Керамика на основе технических оксидов.
Техническое сырьё многообразнее природного по своему составу. Применяется керамика на основе технических оксидов, а также бескислородного технического сырья.
В производстве керамики на основе технических оксидов используют в основном следующие оксиды: Al2O3, ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, UO2. Структура керамики однофазная поликристаллическая. Кроме кристаллической фазы может содержаться небольшое количество газов (поры) и стекловидной фазы, которая образуется в результате наличия примесей в исходных материалах. Температура плавления чистых оксидов превышает 2000°C, поэтому их относят к классу высокоогнеупорных материалов. Оксидная керамика обладает высокой прочностью при сжатии по сравнению с прочностью при растяжении или изгибе. Более прочными являются мелкокристаллические структуры, так как при крупнокристаллическом строении на границе между кристаллами возникают значительные внутренние напряжения.
С повышением температуры прочность керамики понижается. При использовании материалов в области высоких температур важным свойством является окисляемость. Керамика из чистых оксидов, как правило, не подвержена процессу окисления.
Керамика на основе Al2O3 (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик. Изделия из корундовой керамики широко применяют во многих областях техники: резцы, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, детали высокотемпературных печей.
|
|
|
Особенностью оксида циркония является слабокислотная или инертная природа, низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из оксида циркония 2000 – 2200°С. Изделия из керамики используется для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов, реакторов.
Керамика на основе оксидов кальция и магния стойка к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Термическая стойкость их низкая. Из оксидов изготовляют тигли.
Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой теплопроводностью. Прочностные свойства материала невысокие. Применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.
Керамика на основе оксидов тория и урана имеет высокой температуру плавления, но обладает высокой плотностью и радиоактивна. Эти виды керамики применяют для изготовления тиглей для плавки родия, платины, иридия и других металлов.
Керамика на основе бескислородного технического сырья.
К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом MexCy - карбиды (Me – символ металлического элемента, Х, Y – стехиометрические коэффициенты), с бором МеХВY – бориды, с азотом MeХNY – нитриды, с кремнием MeХSiY – силициды и с серой MeХSY – сульфиды. Соединения отличают высокая огнеупорностью (1500 – 3500 °С), твердость (иногда как у алмаза), стойкостью по отношению к агрессивным средам.
|
|
|
Карбиды. Широкое применение получил карбид кремния. Он обладает высокой жаростойкостью (1500 – 1600°С), высокой твердостью, устойчивостью к кислотам и неустойчивостью к щелочам; применяется в качестве нагревательных стержней, защитных покрытий графита и в качестве абразива.
Бориды. Данные соединения обладают металлическими свойствами, их электропроводность близка к электропроводности металлов, они износостойки, тверды, стойки к окислению. В технике получили распространение дибориды тугоплавких металлов (TiВ2, ZrB2 и др.). Их легируют кремнием или дисилицидами, что делает их устойчивыми до температуры их плавления. Диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и др. Его используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2000°C в агрессивных средах, труб, емкостей, тиглей. Покрытия из боридов повышают твердость, химическую стойкость и износостойкость изделий.
|
|
|
Нитриды. Неметаллические нитриды являются высокотермостойкими материалами, имеют низкие теплопроводность и электропроводимость. При обычной температуре это изоляторы, а при высоких температурах - полупроводники. С повышением температуры коэффициент линейного расширения и теплоемкость увеличиваются. Твердость и прочность этих нитридов меньше, чем твердость и прочность карбидов и боридов. В вакууме при высоких температурах они разлагаются. Они стойки к окислению, действию металлических расплавов.
Силицидыотличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, они стойки к действию кислот и щелочей. Их можно применять при температуре 1300 – 1700°C, при 1000оС они не реагируют с расплавленным свинцом, оловом и натрием. Дисилицид молибдена (MoSi2) используется наиболее широко в качестве стабильного электронагревателя в печах при температуре 1700оС в течение нескольких тысяч часов. Из спеченного MoSi2 изготовляют лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши двигателей; его используют как твердый смазочный материал для подшипников, для защитных покрытий тугоплавких металлов от высокотемпературного окисления.
|
|
|
Сульфиды. Из сульфидов нашел практическое применение дисульфид молибдена (МoS2), имеющий высокие антифрикционные свойства. Его применяют в качестве сухого вакуумстойкого смазочного материала. Дисульфид молибдена электропроводен, немагнитен, стоек к радиации, воде, инертным маслам и кислотам, кроме крепких НСl, НNОЗ и царской водки. При температуре выше 400оС начинается процесс окисления с образованием оксидной пленки, а при 592оС образуется МоО3, являющийся абразивом.
Структура керамики.
По строению черепка керамика делится на две группы: с пористойструктурой — кирпич, черепица, архитектурно-отделочная керамика, и со сплошнойкамневидной структурой. Изделия из керамики могут быть неглазурованными и глазурованными (покрыты тонким слоем легкоплавкого стекла).
Керамика является многофазовой системой, в которой могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.
Кристаллическая фаза представляет определенные химические соединения, твердые растворы, сочетание нескольких фаз и твёрдых растворов. Кристаллическая фаза составляет основу керамики и определяет значение механической прочности, термостойкости и других ее основных свойств.
Стекловидная фаза находится в керамике в виде стекла, связывающего кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит до 10 % стеклофазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели. Однако стеклообразующие компоненты облегчают технологию изготовления изделий.
Газовая фаза заполняет поры керамики, по этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор, и пористую. Наличие даже закрытых пор снижает механическую прочность керамики.
Свойства керамики.
Удельный вес керамических материалов, имеющих пористое строение (кирпич, строительный фаянс), находится в пределах от 2,5 до 2,65 г/см3, а материалов, имеющих плотное строение — от 2,7 до 2,8 г/см3 (клинкер, фарфор). В пустотелых кирпичах объемный вес составляет от 0,7 г/см3 до 1,9 г/см3.
Пористость колеблется в широких пределах: практически от 0,0% для фарфора, до 60 - 80% для легкого кирпича и керамзита. Пористость кирпича глиняного обыкновенного 20 - 40%.
Водопоглощение керамических материалов и изделий может колебаться от 0,0% для твердого фарфора до 60 - 70% для легковесного кирпича.
Водопроницаемость, как показатель свойств имеет большое значение для кровельной черепицы, санитарно-строительных, посуды и других керамических материалов.
Газопроницаемость — способность материала пропускать (или не пропускать) газ. Это свойство в большей мере относится к пористой керамике, предназначенной для очистки газов и воздуха от пыли и других механических примесей. Она должна иметь пористость в пределах 30 - 50% с равномерно распределенными порами диаметром 70 - 200мк, высокую проницаемость.
Огнеупорность — способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. Характеризуемые этим показателем материалы подразделяются на легкоплавкие (менее 1350°С), тугоплавкие (1350-1580°С), огнеупорные (от 1770 до 2000°С) и высшей степени огнеупорности (выше 2000°С).
Термостойкость — свойство материала не растрескиваться при резких и многократных изменениях температуры.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое по условиям долговечности число циклов попеременного замораживания и оттаивания. Материал считается морозостойким, если он после испытания по заданному режиму не утратил своей прочности или снизил ее не более чем на 25 % и потерял в весе не более 5 %. Для повышения морозостойкости существенное значение имеют однородность керамического изделия, в котором количество трещин должно быть минимальным.
Электрическая прочность — это способность керамического материала или изделия выдержать действия приложенного к нему электрического напряжения. За пределом этой способности происходит пробой. Наибольшее напряжение, при котором осуществляется пробой, называется пробивным (пробойным) напряжением и количественно определяет электрическую прочность материала или изделия (например, керамического изолятора).
Химическая стойкость — способность материала в течение длительного времени сопротивляться действию химически активных веществ — кислот, щелочей, агрессивных газов, солей. Химически стойкие материалы должны обладать достаточной механической прочностью, газонепроницаемостью и термостойкостью.
Химически стойкая керамика, работающая при отрицательных температурах, должна быть достаточно морозостойкой и выдерживать 25-кратное замораживание и оттаивание.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 500; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!