Керамика

(греч. Keramike - гончарное искусство, от keramos - глина), неметаллич. Материалы и изделия, получаемые спеканием глин или порошков неорг. В-в. По структуре К. Подразделяют на грубую, имеющую крупнозернистую неоднородную в изломе структуру (пористость 5-30%), и тонкую - с однородной мелкозернистой структурой (пористость <5%). К грубой К. Относят мн. Строит. Керамич. Материалы, напр. Лицевой кирпич, к тонкой - фарфор, пьезо- и сегнетокерамику, ферриты, керметы, нек-рые огнеупоры и др., а также фаянс, полуфарфор, майолику. В особую группу выделяют т. Наз. Высокопористую К. (пористость 30-90%), к к-рой обычно относят теплоизоляц. Керамич. Материалы. Типы К. В зависимости от хим. Состава различают оксидную, карбидную, нитридную, силицидную и др.

К. Оксидная К. Характеризуется высоким уд. Электрич. Сопротивлением (1011-10 Ом . См), пределом прочности на сжатие до 5 ГПа, стойкостью в окислит. Средах в широком интервале т-р. Нек-рые виды - высокотемпературной сверхпроводимостью, напр. Иттрий-бариевая К. (см. Иттрии), а также высокой огнеупорностью. Среди оксидной К. Наиб. Распространение получили. 1. Алюмосиликатная К. На основе SiO2 -А12 О 3 или каждого из этих оксидов в отдельности. Кремнеземистая К. Содержит более 80% SiO2 и подразделяется на кварцевую и динасовую К. Первую изготовляют из кварцевого стекла или жильного кварца, вторую - спеканием кварцита в присут. Fe2O3 и Са(ОН)2. Кварцевая К. Обладает высокой термич. И радиац. Стойкостью, радиопрозрачностью, высокой кислотостойкостью и огнеупорностью.

По мере увеличения содержания Аl2 О 3 в керамич. Материалах увеличивается содержание муллита 3Al2O3.2SiO2, что способствует повышению прочности и термостойкости К., снижению ее кислотности. К керамике, содержащей ок. 28% Аl2 О 3, относят "полукислые" материалы (огнеупоры, фарфор, фаянс, гончарные изделия), а также каолиновую вату, теплоизоляц. Материалы на ее основе, шамотные огнеупоры и др. Корундовая К., содержащая >90% Аl2 О 3, характеризуется высоким электрич. Сопротивлением при т-рах до 1500°С, высокими пределами прочности при сжатии (3-4 ГПа) и изгибе (~ 1 ГПа). Из алюмосиликатной К. Изготовляют посуду, детали и футеровку коксовых и мартеновских печей, ракет, космич. Аппаратов и ядерных реакторов, носители для катализаторов, корпуса галогенных ламп, костные имплантаты, детали радиоаппаратуры и мн.

Др. 2. К. На основе SiO2 и др. Оксидов. К этому типу материалов относят К. Состава SiO2-Al2O3-MgO (кордиеритовая), ZrSiO4 (цирконовая), SiO2-Al2O3-Li2O (сподуменовая), SiO2-Al2O3 BaO (цельзиановая К.). Для изготовления такой К. Обычно используют глину, каолин, тальк, карбонаты Ва, Li и Са, MgO, минералы эвкриптит, сподумен, петалит, ашарит, трепел, известняк. Применяют в произ-ве радиотехн. Деталей, теплообменников, огнеупоров, изоляторов азто- и авиасвечей и др. 3. К. На основе ТiO2, титанатов и цирконатов Ва, Sr, Pb, a также К. На основе ниобатов и танталатов Рb, Ва, К и Na. Такая К. Характеризуется высоким электрич. Сопротивлением, высокой диэлектрич. Проницаемостью и применяется в электронике и радиотехнике. 4. К. На основе MgO. Получают из магнезита, доломита, известняка, хромомагнезита, синтетич.

MgO. В качестве добавок используют СаО, Сr2 О 3, Аl2 О 3. Магнезиальную К., содержащую 80% MgO, применяют для изготовления огнеупоров. К. Из чистого MgO используют для произ-ва изоляторов МГД генераторов, иллюминаторов летательных аппаратов, в качестве носителей для катализаторов. Магнезиально-известковую (содержит более 50% MgO, 10% СаО), магнезитохромовую (60% MgO, 5-18% Сг 2 О 3), хромомагнезитовую (40-60% MgO, 15-30% Сг 2 О 3) и хромитовую (40% MgO, 25% Сr2 О 3) К. Применяют для изготовления огнеупоров. К. Из хромитов La и Y используют в качестве высокотемпературных электронагревателей (выдерживают нагрев до 1750 °С), работающих в окислит. Среде. 5. Шпинельная К. На основе ферритов гл. Обр. Ni, Co, Мn, Са, Mg, Zn.

Обладает, как правило, ферромагн. Св-вами и способна образовывать твердые р-ры замещения. Применяют такую К. Для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек и др. Деталей в устройствах памяти и т. П. 6. К. На основе оксидов BeO, ZrO2, HfO2, Y2O3, UO2. Химически стойка и термостойка. Так, К. Из ВеО (броммеллитовая К.), полученная спеканием ВеО с добавками др. Оксидов (ок. 0,5%), напр. Аl2 О 3, ZrO2, обладает наиб. Теплопроводностью среди керамич. Материалов и способна рассеивать нейтроны. Используют ее при изготовлении электровакуумных приборов, тиглей для плавки тугоплавких металлов, напр. Pt, Be, Ti. В К. Из ZrO2 обычно вводят стабилизаторы (Y2O3, СаО, MgO), образующие с ним твердые р-ры. Применяют для изготовления высокотемпературных нагревателей, защитных обмазок, для изоляции индукторов высокочастотных печей и как конструкционную К.

