Техническая керамика

2. Неметаллическая безоксидная керамика

   К неметаллическим безоксидным керамикам относятся материалы на основе боридов ZrB₂, CrB₂, TiB₂, карбидов B₄C, SiC и некоторых переходных металлов, нитридов BN, Si₃N₄, AlN, силицидов, фосфидов, арсенидов и халькогенидов (кроме оксидов). Керамики на основе карбидов переходных металлов, обладающих структурой химических соединений, например Fe₃C, а также на основе фосфидов, арсенидов и халькогенидов в данном пособии не рассматриваются по причине ограниченного применения в современной технике.

3. Керамика на основе SiC

   Карбид  кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Карбид кремния существует в двух модификациях, из которых α-модификация является политипной и представляет собой сложную структуру гексагональной формы.

4. Керамика на основе Si₃N₄ и AlN

   Керамика из Si₃N₄. Нитрид кремния Si₃N₄ является единственным соединением кремния и азота. Он существует в двух модификациях – α- и β-Si₃N₄, которые имеют гексагональную решетку. Нитрид кремния отличается исключительно высокой химической устойчивостью. Он устойчив к окислению не только на воздухе, но и в кислороде, даже при умеренно высоких температурах. Практически нитрид кремния устойчив против всех кислот, многих расплавленных металлов, паров воды.

   Керамика из AlN. Нитрид алюминия хотя и наиболее перспективный, после Si₃N₄ и SiC материал для изготовления термонапряженных деталей различных высокотемпературных конструкций, изучен значительно меньше. Он является единственным соединением алюминия и азота. Кристаллизуется нитрид алюминия в гексагональной решетке типа вюрцита. AlN, так же как и SiC, характеризуется наличием нескольких политипов.

 

 

5. Керамика на основе BN и B₄C

   Керамика из BN. Нитрид бора BN является единственным соединением бора и азота с весьма высокой температурой плавления в 3000°С (под давлением азота). Плотность его 2,2–2,35 г/см³. Практическое значение имеют две модификационные формы нитрида бора  – гексагональная α-BN и кубическая β-BN.

   Керамика на основе В₄С. B₄C (правильнее B₁₂C₃) – единственное соединение бора с углеродом. Чёрные блестящие кристаллы, плотность 2,52 г/см³, температура плавления 2360°С. На воздухе карбид бора устойчив до 1000°С, не реагирует с кислотами, но разлагается щелочами. По твёрдости B₄C (Н_μ=49ГПа) уступает лишь алмазу и боразону.

6. Керамика на основе боридов и силицидов

   Бориды являются  тугоплавкими веществами, обладают высокой твердостью (до 35ГПа) и термической стойкостью, значительной электропроводностью и теплопроводностью. Бориды не образуют структуру фаз внедрения, так как размер атома бора слишком велик и правило Хэгга для них не выполняется. Большинство боридов устойчивы против действия кислот, но разлагаются расплавленными щелочами, карбонатами. Бориды весьма чувствительны к окислительным средам и при умеренных температурах (800–1200°С) начинают заметно окисляться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Применение

   Применение керамики в промышленности или как её ещё называют – техническая керамика занимает, как ни странно это звучит, одну из главенствующих областей её применения. Для не посвящённого человека трудно представить всё разнообразие использования керамики в промышленных целях, основанное в первую очередь на огромном количестве типов керамических материалов, разработанных учёными в нынешнем веке. Что если вам скажут, что подобные изделия вы сможете обнаружить начиная с тяжёлой промышленности и машиностроения (нпр. уплотнения насосов, детали клапанов, в качестве режущего инструмента для никелевых сплавов и чугуна, вырубки угля и проката труб) и заканчивая электротехническими изделиями и даже в современной электронике, к примеру в микрофоне какого-нибудь фирменного гарнитуры samsung. О-о! Оказывается это только цветочки… ещё есть такие области как:

-магнитные материалы . Информационные накопители используемые для хранения информации – магнитные диски, ленты, платы. Так же микроволновая техника, магниты электродвигателей, настроечные приборы, видео- и звукозаписывающие головки – всё это области применения ферритов с содержанием бария, стронция или оксидов. Их дешевизна – результат широкого использования.

- биокерамика – Зубная и ортопедическая имплантация используется для «ремонта» костных тканей в случае их частичной утраты. Особенностью керамики на основе фосфатов кальция и натрия является её способность превращаться в кость, постепенно рассасываясь и выводя из тела ,в ходе естественных биохимических процессов, ненужные вещества. Её свойства поразительны – она устойчива к биодеградации, срастается с живой тканью и легко совмещается с костной.

- броня. Бронежилеты для защиты человеческого тела состоят из керамических пластин, прикреплённых к алюминиевым подкладкам. Такое сочетание материалов способно гасить энергию высокоскоростных поражающих материалов (пуль, снарядов). Военную технику, включая самолёты и вертолёты защищают от физического воздействия так же керамические листы и пластины.

- оконные материалы. кристаллическая керамика – намного более прочный материал чем стекло, кроссе того из него изготавливают лазеры. Достаточно слегка пофантазировать, чтобы представить себе широту его использования в этой области .

- атомная энергетика . Вместо металлов в ядерных реакторах используется керамика-диоксид урана, так как рабочие температуры слишком высоки для металлического урана. Кроме этого она позволяет поглощать нейроны – применяется диоксид бора.

- датчики и пускатели. Керамические датчики способны реагировать и таким образом обнаруживать малые содержания газов – сероводород, кислород, окись углерода, окись азота. Поэтому их применяют там, где требуется контроль за чистотой воздуха от загрязняющих газов и газовых смесей. Полупроводящая оксидная керамика – главный материал при изготовлении датчиков и пускателей.

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  искусственно синтезированного  сырья (порошков).

2. Применение новых технологий, прежде всего технологий порошковой  металлургии.

Следует отметить, что свойства технических керамик, в особенности  механические,  в 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Производство

   В Европе производится  широкий ассортимент технической  керамики, в состав которой входит  не только глина, но и искусственное  сырье. Как и в других отраслях  керамической промышленности, изделия  обжигают в печах, работающих  преимущественно на природном  газе и на электричестве. 

   Техническая керамика  применяется во многих отраслях  промышленности и включает как  традиционные (в частности, изоляторы)  так и новые изделия. Это  конструкционные элементы для  авиакосмической и автомобильной  промышленности (детали двигателей, носители катализаторов), электроники  (конденсаторы, пьезоэлементы), биомедицинская  продукция (костные имплантаты), материалы и изделия для защиты  окружающей среды (фильтры) и  многое другое.

   Главные производители  технической керамики находятся  в Германии, Великобритании, Франции  и Нидерландах. Так же в этих  странах широко выпускается качественная тротуарная плитка, которая используется для создания тротуаров с твёрдым покрытием.

   Благодаря высокой  добавочной стоимости изделий  технической керамики, эта отрасль  потребляет меньшее, чем остальные,  количество энергии в пересчете  на оборот. В пересчете на массу  продукции уровень энергопотребления  оказывается сравнимым. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под ред. П.П. Будникова. – М.: Стройиздат, 1972. – 551с.
2. Шевченко В.Я. Введение в техническую керамику. – М.: Наука, 1993. – 112 с.
3. Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. – М.: Наука, 1993. – 187 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

1. Введение
2. Изделия из технической керамики
3. Свойства керамики
4. Виды технической керамики
5. Применение
6. Производство
7. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

   Кафедра ТСН

 

 

 

Техническая керамика

 

 

 

 

 

 

 

 

Томск-2011г.