이를 통해 세라믹 제품의 미세 구조를 어느 정도 제어할 수 있고 따라서 기계적 특성을 어느 정도 제어할 수 있습니다.세라믹 엔지니어는 기계적 특성을 원하는 용도에 맞게 조정하기 위해 이 기술을 사용합니다.특히, 이 방법을 사용하면 강도가 증가합니다.아이스 템플릿은 거시적인 기공을 단방향 배열로 생성할 수 있습니다.이 산화물 강화 기술의 응용은 고체 산화물 연료 전지 및 물 여과 [14]장치에 중요합니다.

아이스 템플릿을 통해 샘플을 처리하기 위해, 콜로이드 [clarification needed]전체에 균일하게 분산된 용해된 세라믹 분말, 예를 들어 Yttria-stabilized 지르코니아(YSZ)를 포함하도록 수성 콜로이드 현탁액이 준비됩니다.용액은 단방향 냉각이 가능한 플랫폼에서 아래에서 위로 냉각됩니다.이는 얼음 결정이 단방향 냉각에 따라 성장하도록 강제하고, 이 얼음 결정은 용해된 YSZ 입자를 고체-액체간 경계의 응고[clarification needed] 전면으로 강제하여 순수 얼음 결정이 콜로이드 입자의 집중된 주머니와 함께 단방향으로 정렬되도록 합니다.샘플은 가열되고 동시에 압력은 얼음 결정을 숭고하게 만들 수 있을 정도로 감소하며 YSZ 포켓은 함께 어닐링을 시작하여 거시적으로 정렬된 세라믹 미세 구조를 형성합니다.그런 다음 샘플을 추가로 소결하여 잔여 물의 증발과 세라믹 미세 [citation needed]구조의 최종적인 통합을 완료합니다.

얼음-템플레이팅 동안, 미세구조의 공극 크기와 형태에 영향을 미치기 위해 몇 가지 변수들이 조절될 수 있습니다.이러한 중요한 변수는 콜로이드의 초기 고체 로딩, 냉각 속도, 소결 온도 및 지속 시간, 공정 중 미세 구조 형태에 영향을 미칠 수 있는 특정 첨가제의 사용입니다.이방성 다공성 [15]재료의 가공, 미세 구조 및 기계적 특성 사이의 관계를 이해하기 위해서는 이러한 매개 변수를 잘 이해하는 것이 필수적입니다.

전기적 특성

반도체

어떤 도자기는 반도체입니다.이들 대부분은 산화아연과 같은 II-VI 반도체인 전이금속 산화물입니다.산화아연으로부터 청색 LED를 대량 생산할 가능성이 있지만, 세라믹 학자들은 결정립 경계 효과를 보여주는 전기적 특성에 가장 관심이 있습니다.이 중 가장 널리 사용되는 것 중 하나가 바리스터입니다.이것들은 저항이 일정한 문턱 전압에서 급격하게 떨어지는 특성을 나타내는 장치입니다.장치 전체의 전압이 임계값에 도달하면 결정립 경계 부근에서 전기[clarification needed] 구조가 파괴되고, 이로 인해 전기 저항이 몇 메가옴에서 몇 백 옴으로 떨어집니다.이러한 장치의 가장 큰 장점은 많은 에너지를 방출할 수 있다는 점이며, 장치 전체의 전압이 임계값 아래로 떨어진 후에는 저항이 다시 높아집니다.이를 통해 서지 보호 응용 분야에 이상적입니다. 문턱 전압과 에너지 공차를 제어할 수 있기 때문에 모든 종류의 응용 분야에서 활용할 수 있습니다.그들의 능력을 가장 잘 보여주는 것은 낙뢰로부터 인프라를 보호하기 위해 사용되는 변전소에서 찾을 수 있습니다.응답 속도가 빠르고 유지보수가 낮으며 사용에 비해 현저히 저하되지 않으므로 사실상 이 애플리케이션에 이상적인 장치입니다.반도체 세라믹은 가스 센서로도 사용됩니다.다결정 세라믹 위에 다양한 가스가 흐르면 전기 저항이 변합니다.가능한 가스 혼합물을 조정하면 매우 저렴한 장치를 생산할 수 있습니다.

