Kennst du spezielle keramische Pulvermaterialien?

Was ist Pulver?

Beim Gedanken an spezielles keramisches Pulver ist die erste Reaktion meist eine Mischung aus körnigen Substanzen. Betrachtet man jedoch die grundlegische Zusammensetzung, sind Pulver nicht so einfach, wie sie erscheinen.

Was ist Pulver?
Pulverdefinition: Eine Ansammlung einer großen Anzahl von festen Partikeln.
Definition der Pulverpartikel: Feste Grundpartikel, die durch Dispersion oder Verfeinerung gewonnen werden, ohne die wesentliche Struktur der Substanz zu verändern.
Pulver: Partikel (＞100 μm)
Pulver (1～100 μm)
Ultrafeines Pulver (0,1～1 μm)
Nano-Pulver (＜0,1 μm)

Die Pulverform kann in kugelförmig, säulenförmig, nadelförmig, eckig, dendritisch, faserig, schuppig, körnig, unregelmäßig usw. unterteilt werden.

Pulver ist ein komplexes System, das durch die Wechselwirkung von festen, flüssigen und gasförmigen Phasen entsteht. Aufgrund der Komplexität des Systems ist es unmöglich, seine Eigenschaften mit einem einzigen Parameter oder einer Gleichung zu charakterisieren. Daher wurden verschiedene Parameter entwickelt, um die Eigenschaften von Pulvern zu beschreiben, wie Partikelgrößenverteilung (PSD), Dichte, Form, Kristallform, Feuchtigkeitsgehalt, Oberflächenmorphologie, Oberfläche, elektrostatische Kräfte, Kapillarkräfte, Wasserstoffbrücken, Porosität, Elastizität, Sprödigkeit, Hygroskopizität, Desorptionseigenschaften und andere beschreibende Parameter aus verschiedenen Dimensionen.

Was ist keramisches Pulver?

Spezielle keramische Pulver sind die Grundlage keramischer Produkte und das Schlüsselelement bei der Herstellung hochwertiger Keramiken. Wenn die Pulverqualität schlecht ist, können selbst bei großem Aufwand in nachgelagerte Prozesse wie Formen und Sintern die inhärenten Eigenschaften des Materials nicht grundlegend verändert werden. Aus Anwendungssicht sind die Anforderungen an keramische Rohpulver hauptsächlich wie folgt:

Genaue chemische Zusammensetzung: Für fortgeschrittene Keramiken bestimmt die chemische Zusammensetzung direkt die Kristallphase und die Leistung des Produkts.
Gute chemische Homogenität: Inhomogene chemische Zusammensetzung kann zu Abweichungen in den lokalen chemischen Komponenten führen, was wiederum Phasensegregation und Unterschiede oder Anomalien in der Mikrostruktur verursacht und die Leistung des gesinterten Körpers verringert.
Hohe Reinheit: Das Pulver sollte einen niedrigen Gehalt an Verunreinigungen aufweisen. Das Vorhandensein von Verunreinigungen beeinflusst die Verarbeitungsleistung des Pulvers sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften des gesinterten Körpers.
Angemessen kleine Partikelgröße: Eine geeignete kleine Partikelgröße kann die Sintertemperatur senken und die Partikelgröße des gesinterten Körpers effektiv reduzieren, während sie gleichzeitig die Anforderung des keramischen Materials erfüllt, kleiner als die kritische Größe zu sein.
Sphärische Partikel mit einheitlicher GrößeSphärische Partikel haben eine gute Fließfähigkeit, hohe Packdichte und eine gleichmäßige Porenverteilung, was eine effektive Kontrolle des Kornwachstums sowie der Porenverdrängung und -verteilung während des Formgebungs- und Sinternprozesses ermöglicht. Dies trägt dazu bei, eine homogene Mikrostruktur, hervorragende Leistung und eine gleichbleibende Produktqualität zu erreichen.
Gute Dispersion mit minimaler AgglomerationEin Pulver mit guter Dispersion und minimaler Agglomeration ist vorteilhaft für das Formen und Sintern. Es sollten Anstrengungen unternommen werden, um sowohl weiche als auch harte Agglomerate zu reduzieren.

Wie erhält man keramisches Pulver?

Beim keramischen Formen ist ein entscheidender Schritt die Dispersion Kugelmühle. Das Ziel ist es, weiche Agglomerate, die durch eine große Oberfläche entstehen, zu zerbrechen. Diese Agglomerate entstehen durch schwache Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken zwischen den Partikeln.
Agglomerate ähneln flauschigen Kugeln mit mehreren kleinen Oberflächen.
Um eine genaue Partikelgrößenverteilung und -form zu erhalten, müssen Agglomerate während des Kugelns durch Zerkleinerung auf Primärpartikel zerlegt werden. Eine Methode besteht darin, Kugelmühlen zu verwenden, gefolgt von der Analyse dispergierter Partikel.
Eine andere Methode nutzt Ultraschall-Dispersion vor der Größen- und Verteilungsbestimmung. Harte Agglomerate, die Ultraschall oder Kugelmühlen widerstehen, führen zu Messgrößen, die diese Agglomerate widerspiegeln.
Eine ordnungsgemäße Dispersion in Flüssigkeit ermöglicht die wahre Größenbestimmung mittels Techniken wie Sedimentation. Dispergierte Partikel setzen sich unter Schwerkraft ab, werden mit Röntgen- oder Laserstrahlen gescannt, um die automatische Größenaufzeichnung durchzuführen. Alle Analysen erfordern gut dispergierte Partikel in Flüssigkeit, nicht trockenes Pulver.

Industrielle Anwendung:

Neues Energiefeld: Umgestaltung der Energiewende

Festkörperbatterie: Eine Hochschule hat „Garnet-Typ LLZO keramisches Elektrolyt-Pulver“ entwickelt. Dieser Durchbruch ermöglicht es, Festkörperbatterien mit einer Energiedichte von über 400 Wh/kg zu erreichen. Aktuelle Lithiumbatterien haben eine Energiedichte von 300 Wh/kg.

Luft- und Raumfahrt: „Materialrevolution“ in extremen Umgebungen

Der Airbus A350 verwendet Siliziumkarbid-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMC) Bremsscheiben. Ihre Lebensdauer wurde von 3.000 auf 15.000 Start- und Landungen verlängert.

Biomedizin: Von Materialinnovation zu Lebensinnovation

Künstliches Gelenk: 3D-gedruckter Zirkoniakeramik-Hüftkopf. Die Porosität ist präzise zwischen 60-80% kontrolliert. Der Elastizitätsmodul entspricht dem menschlichen Knochen (3-30 GPa).

Fazit

Spezielle keramische Pulvermateralien mit Nanometerpräzision rekonstruieren Materialeigenschaftsgrenzen. Sie werden zu „strategischen Chips“ in den Bereichen Neue Energie, Luft- und Raumfahrt sowie Biomedizin. Das Beherrschen des „Mikrocode“ spezieller keramischer Pulver ist der Schlüssel zur Wettbewerbsfähigkeit der Industrie.
Es ist auch ein zentraler strategischer Punkt im Wettlauf um die Führungsrolle in fortschrittlicher Technologie.