Исторически под керамикой понимали изделия и материалы, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками



Дата17.10.2018
өлшемі446 b.
#89833



Исторически под керамикой понимали изделия и материалы, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками.

  • Исторически под керамикой понимали изделия и материалы, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками.

  • Позднее с целью придания глиняным изделиям твердости, водо- и огнестойкости стал широко применяться обжиг. Слово"керамика" пришло к нам из древнегреческого языка (керамос – обожженная глина, керамике – гончарное искусство).



По мере технического прогресса формируется класс технической керамики. Понятие "керамика" начинает приобретать более широкое значение: помимо традиционных материалов, изготавливаемых из глин, к ней стали относить материалы, получаемые из чистых оксидов, карбидов, нитридов и т.д.

  • По мере технического прогресса формируется класс технической керамики. Понятие "керамика" начинает приобретать более широкое значение: помимо традиционных материалов, изготавливаемых из глин, к ней стали относить материалы, получаемые из чистых оксидов, карбидов, нитридов и т.д.

  • Важнейшими компонентами современной технической керамики являются оксиды алюминия, циркония, нитриды кремния, бора, алюминия, карбиды кремния и бора и др.



Достоинства и перспективность керамики

  • Достоинства и перспективность керамики

  • исключительное многообразие свойств по сравнению с другими типами материалов

  • доступность сырья

  • низкая энергоемкость технологий

  • экологичность производства

  • биологическая совместимость

  • Основными производителями керамики являются США и Япония (38 и 48% соответственно). США доминируют в области конструкционной керамики. В Японии наряду с производством конструкционной керамики, динамично развивается сфера функциональной керамики.



Керамика – это поликристаллические материалы и изделия из них, состоящие из соединений неметаллов III–VI групп периодической системы с металлами или друг с другом и получаемые путем формования и обжига соответствующего исходного сырья. Исходным сырьем могут служить как вещества природного происхождения (силикаты, глины, кварц и др.), так и получаемые искусственно (чистые оксиды, карбиды, нитриды и др.).

  • Керамика – это поликристаллические материалы и изделия из них, состоящие из соединений неметаллов III–VI групп периодической системы с металлами или друг с другом и получаемые путем формования и обжига соответствующего исходного сырья. Исходным сырьем могут служить как вещества природного происхождения (силикаты, глины, кварц и др.), так и получаемые искусственно (чистые оксиды, карбиды, нитриды и др.).



1. Оксидная керамика. Данные материалы состоят из чистых оксидов Al2O3, SiO2, ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, TiO2, UO2, оксидов редкоземельных металлов, их механических смесей (ZrO2-Al2O3 и др.), твердых растворов (ZrO2-Y2O3, ZrO2-MgO и др.), химических соединений (муллит 3Al2O32SiO2 и др.)

  • 1. Оксидная керамика. Данные материалы состоят из чистых оксидов Al2O3, SiO2, ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, TiO2, UO2, оксидов редкоземельных металлов, их механических смесей (ZrO2-Al2O3 и др.), твердых растворов (ZrO2-Y2O3, ZrO2-MgO и др.), химических соединений (муллит 3Al2O32SiO2 и др.)

  • 2. Безоксидная керамика. Этот класс составляют материалы на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, фосфидов, арсенидов и халькогенидов (кроме оксидов) переходных металлов и неметаллов III–VI групп периодической системы.



1. Строительная керамика.

  • 1. Строительная керамика.

  • 2. Тонкая керамика.

  • 3. Химически стойкая керамика.

  • 4. Огнеупоры.

  • 5. Техническая керамика.



1. Конструкционная керамика

  • 1. Конструкционная керамика

  • 2. Инструментальная керамика

  • 3. Электрорадиотехническая керамика

  • 4. Керамика с особыми свойствами



Традиционная

  • Традиционная

  • Новая

  • Вязкая

  • Нанокерамика



Кристаллическая фаза - химические соединения, твердые растворы, фазы внедрения.

  • Кристаллическая фаза - химические соединения, твердые растворы, фазы внедрения.

  • Аморфная фаза - стеклообразующий оксид SiO2.

  • Закрытые поры – не сообщающиеся с окружающей средой.

  • Открытые поры – сообщающиеся с окружающей средой.



1. Истинная (теоретическая) плотность и , г/см3 – плотность беспористого материала.

  • 1. Истинная (теоретическая) плотность и , г/см3 – плотность беспористого материала.

  • 2. Кажущаяся плотность к, г/см3 – плотность материала, содержащего поры.