초전도성

액체 질소에 의해 냉각되는 큐프레이트 초전도체 위에 자석을 띄워 보여주는 마이스너 효과

극도로 낮은 온도와 같은 일부 조건에서, 일부 세라믹은 고온 [clarification needed]초전도성을 나타냅니다.그 이유는 알 수 없지만, 초전도 세라믹에는 크게 두 가지 계열이 있습니다.

강유전성 및 수퍼세트

전기적 반응과 기계적 반응 사이의 연결고리인 압전은 시계와 다른 전자제품에서 시간을 측정하는 데 사용되는 석영을 포함한 많은 세라믹 물질에 의해 나타납니다.이러한 장치는 압전의 두 가지 특성을 모두 사용하며, 전기를 사용하여 기계적 운동을 생성하고(장치에 전원을 공급), 이 기계적 운동을 사용하여 전기를 생성합니다(신호를 생성합니다).측정된 시간 단위는 전기가 기계적 에너지로 변환되었다가 다시 되돌아오는 데 필요한 자연적인 간격입니다.

압전효과는 일반적으로 역시 초전성을 나타내는 물질에서 더 강하며, 모든 초전성 물질은 또한 압전성을 갖습니다.이러한 물질은 열, 기계적 또는 전기적 에너지 간의 상호 변환에 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 용해로에서 합성한 후, 가해진 응력 없이 냉각되도록 허용된 열 전기 결정은 일반적으로 수천 볼트의 정전하를 형성합니다.이러한 물질은 실내로 들어오는 따뜻한 물체에서 나오는 작은 온도 상승만으로도 결정에 측정 가능한 전압을 생성할 수 있는 모션 센서에 사용됩니다.

결과적으로, 열전은 안정적인 전기 쌍극자가 정전기장을 적용하여 방향을 잡거나 역전할 수 있는 강유전 효과도 나타내는 물질에서 가장 강하게 보입니다.열전도 또한 강유전의 필수적인 결과입니다.이것은 강유전체 RAM의 요소인 강유전체 커패시터에 정보를 저장하는 데 사용될 수 있습니다.

가장 일반적인 물질은 티탄산 지르코늄과 티탄산 바륨입니다.위에서 언급된 용도 이외에도, 그들의 강한 압전 반응은 고주파 라우드스피커, 음파 탐지기용 트랜스듀서 및 원자력 및 스캐닝 터널링 현미경용 액추에이터의 설계에 이용됩니다.

양의 열계수

온도 상승은 일부 반도체 세라믹 재료에서 갑자기 결정립 경계를 절연시킬 수 있으며, 대부분은 중금속 티탄산염의 혼합물입니다.임계 전이 온도는 화학적 변화에 의해 광범위하게 조정될 수 있습니다.이러한 물질에서는 줄 가열이 전이 온도에 도달할 때까지 전류가 물질을 통과하고, 이때 회로가 끊어지고 전류 흐름이 중단됩니다.이러한 세라믹은, 예를 들어, 자동차의 리어 윈도우 제상 회로 등에서, 자기 제어형 발열체로서 사용되고 있습니다.

전이 온도에서 물질의 유전체 반응은 이론적으로 무한대가 됩니다.온도 제어 기능이 부족하면 임계 온도 근처에서 재료를 실용적으로 사용할 수 없게 되지만, 훨씬 높은 온도에서도 유전 효과가 매우 강력하게 유지됩니다.임계 온도가 상온보다 훨씬 낮은 타이탄산염은 세라믹 콘덴서의 맥락에서 "세라믹"과 동의어가 되었습니다. 바로 이런 이유에서입니다.

