Керамические материалы

Керамика – это неорганический материал получаемый в основном из порошков. Они восстанавливаются, смешиваются, формуются, прессуются, обжигаются при температурах 1200-2500⁰ С. Керамика может быть кислородная и бескислородная.

Кислородная керамика получается на основе чистых окислов Al₂O₃, ZrO₂, MgO, CaO, BeO, ThO₂, UO₂ и т.д. Структура однофазная, пористая, стекловидная, прочная на сжатие, хрупкая на удар и растяжение, не подвержена окислению.

Керамика на основе корунда (Al₂O₃) обладает высокой прочностью до 1200⁰С, химически стойка, отличный диэлектрик, хороший инструментальный материал с красностойкостью до 1200⁰С, твердостью 92-93 НRС. Из корундового материала (микролита ЦМ-232) изготавливают резцовые пластинки, фильеры, насадки, сопла, матрицы, подшипники, свечи зажигания, тигли для плавки металла и т.д.

Из циркониевой керамики (ZrO₂) изготавливают тигли, покрытия для металлов, футеровку печей.

Керамика из MgO, CaO хорошо стоит в печах при основных шлаках и используется для изготовления тиглей, футеровки печей.

Бериллиевая керамика отличается высокой теплопроводностью, очень термостойкая, рассеивает ионизирующее излучение высоких энергий, замедляет тепловые нейтроны, используется в полупроводниках.

Керамика на основе урана, тория имеет высокую температуру плавления, плотность, удельный вес, радиоактивность. Делают тигли для плавки радия, платины, иридия.

Бескислородная керамика изготавливается на основе карбидов (МеС), боридов (МеВ), нитридов (МеN), силицидов (МеSi). Эта керамика отличается высокой огнеупорностью (2500-3500⁰С), твердостью до 90-97 НR_с, износостойкостью, красностойкостью до 900-1000⁰С (силициды до 1300-1700⁰С).

Карбид кремния (SiC) – карборунд выдерживает температуры 1300-1700⁰С, тверд, устойчив к кислотам. Изготавливают нагревательные стержни, чехлы термопар, абразивный инструмент, защитное покрытие для графита.

Бориды (МеВ) обладают высокой тепло- и электропроводностью, износостойки, тверды, не окисляются. Распространены TiB₂, ZrB₂ и другие. Их легируют кремнием, что делает их устойчивыми до температур плавления. Диборид циркония ZrB₂ устойчив в расплавах Al, Cu, чугуна, стали. Изготавливают чехлы термопар до температур 2000⁰ С, тигли, трубы и т.д.

Нитриды (МеN) высокотермостойкие материалы имеют низкую тепло- и электропроводность, при обычной температуре – изоляторы, при повышенной – полупроводники, стойки к окислению, действию расплавленных металлов, шлаков.

Нитрид бора (ВN) имеет α и β решетки. ВN – α имеет гексоганольную решетку (белый графит). Это мягкий порошок стойкий к восстановительной среде, используется как огнестойкий смазочный материал, диэлектрик при 1800⁰С. ВN – β – алмазоподобный (эльбор). Температура плавления его ~3000⁰ C, плотность 3450 кг/м³. Он является заменителем алмаза, стоек к окислению до 2000⁰ C.

Нитрид кремния (Si₃N₄) прочный, износостойкий материал, жаропрочен, устойчив к окислению до 1600⁰ C. Он превосходит практически все материалы по прочности при высоких температурах, стоек к коррозии и эрозии, не боится перегрева. Из него изготавливают головки блоков цилиндров, поршни и т.д.

Силициды (МеSi) отличаются полупроводниковыми свойствами, окалиностойкостью, стойкостью к кислотам и щелочам. Их применяют до 1300 - 1700⁰ C. До 1000⁰ C силициды не реагируют со свинцом, оловом, натрием. Дисилицид молибдена (Мо Si₂) используется в качестве нагревателей до 1700⁰ С в течении многих тысяч часов. Из МоSi₂ изготавливают лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши, подшипники для работы при высоких температурах. Он отличный смазочный высокотемпературный материал.

Сульфиды. Из сульфидов практически применяется МоS₂ как антифрикционный материал в сухом виде на воздухе до 150-400⁰ С, в вакууме до 1400⁰ С, в среде инертных газов до 1540⁰ С. МоS₂ электропроводен, немагнитен, стоек к радиации, воде, маслам. Начинает окислятся при температурах более 400⁰ С, превращаясь в МоО₃ (абразив).