  • 3. Относительная плотность  = (к/и)100% .

  • 4. Истинная пористость Пи = (Vк-Vи)/Vк)100% = (1- к/и) 100% , – суммарный объем всех пор.

  • 5. Кажущаяся (открытая) пористость Пк = (Vот/Vк) 100% – объем открытых пор, заполняемых водой при кипячении.



Типичная диаграмма  ­  для керамик при испытаниях до ~ 1000С

  • Типичная диаграмма  ­  для керамик при испытаниях до ~ 1000С



сж, изг, HV, H, HRA, К1с, E, G

  • сж, изг, HV, H, HRA, К1с, E, G



Термомеханические, теплофизические и термические свойства керамики

  • Термомеханические, теплофизические и термические свойства керамики













Теплоемкость

  • Теплоемкость

  • Теплопроводность

  • Температуропроводность

  • Термическое расширение

  • Имеют очень важное значение, т.к. определяют термостойкость керамики.



Cv=dE/dT

  • Cv=dE/dT

  • Выше Д соответствует правилу Дюлонга-Пти Cv=n3R :

  • - для двухатомных кристаллов Cv=6R  50 Дж/мольК (MgO)

  • - для трехатомных – 9R  75 Дж/мольК (ZrO2)

  • - для пятиатомных – 15R  125 Дж/мольК (Al2O3)





dQ/dt = -  dT/dx

  • dQ/dt = -  dT/dx

  • В оксидных керамиках имеет фононную природу:

  • ф = (1/3) Cv vф lф

  • В безоксидных керамиках типа карбидов и нитридов переходных металлов, наряду с фононной теплопроводностью значительна и электронная:

  • э = (1/3) Сvэ vэ lэ,

  • где Сvэ = Сат.э ne / z Na – теплоемкость единицы объема электронного газа, Сат.э = 3R/2, vэскорость электронов с энергией, близкой к EF







Огнеупорность – способность противостоять действию высоких температур, не расплавляясь. Определяется температурой падения пироскопа. Важнейшее свойство огнеупоров

  • Огнеупорность – способность противостоять действию высоких температур, не расплавляясь. Определяется температурой падения пироскопа. Важнейшее свойство огнеупоров







Электрофизические, химические

  • Электрофизические, химические

  • свойства керамики



Электрофизические свойства керамики

  • Электрофизические свойства керамики

  • диэлектрическая проницаемость ,

  • температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК,

  • - удельное объемное и поверхностное сопротивление v и s,

  • - диэлектрические потери tg,

  • - электрическая прочность или пробивная напряженность Uпр.



Диэлектрическая проницаемость

  • Диэлектрическая проницаемость

  • Отношение зарядов Q и емкостей С на обкладках конденсатора при замене пластин из данного диэлектрика на вакуум.

  • – заряд конденсатора с пластинкой из диэлектрика;

  • – заряд конденсатора с вакуумом.

  • Такое изменение электрической емкости конденсатора происходит в результате явления поляризации диэлектрика.



Электронная поляризация представляет собой упругое смещение центра тяжести и деформацию отрицательно заряженного электронного облака под влиянием электрического поля.

  • Электронная поляризация представляет собой упругое смещение центра тяжести и деформацию отрицательно заряженного электронного облака под влиянием электрического поля.

  • Ионная поляризация – это относительное смещение упруго связанных ионов различных зарядов. Этот вид поляризации присущ всем видам керамики, содержащей кристаллические вещества ионного строения. Ионная поляризация также протекает мгновенно. Если же на возврат электронов или ионов требуется какой-либо заметный промежуток времени, т. е. релаксация протекает во времени, то различают электронно- и ионно-релаксационную поляризацию.

  • Спонтанная поляризация представляет собой направленную в отношении внешнего электрического поля ориентацию электрических моментов, расположенных хаотически в отдельных областях кристалла (доменах) до наложения электрического поля. В большинстве оксидных, силикатных и алюмосиликатных керамических материалов составляет 6-12. Однако некоторых керамик достигает нескольких тысяч (например, BaTiO3).



Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК.

  • Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК.

















- способность противостоять действию электрического поля. Характеризуется пробивным напряжением и пробивной напряженностью.

  • - способность противостоять действию электрического поля. Характеризуется пробивным напряжением и пробивной напряженностью.

  • Пробивная напряженность позволяет сравнивать свойства различных материалов:

  • Епр = Unp/h,

  • где Unp – пробивное напряжение, h – толщина испытуемого образца.

