¿Conoces los materiales especiales de polvo cerámico?

¿Qué es el polvo?

Al pensar en polvo cerámico especial, la primera reacción suele ser una mezcla de sustancias granulares. Sin embargo, si consideramos la composición fundamental, los polvos no son tan simples como parecen.

¿Qué es el polvo?
Definición de polvo: una colección de un gran número de partículas sólidas.
Definición de partícula de polvo: partículas básicas sólidas obtenidas por dispersión o refinamiento sin cambiar la estructura esencial de la sustancia.
Polvo: Partículas (＞100 μm)
Polvo (1～100 μm)
Polvo ultrafino (0.1～1 μm)
Polvo nano (＜0.1 μm)

La forma del polvo puede dividirse en esférica, columnar, en forma de aguja, angular, dendrítica, fibrosa, en escama, granular, irregular, etc.

El polvo es un sistema complejo generado por la interacción de fases sólida, líquida y gaseosa. Dada la complejidad del sistema, es imposible caracterizar sus propiedades mediante un solo parámetro o ecuación. Por lo tanto, se han desarrollado diversos parámetros para caracterizar las propiedades de los polvos, como la distribución del tamaño de partícula (PSD), densidad, forma, forma cristalina, contenido de humedad, morfología superficial, área superficial, fuerzas electrostáticas, fuerzas capilares, enlaces de hidrógeno, porosidad, elasticidad, fragilidad, higroscopicidad, propiedades de desorción y otros parámetros descriptivos desde diferentes dimensiones.

¿Qué es el polvo cerámico?

Los polvos cerámicos especiales son la base de los productos cerámicos y el elemento clave en la producción de cerámicas de alta calidad. Si la calidad del polvo es pobre, por mucho esfuerzo que se invierta en procesos posteriores como el conformado y la sinterización, las propiedades inherentes del material no pueden cambiarse fundamentalmente. Desde una perspectiva de aplicación, los requisitos para los polvos crudos cerámicos son principalmente los siguientes:

Composición química precisa: Para cerámicas avanzadas, la composición química determina directamente la fase cristalina y el rendimiento del producto.
Buena homogeneidad química: Una composición química heterogénea puede provocar desviaciones en los componentes químicos locales, lo que a su vez causa segregación de fases y diferencias o anomalías en la microestructura, resultando en una disminución del rendimiento del cuerpo sinterizado final.
Alta pureza: El polvo debe tener un bajo contenido de impurezas. La presencia de impurezas afectará el rendimiento del proceso del polvo y las propiedades físicas y químicas del cuerpo sinterizado.
Tamaño de partícula apropiadamente pequeño: Un tamaño de partícula suficientemente pequeño puede reducir la temperatura de sinterización y disminuir eficazmente el tamaño de partícula del cuerpo sinterizado, además de cumplir con el requisito del material cerámico de ser más pequeño que el tamaño crítico.
Partículas esféricas de tamaño uniforme: Las partículas esféricas tienen buena fluidez, alta densidad de empaquetamiento y distribución uniforme de poros, lo que permite un control efectivo del crecimiento de grano y la exclusión y distribución de poros durante los procesos de conformado y sinterizado. Esto ayuda a lograr una microestructura uniforme, un rendimiento excelente y una calidad de producto consistente.
Buena dispersión con aglomeración mínima: Un polvo con buena dispersión y aglomeración mínima es beneficioso para el conformado y el sinterizado. Se deben realizar esfuerzos para reducir tanto las aglomeraciones suaves como las duras.

¿Cómo obtener polvo cerámico?

En el conformado cerámico, un paso crucial es la dispersión molienda en bolas. El objetivo es romper las aglomeraciones suaves formadas por una alta superficie. Estas aglomeraciones resultan de fuerzas de Van der Waals débiles y enlaces de hidrógeno entre partículas.
Las aglomeraciones se parecen a esferas esponjosas con múltiples superficies pequeñas.
Para obtener una distribución y forma precisas de tamaño de partículas, las aglomeraciones deben romperse en partículas primarias durante el molienda en bolas. Un método implica molienda en bolas seguido del análisis de partículas dispersas.
Otro método utiliza dispersión ultrasónica antes de medir el tamaño y la distribución. Las aglomeraciones duras resistentes al ultrasonido o a la molienda en bolas resultan en tamaños medidos que reflejan estas aglomeraciones.
Una dispersión adecuada en líquido permite determinar el tamaño real mediante técnicas como la sedimentación. Las partículas dispersas se sedimentan por gravedad, y se escanean mediante rayos X o láser para registrar automáticamente el tamaño. Todos los análisis requieren partículas bien dispersas en líquido, no polvo seco.

Aplicación industrial:

Nuevo campo de energía: Remodelando la revolución energética

Batería de estado sólido: Una universidad desarrolló “polvo de electrolito cerámico tipo garnet LLZO”. Este avance permite que las baterías de estado sólido superen las 400 Wh/kg de densidad de energía. Las baterías de litio actuales tienen una densidad de energía de 300 Wh/kg.

Aeroespacial: “Revolución de Materiales” en entornos extremos

El Airbus A350 utiliza discos de freno de matriz cerámica de carburo de silicio (CMC). Su vida útil se ha extendido de 3,000 a 15,000 ciclos de despegue y aterrizaje.

Biomedicina: De la innovación en materiales a la innovación en vida

Articulación artificial: Cabeza femoral de cerámica de zirconia impresa en 3D. La porosidad se controla con precisión entre 60-80%. El módulo de elasticidad coincide con el hueso humano (3-30 GPa).

conclusión

Materiales especiales de polvo cerámico, con precisión a escala nanométrica, reconstruyen los límites de las propiedades del material. Se están convirtiendo en “chips estratégicos” en los campos de la energía, aeroespacial y biomédico. Dominar el “microcódigo” de los polvos cerámicos especiales es clave para la competitividad industrial.
También es un punto estratégico central en la carrera por el liderazgo en tecnología avanzada.