Керамические материалы

Керамики в широком смысле слова можно определить как неорганические вещества с ионной и ковалентнои межатомной связью (оксиды, карбиды, нитриды и др.).

Содержит значительное количество стеклообразной (аморфной) фазы, которая окружает кристаллические образования. Главным сырьем "традиционных" керамик является глина. "Новые" керамики — в узком смысле слова — различные чистые соединения, такие как оксиды, карбиды и нитриды, бориды, силициды.

Различают:

1) Керамику на основе чистых оксидов. В производстве оксидной керамики используют в основном следующие оксиды: А1₂О₃, MgO, CaO, BeO и др.. 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 °С, поэтому их относят к классу высокоогнеупоров.

2) Керамика на основе А1₂О₃ (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик. Применяется для изготовления деталей высокотемпературных печей, подшипников печных конвейеров, свечей зажигания, резцов, калибров, фильер для протяжки проволоки. Корундовый материал микролит (ЦМ-332) превосходит другие инструментальные материалы (красностойкость до 1200 °С).

3) Керамика на основе оксида циркония (ZrO₂). Рекомендуемые температуры применения 2000...2200 °С. Она используется для изготовления огнеупорных тиглей, для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов и реакторов, в качестве покрытия на металлах.

4) Керамика на основе оксида бериллия (ВеО) отличается высокой теплопроводностью, что сообщает ей высокую термостойкость. Прочностные свойства невысокие. Оксид бериллия обладает способностью рассеивать ионизирующее излучение высоких энергий, применяется для изготовления тиглей, для плавки некоторых чистых металлов, в качестве вакуумной керамики в ящерных реакторах.

5) Бескислородная керамика. К тугоплавким бескислородным керамикам относят карбиды, бориды, нитриды, силициды, сульфиды. Они отличаются высокими огнеупорностью (2500... 3500 °С), твердостью (иногда как у алмаза) и износостойкостью по отношению к агрессивным средам, хрупкостью.

Карбиды. Широко применяется карбид кремния – карборунд (SiC). Он имеет высокую жаропрочность (1500...1600 °С), твердость, устойчивость к кислотам и неустойчивость к щелочам. Применяется в качестве нагревательных стержней, защитных покрытий графита.

Бориды. Эти соединения обладают металлическими свойствами. Имеют высокую электропроводность, износостойкость, твердость, стойки к окислению. Диборид циркония (ZrB₂) используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2000 °С в агрессивных средах, труб, емкостей, тиглей.

Нитрид кремния (Si₃N₄) более других нитридов устойчив на воздухе и в окислительной атмосфере до 1600 °С. По удельной прочности при высоких температурах Si₃N₄ превосходит все конструкционные материалы, а по стоимости он дешевле жаропрочных сплавов в несколько раз. Он прочный, износостойкий, жаропрочный материал. Применяется в двигателях внутреннего сгорания (головки блока, цилиндров, поршни и др.), стоек к коррозии и эрозии, не боится перегрева теплонагруженных деталей.

Силициды отличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, окалиностоикостью, они стойки к действию кислот и щелочей. Их можно применять при температуре 1300...1700 °С. Дисилицид молибдена (MoSi₂) используется в качестве стабильного электронагревателя в печах при температуре 1700 °С в течение нескольких тысяч часов. Из спеченного MoSi₂ изготавливают лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши двигателей. Его используют как твердый смазочный материал для подшипников, для защитных покрытий тугоплавких металлов от высокотемпературного окисления.

Дата добавления: 2013-12-13