  • Пробой керамического материала в полях высокой напряженности может происходить путем электрического или теплового пробоя.

  • Электрический пробой имеет электронную природу - создается электронная лавина и материал теряет электроизолирующую способность.

  • Тепловой пробой – результат резкого повышения температуры, сопровождающегося локальным проплавлением керамики под влиянием увеличения проводимости и диэлектрических потерь.



- способность сохранять свойства под действием определенной дозы ионизирующего излучения (потока -квантов и нейтронов). Оценивается интегральной дозой излучения, которая не приводит к изменению свойств керамики в определенных пределах, а также мощностью дозы облучения.

  • - способность сохранять свойства под действием определенной дозы ионизирующего излучения (потока -квантов и нейтронов). Оценивается интегральной дозой излучения, которая не приводит к изменению свойств керамики в определенных пределах, а также мощностью дозы облучения.

  • Интегральная доза облучения - произведение величины потока нейтронов на время облучения (н/см2).

  • Мощность облучения - величина потока нейтронов, проходящих через единицу поверхности облучаемой керамики в единицу времени н/(см2с).

  • Нейтроны подразделяются по своей энергии на тепловые (с энергией от 0,025 до 1 эв), промежуточные (с энергией от 1 до нескольких тысяч эв) и быстрые (с энергией более 100 кэв).



Нейтроны взаимодействуют с керамикой по механизму рассеивания или захвата.

  • Нейтроны взаимодействуют с керамикой по механизму рассеивания или захвата.

  • Различают упругое рассеивание нейтронов сопровождаемое только потерей ими кинетической энергии и неупругое, сопровождаемое распадом ядра с испусканием вторичного нейтрона и образованием стабильного радиоактивного ядра отдачи и испусканием гамма-квантов.

  • Захват нейтронов вызывает распад ядра и сопровождается испусканием вторичных нейтронов, протонов, - и -частиц и ядерных осколков, образованием новых изотопов.

  • Рассеивание и захват характеризуются поперечным «сечением рассеивания» и «сечением захвата», которые выражают вероятность данной ядерной реакции. Поперечное сечение имеет размерность площади и выражается в барнах (1 барн= 10-24см2).







Наиболее распространенными случаями химического взаимодействия между керамикой и другими веществами являются следующие:

  • Наиболее распространенными случаями химического взаимодействия между керамикой и другими веществами являются следующие:

  • взаимодействие с кислотами и щелочами – коррозия в растворах.

  • взаимодействие с расплавами, чаще металлическими – коррозия в расплавах.

  • взаимодействие с газами – газовая коррозия.













строительная керамика

  • строительная керамика

  • огнеупоры

  • химически стойкая керамика

  • тонкая керамика











































Класс технической керамики объединяет большое количество керамических материалов, отличающихся как по химическому составу, так и по назначению. В то же время существуют признаки, общие для всех технических керамик, принципиально отличающие их от традиционных видов керамики:

  • Класс технической керамики объединяет большое количество керамических материалов, отличающихся как по химическому составу, так и по назначению. В то же время существуют признаки, общие для всех технических керамик, принципиально отличающие их от традиционных видов керамики:

  • 1. Использование в основном, а для некоторых керамик исключительно синтезированного сырья (порошков).

  • 2. Применение новых технологий (ПМ, ХИП, ГП, ГИП и др.)

  • Свойства технических керамикв решающей степени зависят от технологии получения исходного сырья, компактирования и спекания изделий. Поэтому материалы одного и того же химического состава, но полученные различными способами, могут иметь качественно разные уровни физико-химических и механических характеристик и самые разнообразные области применения.



Основа - двойные или тройные силикаты или алюмосиликаты системы МgО-Аl2О3-SiO2. Таких соединений в этой системе четыре:

  • Основа - двойные или тройные силикаты или алюмосиликаты системы МgО-Аl2О3-SiO2. Таких соединений в этой системе четыре:

  • 1. ЗАl2О3·2SiO2 – муллит,

  • 2. МgО·SiO2 – клиноэнстатит,

  • 3. 2МgО·SiO2 – форстерит,

  • 4. МgО·2Аl2О3·5SiO2 – кордиерит.

  • Соответственно называют и керамику

  • - муллитовая,

  • - муллито-корундовая,

  • - клиноэнстатитовая (стеатитовая),

  • - форстеритовая

  • - кордиеритовая.