광학 특성

합성 사파이어 출력창이 있는 Cermax Xenon 아크 램프

광학적으로 투명한 물질은 다양한 파장의 입사광파에 대한 물질의 반응에 초점을 맞춥니다.주파수 선택적 광학 필터는 디지털 영상의 밝기와 대비를 조절하거나 개선하는 데 사용될 수 있습니다.주파수 선택 도파관을 통한 유도 광파 전송은 광섬유의 새로운 분야 및 경쟁하는 파장 또는 주파수 간의 간섭이 거의 또는 전혀 없는 동시에 다양한 주파수(멀티 모드 광섬유)에 대한 전송 매체로서의 특정 유리 조성물의 능력을 포함합니다.전자기파 전파를 통한 에너지 및 데이터 전송의 이러한 공진 모드는 비록 전력이 낮지만, 사실상 무손실입니다.광 도파관은 집적 광 회로(예를 들어, 발광 다이오드, LED)에서 구성 요소로 사용되거나 로컬 및 롱홀 광 통신 시스템에서 전송 매체로 사용됩니다.또한 새로 등장하는 재료 과학자들에게는 전자기 스펙트럼의 열 적외선(IR) 부분에서 방사선에 대한 재료의 민감도가 중요합니다.이러한 열 추구 능력은 야간 시력 및 IR 발광과 같은 다양한 광학 현상의 원인이 됩니다.

따라서, 스펙트럼의 가시광선(0.4 ~ 0.7 마이크로미터) 및 중적외선(1 ~ 5 마이크로미터) 영역에서 빛(전자파)을 전달할 수 있는 강력하고 강력한 재료에 대한 군사 분야의 필요성이 증가하고 있습니다.이러한 재료는 차세대 고속 미사일 및 포드를 비롯하여 IED(Improdimated explositive device)에 대한 보호뿐만 아니라 투명한 방어구가 필요한 응용 분야에 필요합니다.

1960년대 제너럴 일렉트릭(GE)의 과학자들은 올바른 제조 조건에서 일부 세라믹, 특히 산화 알루미늄(알루미늄)을 반투명하게 만들 수 있다는 것을 발견했습니다.이 반투명 물질들은 고압 나트륨 가로등에서 발생하는 전기 플라즈마를 담기 위해 사용될 만큼 투명했습니다.지난 20년 동안, 열을 찾는 미사일을 위한 코콘, 전투기를 위한 창문, 컴퓨터 단층 촬영 스캐너를 위한 섬광 카운터와 같은 응용을 위한 추가적인 유형의 투명 세라믹이 개발되었습니다.일반적으로 상기 세라믹 재료보다 더 높은 순도를 요구하는 다른 세라믹 재료는 다음과 같은 여러 화학 화합물의 형태를 포함합니다.

  1. 티탄산 바륨: (종종 티탄산 스트론튬과 혼합) 강유전성을 나타내는데, 이는 기계적, 전기적, 열적 반응이 c임을 의미합니다.
  2. Sialon(Silicon Aluminum Oxnitride)은 강도가 높고 열 충격에 대한 저항성, 내화학성 및 내마모성, 밀도가 낮습니다.이러한 세라믹은 비철 용탕 취급, 용접핀 및 화학 산업에 사용됩니다.
  3. 탄화규소(SiC)는 일반적으로 사용되는 연마재인 마이크로파로에서 서셉터로 사용되며 내화물로 사용됩니다.
  4. 실리콘 질화물(SiN34)은 연마제 분말로서 사용됩니다.
  5. 스테이트(규산마그네슘)는 전기 절연체로 사용됩니다.
  6. 티타늄 카바이드 우주왕복선 재진입 실드 및 스크래치 방지 시계에 사용됩니다.
  7. 원자로에서 연료로 사용되는 산화우라늄(UO2).
  8. 또 다른 고온 초전도체인 이트륨 바륨 구리 산화물(YBaCuO237−x).
  9. 반도체인 산화아연(ZnO)은 바리스터(varistor) 제작에 사용되는 반도체입니다.
  10. 순수한 형태로 상온과 실제 소결 온도 사이에서 많은 상 변화를 겪는 이산화 지르코늄(지르코니아)은 여러 가지 다른 형태로 화학적으로 "안정화"될 수 있습니다.산소 이온 전도도가 높기 때문에 연료 전지와 자동차용 산소 센서에 사용할 것을 권장합니다.또 다른 변형에서 준안정 구조는 기계적 용도에 대해 변형 강화를 제공할 수 있습니다. 대부분의 세라믹 나이프 블레이드는 이 재료로 제조됩니다.부분적으로 안정화된 지르코니아(PSZ)는 다른 세라믹보다 훨씬 덜 부서지기 쉬우며 [16]금속 성형 도구, 밸브 및 라이너, 연마 슬러리, 부엌 칼 및 베어링에 사용됩니다.