К карбидной К. Относят карборундовую К., а также материалы на основе карбидов Ti, Nb, W. Все виды такой К. Обладают высокой электро- и теплопроводностью, огнеупорностью, устойчивостью в бескислородной среде (К. На основе SiC, к-рая устойчива до 1500 °С в окислит. Средах). Карборундовую К. Изготовляют из порошка SiC или обжигом С в Si. Она имеет высокий предел прочности при сжатии. Карбидную К. Используют в качестве конструкц. Материалов, огнеупоров, для изготовления высокотемпературных нагревателей электрич. Печей и инструментов в металлообрабатывающей пром-сти (К. На основе карбидов W, Ti, Nb). Книтридной К. Относят материалы на основе BN, A1N, Si3N4, (U, Pu)N, а также К., получаемую спеканием соед., содержащих Si, A1, О, N (по начальным буквам элементов, входящих в К., ее называют "сиалон"), или соед., содержащих Y, Zr, О и N.

Изготовляют такую К. Спеканием порошков в атмосфере азота при давлении до 100 МПа, горячим прессованием при 1700-1900 °С. К. Из Si3N4 получают реакц. Спеканием порошка Si в среде N2. В этом случае обычно образуется пористая К. Нитридная К. Характеризуется стабильностью диэлектрич. Св-в, высокой мех. Прочностью, термостойкостью, хим. Стойкостью в разл. Средах. Предел прочности при изгибе для К. Из BN составляет 75-80 МПа, для К. Из AlN-200-250 МПа, для К. Из Si3N4 - дo 1000 МПа. Керамич. Нитридные материалы применяют для изготовления инструментов в металлообрабатывающей пром-сти, тиглей для плавки нек-рых полупроводниковых материалов, СВЧ изоляторов и др. К. Из Si3N4 - конструкц. Материал, заменяющий жаропрочные сплавы из Со, Ni, Cr, Fe.

Среди силицидной К. Наиб. Распространена К. Из дисилицида Мо. Она характеризуется малым электрич. Сопротивлением (170-200 мкОм . См), стойкостью в окислит, средах (до 1650°С), расплавах металлов и солей. Изготовляется спеканием порошка MoSi2 с добавками Y2O3 и др. Оксидов. Применяют для изготовления электронагревателей, работающих в окислит. Средах. Из чистых фторидов, сульфидов, фосфидов, арсенидов нек-рых металлов изготовляют оптическую К., применяемую в ИК технике. При изготовлении К. Из глины и непластичного материала последний измельчают в шаровых мельницах, а глины с добавлением воды размалывают в стругачах или распускают в смесителях. Полученные суспензии дозируют и сливают в смесительные бассейны. В зависимости от способа формования суспензию обезвоживают в фильтр-прессах или распылительных устройствах.

Из порошков с влажностью до 12% по массе изделия формуют одним из видов прессования. При формовании масс с влажностью 15-25% последовательно используют раскатку, выдавливание, допрессовку, формование на гончарном круге и обточку. Из суспензий с влажностью 25-45% (литейных шликеров) изделия формуют литьем в гипсовые, пористые пластмассовые и металлич. Формы. При изготовлении техн. К. Литейный шликер приготовляют из непластичных порошков, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластичные в-ва (напр., парафин, воск), олеиновую к-ту и нек-рые ПАВ. Изделия формуют всеми упомянутыми способами, в т. Ч. Вибропрессованием. Отформованные изделия подвергают сушке (в случае применения водорастворимой связки) или выжиганию орг.

Связки. Обжиг К. Сформованные изделия или предварительно спрессованные порошкообразные смеси исходных в-в подвергают обжигу - сложному процессу спекания, в результате к-рого создается материал определенного фазового состава и с заданными св-вами. Обжиг до получения прочного монолита (камневидного тела) проводят в спец. Камерных, кольцевых или туннельных печах непрерывного действия. Т-ры обжига колеблются от 900 °С для строит. К. До 2000 °С для огнеупорной К. Для получения плотной К. С мелкими кристаллами используют также горячее прессование в твердых или эластичных формах (газостатич. Прессование) и реакц. Спекание. Обычно изделия после обжига готовы к использованию. Нек-рые виды К. Дополнительно подвергают мех. Обработке, металлизации, декорированию.

Изделия из фарфора, фаянса и др. Видов тонкой К. Перед обжигом, как правило, покрывают глазурью, образующей при 1000-1400 °С стекловидный водо- и газонепроницаемый слой (см. Глазурь). Тонкостенные изделия перед глазурованием во избежание размокания в глазурной суспензии подвергают предварит. Обжигу. При изготовлении теплоизоляц. К. С высокой пористостью используют выгорающие добавки, на месте к-рых образуются поры, или керамич. Волокна из алюмосиликатов, из к-рых по технологии асбестовых изделий и бумаги изготовляют пористые войлоки, шнуры, вату, ленты и т. П. Лит. Августиник А. И., Керамика. 2 изд. Л., I97S. Стрелов К. К., Мамыкин П. С., Технология огнеупоров, 3 изд., М., 1978. Выдрик Г. А., Соловьева Т. В., Харитонов Ф. Я., Прозрачная керамика, М., 1980.

Балкевич В. Л., Техническая керамика, 2 изд., М., 1984. Стрелов К. К., Теоретические основы производства огнеупорных материалов, М., 1985. А. С. Власов.