Основа - муллит ЗАl2О3·2SiO2 и корунд α-Аl2О3. Cодержание α-Аl2О3 от 45 до 100%.

  • Основа - муллит ЗАl2О3·2SiO2 и корунд α-Аl2О3. Cодержание α-Аl2О3 от 45 до 100%.



Сырье:

  • Сырье:

  • - минералы андалузит, кианит, каолин,

  • - добавки технического глинозема и электрокорунда.

  • Муллито-кремнеземистую керамику получают из природного сырья без обогащения Al2O3 .

  • Для получения муллитовой и муллито-корундовой керамики требуется предварительный синтез муллита в виде брикета, спека.

  • Различают синтез :

  • первичного муллита путем превращения каолинита или других глинистых минералов при t1200°С. Этот муллит составляет основную массу керамики.

  • вторичного муллита взаимодействия вводимого Al2O3 с выделившимся при нагреве кремнеземом при t=1300–1600°С.

  • В обожженном изделии различить эти виды муллита невозможно.



Спеченный муллит подвергается помолу в шаровых мельницах, после чего следуют операции формования изделий: пластическое формование, горячее литье под давлением, прессование.

  • Спеченный муллит подвергается помолу в шаровых мельницах, после чего следуют операции формования изделий: пластическое формование, горячее литье под давлением, прессование.

  • Далее следует спекание отформованных изделий при температуре 1350–1450°С. Для снижения температуры спекания массы обычно вводят добавки в виде мрамора, доломита, магнезита, талька, углекислого бария и других веществ.

  • При получении муллито-корундовой керамики в шихту обязательно вводят 10–15% предварительно обожженного глинозема, проводят мокрый помол, затем формование и спекание.



Механические свойства спеченной высокоглиноземистой керамики возрастают с увеличением содержания Al2O3 и кристаллических фаз. изг200МПа, E250ГПа, HV=1000-2000.

  • Механические свойства спеченной высокоглиноземистой керамики возрастают с увеличением содержания Al2O3 и кристаллических фаз. изг200МПа, E250ГПа, HV=1000-2000.

  •  муллито-кремнеземистых керамик 5,5-6,5, муллито-корундовых 6,5-9, корундовых 10,5-12

  • v зависит от фазового состава керамики и количества и состава стекловидной фазы, возрастает с увеличением содержания Al2O3.

  • tg возрастают с увеличением содержания стекловидная фазы.

  • Eпр=30-35кВт/мм.

  • Основное применение:

  • - вакуумная техника,

  • - изоляторы запальных свечей ДВС,

  • - детали электро- и радиоаппаратуры.



Основа - метасиликат магния MgO·SiO2 – клиноэнстатит. Сырьем является минерал тальк - водный силикат магния. Плотные разновидности талька называют стеатитом. Поэтому клиноэнстатитовая керамика часто называется стеатитовой или просто стеатитом.

  • Основа - метасиликат магния MgO·SiO2 – клиноэнстатит. Сырьем является минерал тальк - водный силикат магния. Плотные разновидности талька называют стеатитом. Поэтому клиноэнстатитовая керамика часто называется стеатитовой или просто стеатитом.

  • Клиноэнстатит существует в трех модификациях:

  • энстатит при 1100-1260°С необратимо переходит в протоэнстатит,

  • при охлаждении протоэнстатит при 800-1000°С переходит в клиноэнстатит.

  • При неполном переходе протоэнстатита в клиноэнстатит в изделиях возникают объемные изменения керамики (до 6%), которые приводят к деградации механических и электрофизических свойств – происходит старение стеатита. Необходимо повышать вязкость стекловидной фазы, тормозящей рост кристаллов протоэнстатита.



дегидратация талька при 850–1300°С

  • дегидратация талька при 850–1300°С

  • смешивание и мокрый помол компонентов в шаровых мельницах,

  • обезвоживание массы на фильтрпрессе до влажности 18–22%, получение заготовок на вакуумных прессах

  • пластическое формования: обтачивание на токарных станках, лепка в гипсовых формах, экструзия и др. Применяется также сухое прессование, штамповка, горячее литье термопластичных шликеров.

  • спекание при 1170–1340°С в зависимости от состава в электрических печах с карбидокремниевыми нагревателями

  • Имеет малые tg, высокую Eпр. Применяется как высокочастотный диэлектрик, изолятор для электровакуумной аппаратуры, в высоковольтной технике.



Форстеритовой называется керамика на основе ортосиликата магния 2МgО·SiO2 – форстеритa. Достоинство - вследствие отсутствия полиморфных превращений не подвержена старению.