상품들

용도별

편의를 위해 세라믹 제품은 일반적으로 크게 네 가지 유형으로 구분되며, 아래에 몇 가지 [17]예를 제시합니다.

  1. 벽돌, 파이프, 바닥 및 지붕 타일을 포함한 구조물
  2. 가마 라이닝, 가스 화재 방사체, 강철 및 유리 제조용 도가니와 같은 내화물
  3. 식기류, 조리도구, 벽타일, 도자기류, 위생용품[18] 등을 포함한 화이트웨어
  4. 기술, 일명 엔지니어링, 고급, 특수, 정밀 도자기.이러한 항목은 다음과 같습니다.

점토로 만든 도자기

주요 기사 : 도자기

현대 도자기의 원료에는 [19]점토가 포함되어 있지 않은 경우가 많습니다.다음과 같이 분류되었습니다.

  1. 다른 종류에 비해 낮은 온도에서 소성되는 토기
  2. 석기, 유리체 또는 반유리체
  3. 카올린 함량이 높은 도자기
  4. 본차이나

분류

도자기는 또한 세 가지 다른 재료 범주로 분류될 수 있습니다.

  1. 산화물 : 알루미나, 베릴리아, 세리아, 지르코니아
  2. 비산화물 : 탄화물, 붕화물, 질화물, 실리사이드
  3. 복합 재료: 입자 강화, 섬유 강화, 산화물과 비산화물의 조합.

이 클래스들 각각은 고유한 재료 특성으로 발전될 수 있습니다.

