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知乎问题解答:陶瓷轴承与材料的关系?可在极端温度环境使用的材料有哪些?光催化陶瓷粉体应用的优缺点?

知乎问题解答:陶瓷轴承与材料的关系?可在极端温度环境使用的材料有哪些?光催化陶瓷粉体应用的优缺点? CERADIR先进陶瓷在线
2020-12-16
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导读:先进陶瓷材料问答知多少,都在CERADIR

以下问题的提问者均来源于知乎平台的各路求学好问者,CERADIR先进陶瓷在线作为一家致力于行业的先进陶瓷 B2B 平台,尽可能解答用户疑难也是我们一直在做的事情!今后每周小编将在这里分享相关问答,欢迎行业内朋友到知乎找我们提问。若有疏漏错误之处,还请各位朋友批评指正,谢谢!

Q1:陶瓷轴承与材料的关系?

答:陶瓷轴承可分为混合式陶瓷轴承和全陶瓷轴承2种。其中,混合式陶瓷轴承指轴承中仅有滚动体零件是陶瓷材料制成,而全陶瓷轴承是指轴承内外圈和滚动体全部都由陶瓷材料制成的。

混合式陶瓷轴承又可分为3种:

①球用陶瓷材料,而其余仍用金属材料;

②球、内圈为陶瓷,而外圈为金属材料;

③球与外圈为陶瓷,内圈为金属材料;

常用作陶瓷轴承的材料有:氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化锆 (ZrO2)、氧化铝(Al2O3),用以制造滚动轴承零件的陶瓷材料应具备以下性能特点:

①低密度。由于滚动体密度减小,高速工作其离心载荷也减小,从而可在更高转速下工作。

②中等弹性模量。弹性模量太大会因应力集中而降低轴衬的承载能力。

③热膨胀系数小。减小对温度变化的敏感性,使轴承工作温度范围更宽。

Q2:哪种材料可在极冷极热从200℃到1500℃不会开裂,除了石墨还有什么?

答:抗热震性,指材料在承受急剧温度变化时,评价其抗破损能力的重要指标。

也称抗温度急变性,耐急冷急热性、热稳定性、热震稳定性、抗热冲击性等。
抗热震性与材料的机械强度、弹性模量、热膨胀系数、热导率、比热容、体积密度、结构均匀性及表面传热系数有关;对于制品来说,还与形状、厚薄有关。
一种优良的先进陶瓷材料——氮化硅,氮化硅有α和β两种晶体结构,均为六角晶形,其分解温度在空气中为1800℃,在110MPa氮中为1850℃。Si3N4热膨胀系数低、导热率高,故其耐热冲击性极佳。热压烧结的氮化硅加热到1000℃后投入冷水中也不会破裂。在不太高的温度下,Si3N4具有较高的强度和抗冲击性,但在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损,使其强度降低,在1450℃以上更易出现疲劳损坏,所以Si3N4的使用温度一般不超过1300℃。由于Si3N4的理论密度低,比钢和工程超耐热合金钢轻得多,所以,在那些要求材料具有高强度、低密度、耐高温等性质的地方用Si3N4陶瓷去代替是再合适不过了。

Q3:光催化陶瓷粉体在应用方面的优缺点?

答:陶瓷粉体材料作为光降解催化剂,在环境、能源等领域具有广阔的应用前景。目前,陶瓷粉体光降解催化剂主要包括TiO2、ZnO、CeO2、CdS、ZnS等。以下主要介绍一下TiO2,简单涉及ZnO。

①TiO2纳米粉体
TiO2纳米级陶瓷粉体是最常用的光降解催化剂,具有廉价易得、适用范围广等优点,其缺点是存在带隙能量高,导致对于日光的利用率不足、反应活性受一些无机物离子(如氯、硫酸根等离子)影响而催化性能降低等。
利用锐钛矿型与金红石型TiO2以80∶20的配合比制得的混晶型TiO2具有比单一晶型具有更高的光催化活性。
目前,TiO2光催化陶瓷的制备方法一般是将TiO2光催化剂或以TiO2为主的光催化剂以喷、涂、镀等方式覆膜于陶瓷表面上,再通过二次热处理制备而成的。其中,最常用的是TiO2溶胶涂膜的方法。这些喷、涂、镀覆膜的热处理温度一般低于800℃,目的是使得TiO2以具有较强光催化能力的锐钛矿相存在于覆膜中。
但正是由于热处理温度较低,且没有高温液相出现,使得玻璃或陶瓷表面上的光催化涂层的附着性能较差,在使用过程中容易磨损、脱落,使得光催化能力降低。
提高热处理温度,增加光催化涂层和基材之间的附着力是提高其耐磨性和使用寿命的有效方法。但具有较高光催化性能的锐钛矿相TiO2是亚稳定相,在高温热处理下极易不可逆地转换为光催化能力较弱的金红石相,解决这一矛盾是制备TiO2光催化陶瓷的关键。
②ZnO纳米粉体
ZnO纳米粉体作为光降解催化剂,具有高表面活性、高光敏特性以及化学稳定性等优点,但是也存在的带隙能量高等缺点。此外,ZnO纳米级陶瓷粉体催化剂在光催化过程中还容易发生光腐蚀现象而降低光催化活性。这些缺陷极大地制约了ZnO作为光降解催化剂的应用。

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