  • Форстеритовой называется керамика на основе ортосиликата магния 2МgО·SiO2 – форстеритa. Достоинство - вследствие отсутствия полиморфных превращений не подвержена старению.

  • Керамика на основе кордиерита 2МgО·2Аl2О3·5SiO2 называется кордиеритовой. Состав кордиерита в масс.%: МgО-13,7; Аl2О3-34,9; SiO2- 51,4.

  • Сырье - тальк, огнеупорные глины, технический глинозем.

  • Изделия из форстерита и кордиерита формуют горячим литьем, прессованием, экструзией, штамповкой.

  • Температура спекания форстеритовой керамики составляет 1220 – 1380°С, кордиеритовой - 1300–1410°С. Для расширения интервала спекания кордиерита рекомендуется вводить 2–4% оксидов щелочных металлов.



Плотная спеченная форстеритовая керамика обладает высокими электрофизическими характеристиками. Благодаря высокому коэффициенту линейного расширения форстеритовая керамика находит применение в элекровакуумной технике как изолятор на контакте с металлами, главным образом с титаном.

  • Плотная спеченная форстеритовая керамика обладает высокими электрофизическими характеристиками. Благодаря высокому коэффициенту линейного расширения форстеритовая керамика находит применение в элекровакуумной технике как изолятор на контакте с металлами, главным образом с титаном.

  • Спеченная кордиеритовая керамика имеет очень низкий коэффициент термического расширения и, как следствие, высокую термостойкость. Это позволяет применять ее для изготовления дугогасительных камер в высоковольтных выключателях, а также для изготовления термостойкой посуды.



Цельзиановая керамика

  • Цельзиановая керамика

  • Основа - алюмосиликат бария ВаО2·Аl2O3·2SiO2 – цельзиан.

  • Цельзиан кристаллизуется в моноклинной сингонии. При температуре выше 1100°С он переходит в гексагональную модификацию.

  • Технология:

  • - синтез цельзиана в брикете при t=1250-1300°С, размол и измельчение.

  • - пластификация порошка, прессование.

  • - спекание при t=1380-1400°С в слабоокислительной и нейтральной средах.

  • Цельзиановая керамика имеет низкие tg, высокое v и малый ЛКТР. Благодаря этим свойствам цельзиановая керамика находит применение для изготовления некоторых радиотехнических деталей.



Литиевая керамика

  • Литиевая керамика

  • Основа - алюмосиликаты лития, преимущественно сподумен Li2О·Аl2O3·4SiO2.

  • Изделия можно получать практически всеми способами керамической технологии. Температура синтеза литиевой керамики и спекания изделий составляет 1200-1250°С.

  • Литиевая керамика имеет низкий, а отдельные ее составы отрицательный ЛКТР до 700°С, который обуславливает ее хорошую термостойкость. Также литиевая керамика обладает достаточно высокими электроизоляционными свойствами, благодаря чему ее применяют в производстве некоторых видов изделий для радиотехники, работающих в условиях повышенных или переменных температур, а также других изделий, например воздухоподогревателей, работающих в условиях резких смен температур.



Волластонитовая керамика

  • Волластонитовая керамика

  • Основа - природный минерал волластонит - метасиликат кальция СаО·SiO2 .

  • Технология.

  • - пластификация масс небольшим количеством глинистых и флюсующих добавок.

  • - прессование.

  • - спекание при t=1200–1300°С. Усадка невелика, что дает возможность изготавливать изделия с точными размерами.

  • Волластонитовая керамика из чистых разновидностей природного волластонита имеет высокий уровень электрофизических характеристик и хорошую термостойкость.



Керамика на основе Al2O3

  • Керамика на основе Al2O3

  • Химическое соединение с ионно-ковалентным типом связи кристаллической решетки. Имеет α-, β- и γ-модификации глинозема, причем α- и γ-Аl2O3 представляют собой чистый оксид алюминия, а β- модификация – соединение оксида алюминия со щелочными и щелочно-земельными оксидами.

  • В природе встречается только α-Al2O3 в виде минералов корунда, рубина, сапфира, который кристаллизуется в тригональной сингонии. Кубический γ- и гексагональный β-Al2O3 являются нестабильными модификациями, которые при нагреве свыше 1500°С переходят в α-Al2O3.

  • Корундовой технической керамикой называется керамика, содержащая более 95% α-Аl2О3. В литературе встречаются частные названия корундовой керамики: алюминооксид, корундиз, синоксоль, миналунд, М-7, 22ХС, микролит, сапфирит, поликор и др.