적용들

도자기 칼날이 달린 식칼
다이빙 워치 베젤 인서트에 내구성이 뛰어난 탑 소재로 사용되는 테크니컬 세라믹
  1. 칼날: 세라믹 나이프의 날은 강철 나이프의 날보다 훨씬 더 오래 날카롭게 유지됩니다. 비록 더 부서지기 쉽고 깨지기 쉽지만 말입니다.
  2. 차량용 카본 세라믹 브레이크 디스크: 고온에서 브레이크 페이드에 대한 저항성이 높습니다.
  3. 첨단 복합 세라믹 및 금속 매트릭스는 형상화된 전하(HEAT 라운드) 및 운동 에너지 침투기에 대한 우수한 관통 저항성을 제공하기 때문에 대부분의 현대 장갑 전투 차량을 위해 설계되었습니다.
  4. 고속 소총 사격을 격퇴하기 위한 탄도 장갑 조끼에는 알루미나와 탄화붕소 같은 세라믹이 판재로 사용돼 왔습니다.이러한 플레이트는 일반적으로 소형 암 보호 인서트(small arm protective insert) 또는 SAPI로 알려져 있습니다.일부 군용기의 조종석을 보호하기 위해 비슷한 저중량 소재가 사용됩니다.
  5. 강철 대신 세라믹 볼 베어링을 사용할 수 있습니다.경도가 클수록 마모에 대한 민감도가 낮아집니다.세라믹 베어링은 일반적으로 강철 베어링의 수명을 3배로 늘립니다.하중을 받으면 강철보다 변형이 적어 베어링 리테이너 벽과의 접촉이 적고 마찰이 줄어듭니다.매우 고속의 응용 분야에서 마찰로 인한 열은 세라믹 베어링보다 금속 베어링에 더 많은 문제를 야기합니다.세라믹은 부식에 화학적으로 강하며 강철 베어링이 녹슬 수 있는 환경에서 선호됩니다.일부 응용 분야에서는 전기 절연 특성이 유리합니다.세라믹 베어링의 단점으로는 가격이 상당히 높고 충격 하중 하에서 손상되기 쉬우며 세라믹의 경도가 높아 강철 부품을 착용할 수 있는 가능성이 있습니다.
  6. 1980년대 초 도요타는 고온 가스 영역에서 세라믹 부품을 사용한 단열 엔진 생산을 연구했습니다.세라믹을 사용하면 온도가 1650°C를 초과할 수 있습니다.재료가 가볍고 냉각 시스템이 작으며(또는 냉각 시스템이 전혀 없음) 상당한 무게를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.(카르노 정리에서 입증된 더 높은 작동 온도로 인해) 예상되는 연료 효율 증가는 실험적으로 검증되지 않았습니다.고온 세라믹 실린더 벽에서의 열전달이 저온 금속 벽으로의 열전달보다 더 큰 것으로 나타났습니다.이것은 금속 표면의 냉각기 가스막이 단열재 역할을 하기 때문입니다.따라서, 세라믹의 바람직한 특성에도 불구하고, 금지된 생산 비용 및 제한된 이점은 세라믹 엔진 부품의 광범위한 채택을 방해했습니다.또한, 세라믹 재료의 작은 불완전성과 낮은 파단 인성은 균열 및 잠재적으로 위험한 장비 고장을 초래할 수 있습니다.이러한 엔진은 실험적으로 가능하지만,[citation needed] 현재의 기술로는 대량 생산이 불가능합니다.
  7. 가스터빈 엔진용 세라믹 부품에 대한 실험이 진행되고 있습니다.현재 엔진의 고온부에 사용되는 첨단 금속합금으로 만들어진 블레이드도 냉각과 운전온도에 대한 세심한 모니터링이 필요합니다.세라믹으로 만든 터빈 엔진은 더 큰 범위와 탑재량을 제공하면서 더 효율적으로 작동할 수 있습니다.
  8. 최근에는 치과 임플란트와 합성 뼈와 같은 생체 세라믹을 포함하는 세라믹에 대한 발전이 이루어지고 있습니다.뼈의 주요 미네랄 성분인 하이드록시아파타이트는 여러 생물 화학 성분들로부터 합성적으로 만들어졌으며 세라믹 물질로 형성될 수 있습니다.이러한 물질로 코팅된 정형외과 임플란트는 거부반응이나 염증반응 없이 체내의 뼈와 다른 조직에 쉽게 결합합니다.그들은 유전자 전달과 조직 공학 스캐폴딩에 큰 관심을 가집니다.대부분의 하이드록시아파타이트 세라믹은 상당히 다공성이고 기계적 강도가 부족하기 때문에 뼈와의 결합 형성을 돕기 위해 금속 정형외과 장치를 코팅하는 데만 사용됩니다.그들은 또한 염증을 줄이고 이러한 플라스틱 재료의 흡수를 증가시키기 위해 정형외과용 플라스틱 나사의 충전재로 사용됩니다.정형외과 웨이트 베어링 장치를 위한 강력하고 완전한 밀도의 나노결정 하이드록시 아파타이트 세라믹 재료를 만들기 위한 작업이 진행되고 있으며, 이는 외부 금속 및 플라스틱 정형외과 재료를 합성하지만 자연적으로 생성되는 뼈 광물로 대체하고 있습니다.궁극적으로, 이러한 세라믹 재료는 뼈를 대체하거나 단백질 콜라젠을 포함한 합성 뼈의 제조로 사용될 수 있습니다.
  9. 악티니드 함유 세라믹 재료의 용도로는 과량의 플루토늄(Pu)을 연소하기 위한 핵 연료 또는 무인 우주 차량 또는 마이크로 전자 장치를 위한 전원 공급 장치의 알파 방사선의 화학적으로 불활성인 공급원이 있습니다.방사성 악티니드를 사용하고 폐기하려면 내구성이 강한 호스트 재료에 고정시켜야 합니다.악티니드와 같은 긴 반감기 방사성 핵종은 다결정 세라믹 및 큰 [20]단결정을 기반으로 하는 화학적으로 내구성이 있는 결정 물질을 사용하여 고정화됩니다.
  10. 시계 케이스를 만드는 데는 첨단 세라믹이 사용됩니다.이 소재는 시계 제작자들이 가벼운 무게, 내스크래치성, 내구성, 부드러운 촉감으로 평가합니다.IWC는 시계 [21]제작에 세라믹 사용을 개척한 브랜드 중 하나입니다.

참고 항목

  • 세라믹 화학 – 세라믹 유약의 화학 한 페이지
  • 세라믹 공학 – 무기, 비금속 재료로 물체를 만드는 과학 및 기술
  • 세라믹 나노입자
  • 세라믹 매트릭스 복합재 – 세라믹 매트릭스에 세라믹 섬유가 포함된 복합재
  • 도자기 미술 – 점토 등을 원료로 도자기를 가공하여 만든 장식품
  • 도기골절 – 열처리 결과

참고문헌

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추가열람

외부 링크