Исходные материалы

  • Исходные материалы

  • 1. Глинозем. Его получают путем разложения минерала боксита, представляющего собой смесь гидроксидов алюминия раствором едкой щелочи с образованием алюмината натрия, который переходит в раствор.

  • NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOH.

  • Гидроксид алюминия прокаливают при температуре 1150–1200°С. В результате образуется порошок технического глинозема. Полученные порошки представляют собой шарообразные (сферолитные) агломераты кристаллов γ-Аl2O3 размером менее 0,1мкм. Средний размер сферолитов составляет 40–70мкм.

  • 2. Электроплавленый корунд. Белый электрокорунд (корракс, алунд) получают путем плавки в электрических дуговых печах технического глинозема. Содержание α-Аl2О3 в белом электрокорунде составляет 98% и более.



Для получения ультрадисперсных порошков Аl2O3, которые используются в технологии конструкционной и инструментальной керамики, широкое распространение получили способы совместного осаждения гидроксидов (СОГ) и плазмохимического синтеза (ПХС).

  • Для получения ультрадисперсных порошков Аl2O3, которые используются в технологии конструкционной и инструментальной керамики, широкое распространение получили способы совместного осаждения гидроксидов (СОГ) и плазмохимического синтеза (ПХС).

  • Сущность метода СОГ заключается в растворении солей алюминия, например AlCl3 в растворе аммиака и последующем выпадении образующихся гидратов в осадок. Процесс ведут при низких температурах и больших сроках выдержки. Полученные гидроксиды сушат и прокаливают, в результате образуется порошок Аl2O3 с размером частиц 10–100нм.

  • В технологии ПХС водный раствор Al(NO3)3 подается в сопло плазмотрона. В каплях раствора возникают чрезвычайно высокие температурные градиенты, происходит очень быстрый процесс синтеза и кристаллизации Аl2O3. Частицы порошка имеют сферическую форму и размер 0,1–1мкм.



Порошки Аl2O3перед формованием подвергают прокаливанию при температуре 1500°С с целью обезвоживания и перевода в устойчивую и более плотную α-модификацию.

  • Порошки Аl2O3перед формованием подвергают прокаливанию при температуре 1500°С с целью обезвоживания и перевода в устойчивую и более плотную α-модификацию.

  • Затем глинозем и электрокорунд измельчают до частиц размером 1–2мкм в шаровых, вибрационных мельницах.

  • Формование корундовых изделий производят путем литья из водных суспензий, литья под давлением, одноосного статического прессования, гидростатического прессования, горячего прессования.

  • Глиноземистые шликеры разжижаются как в кислой, так и в щелочной среде, причем имеются определенные интервалы значения рН, которым соответствует наибольшее разжижение. Перед литьем приготовленный шликер вакуумируют при остаточном давлении 15–20мм рт.ст. Изделия отливают в гипсовых формах. Отлитые изделия сушат при комнатной температуре. Литье используется для формования тонкостенных корундовых изделий сложной формы, не испытывающих в процессе эксплуатации значительных механических воздействий.



Для фомования изделий из Аl2O3 простой формы, например, втулок, режущих вставок, форсунок, фильер используется одноосное статическое прессование в металлических пресс-формах. В этом случае в порошок добавляется пластификатор, чаще всего каучук, в количестве 1–2% мас.

  • Для фомования изделий из Аl2O3 простой формы, например, втулок, режущих вставок, форсунок, фильер используется одноосное статическое прессование в металлических пресс-формах. В этом случае в порошок добавляется пластификатор, чаще всего каучук, в количестве 1–2% мас.

  • Метод гидростатического прессования позволяет получать крупногабаритные керамические заготовки сложной формы. Равномерное распределение плотности в прессовке благоприятно сказывается на равномерности усадки при спекании.

  • Наиболее прочные изделия из Аl2O3 получаются методом горячего прессования (ГП) в графитовых пресс-формах с покрытием из BN и горячего изостатического прессования (ГИП) в газостатах. При этом одновременно происходит уплотнение порошка в изделие и спекание. Давление прессования составляет 20–40МПа, температура спекания 1200–1300°С. Методы ГП и ГИП являются технологически сложными и энергоемкими.



Спекание корундовой керамики в большинстве случаев является твердофазным. Температура спекания зависит от дисперсности и активности исходных порошков, условий спекания, вида и количества добавок. Максимальный размер частиц порошка Аl2О3 не должен превышать 3–5мкм. Температура спекания находится в пределах 1700–1850°С. Ультра- и нанодисперсные порошки Аl2О3 следствие высокой поверхностной энергии и дефектности могут спекаться до высокой плотности (0,95) при температуре 1600°С.

  • Спекание корундовой керамики в большинстве случаев является твердофазным. Температура спекания зависит от дисперсности и активности исходных порошков, условий спекания, вида и количества добавок. Максимальный размер частиц порошка Аl2О3 не должен превышать 3–5мкм. Температура спекания находится в пределах 1700–1850°С. Ультра- и нанодисперсные порошки Аl2О3 следствие высокой поверхностной энергии и дефектности могут спекаться до высокой плотности (0,95) при температуре 1600°С.

  • Во многих случаях в корундовую шихту вводятся различные добавки. Добавка ТiO2 снижает температуру спекания корунда до 1500–1550°С. При этом образуется твердый раствор ТiO2 в Аl2О3, что вызывает искажение кристаллической решетки корунда, активное спекание и рекристаллизацию. Добавка 0,5–1%МgО сдерживает рекристаллизацию: размер кристаллов спеченной керамики не превышает 2–10мкм. Мелкозернистая структура корунда с добавкой МgО улучшает механические свойства корунда. Снижение температуры спекания корунда при введении МgО не наблюдается.





Традиционные сферы ее применения корундовой керамики: огнеупорная, химическая промышленность, электро- и радиотехника.

  • Традиционные сферы ее применения корундовой керамики: огнеупорная, химическая промышленность, электро- и радиотехника.

  • С появлением новых технологий получения исходных порошков, формования и спекания изделий область применения корундовой керамики существенно расширилась. В настоящее время высокопрочные керамики на основе Аl2О3 используются для изготовления изделий конструкционного назначения, применяемых в машиностроении, авиационной и космической технике.

  • Корунд является основным материалом в технологии минералокерамики, которая используются для чистовой обработки чугунов и некоторых сталей. Основой минералокерамики является Аl2О3 или его смесь с карбидами, нитридами и др.





Керамика на основе диоксида циркония

      • Керамика на основе диоксида циркония
  • Особенностью диоксида циркония является его полиморфизм. Чистый ZrO2 при комнатной температуре находится в моноклинной фазе и при нагреве испытывает фазовые превращения.

  • Переход t-ZrO2↔c-ZrO2 имеет диффузионную природу и играет очень важную роль при производстве так называемого частично стабилизированного диоксида циркония. Превращение m-ZrO2↔t-ZrO2 протекает по мартенситному механизму и сопровождается объемными изменениями 5–9%. Поэтому получать компактные изделия из чистого ZrO2 невозможно.





Помимо образования твердых растворов на основе ZrO2 используется другой способ стабилизации высокотемпературной модификации t-ZrO2 в жесткой корундовой матрице.

  • Помимо образования твердых растворов на основе ZrO2 используется другой способ стабилизации высокотемпературной модификации t-ZrO2 в жесткой корундовой матрице.



Эффект трансформационного упрочнения циркониевой керамики

  • Эффект трансформационного упрочнения циркониевой керамики

  • Реализуется в том случае, когда спеченный материал имеет в своем составе частицы t-ZrO2, способные превращаться в m-ZrO2. Возникающие при нагружении трещины распространяются в материале до тех пор, пока в их фронте не оказываются частицы t-ZrO2. Такая частица, находящаяся в сжатом (в корундовой матрице) или в когерентносвязанном с матрицей (при преобладании в составе материала c-ZrO2) состоянии устойчива к t→m - переходу даже при низких температурах. Попав в поле напряжений в вершине распространяющейся трещины, частица получает энергию, достаточную для превращения. Таким образом, энергия распространяющейся трещины переходит в энергию t→m - перехода и катастрофический рост трещины прекращается.







1. Стабилизированный диоксид циркония CSZ: кубический твердый раствор на основе ZrO2. Для реализации этого материала количество добавки MgO, CaO должно быть более 15–20мол.%, Y2O3 – более 10мол.%. CSZ имеет низкие прочностные характеристики: σизг не более 250МПа и К1с до 3МПаּм0,5 и находит применение как огнеупорный материал, а также в технологии твердых электролитов.

  • 1. Стабилизированный диоксид циркония CSZ: кубический твердый раствор на основе ZrO2. Для реализации этого материала количество добавки MgO, CaO должно быть более 15–20мол.%, Y2O3 – более 10мол.%. CSZ имеет низкие прочностные характеристики: σизг не более 250МПа и К1с до 3МПаּм0,5 и находит применение как огнеупорный материал, а также в технологии твердых электролитов.

  • 2. Керамика, упрочненная диоксидом циркония ZTC (Zirconia Toughened Ceramic): дисперсные частицы t-ZrO2 распределены в керамической матрице и стабилизируются сжимающими напряжениями. Наибольшее техническое значение имеют композиции Al2O3-ZrO2 (ZTA: Zirconia Toughened Alumina), которые используются, прежде всего, как инструментальные материалы. Оптимальные механические характеристики достигаются при содержании ZrO2 около 15об.%: σизг до 1000МПа и К1с до 7МПаּм0,5.



3. Частично стабилизированный диоксид циркония PSZ (Partialy Stabilized Zirconia). Образуется при добавлении в ZrO2 оксидов Mg, Ca, Y и др. При спекании в области гомогенности кубической фазы образуются крупные зерна c-ZrO2 (60мкм). После отжига в двухфазной области появляются тетрагональные частицы, когерентно связанные с кубической фазой. В системах ZrO2-MgO(CaO) размер t-частиц должен быть менее 0,25мкм. Объемное содержание t-фазы составляет около 40%. PSZ имеет К1с до 10МПаּм0,5 и σизг до 1500МПа.

  • 3. Частично стабилизированный диоксид циркония PSZ (Partialy Stabilized Zirconia). Образуется при добавлении в ZrO2 оксидов Mg, Ca, Y и др. При спекании в области гомогенности кубической фазы образуются крупные зерна c-ZrO2 (60мкм). После отжига в двухфазной области появляются тетрагональные частицы, когерентно связанные с кубической фазой. В системах ZrO2-MgO(CaO) размер t-частиц должен быть менее 0,25мкм. Объемное содержание t-фазы составляет около 40%. PSZ имеет К1с до 10МПаּм0,5 и σизг до 1500МПа.

  • 4. Тетрагональный диоксид циркония TZP (Tetragonal Zirconia Policrystals). Данный материал реализуется в системах ZrO2–Y2O3. Спекание происходит в области гомогенности t-фазы, затем следует закалка. TZP имеет σизг до 2400МПа при К1с около 15МПаּм0,5, применяется в производстве изделий конструкционного и инструментального назначения.



Технология циркониевой керамики

  • Технология циркониевой керамики

  • Предварительный помол УДП с целью раздробления микросфер.

  • Формование порошков ZrO2 методом одноосного статического прессования и прессованием в гидростатах при давлении 400–600МПа.

  • Спекание при температуре 1500–2000°С в зависимости от вида и количества оксида стабилизатора.

  • Термическая обработка - отжиг при 1400–1500°С с целью выделения упрочняющих дисперсных включений t-фазы. При изготовлении изделий из тетрагонального ZrO2 применяется закалка с температуры спекания 1600°С.

  • Максимально высокие прочностные характеристики имеют изделия из ZrO2, получаемые методами ГП и ГИП.



Применение циркониевой керамики

  • Применение циркониевой керамики

  • Традиционно керамика на основе ZrO2 применялась в металлургической промышленности для изготовления тиглей для плавки металлов. Сегодня циркониевая керамика является одним из наиболее перспективных керамических материалов конструкционного и инструментального назначения и используется в технологии получения деталей газотурбинных и дизельных двигателей, узлов трения, уплотнительных колец насосов, элементов запорной арматуры, форсунок распылительных камер, фильер для протяжки проволоки, режущего инструмента. Также керамика на основе ZrO2 находит применение в медицине для изготовления имплантантов в костные ткани.

















































Каталог: uploads -> ppt -> 132073
ppt -> Грибковые поражения слизистой оболочки полости рта. Этиология, патогенез, диагностика, лечения и профилактика
ppt -> Проявления в полости рта при заболеваниях жкт. Тактика врача-стоматолога
132073 -> Курс лекций по древней и средневековой философии: Учеб пособие для вузов. М.: Высш шк., 1991. 512 с
132073 -> Научная картина мира
132073 -> Работу выполняли ученицы Надомного обучения
132073 -> Урок химии в 9 классе Тема: «Соли аммония»
132073 -> Спирт, лишённый водорода: Спирт, лишённый водорода
132073 -> Познакомились с понятием симметрии


Достарыңызбен бөлісу:




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет