ПОНЯТИЕ, ЕГО СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ.
Бескислородная керамика. К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом (МеС) — карбиды, с бором (МеВ) — бориды, с азотом (MeN) — нитриды, с кремнием (MeSi) — силициды и с серой (MeS) — сульфиды.Эти соединения отличаются высокими: огнеупорностью (2500—3500 °С), твердостью и износостойкостью по отношению к агрессивным средам, обладают высокой хрупкостью, жаростойкостью.Сопротивление окислению при высоких температурах (окалиностойкость) карбидов и боридов составляет 900—1000°С, у силицидов- 1300—1700°С.
Керамика на основе оксидов тория и урана имеет высокую температуру плавления, но обладает высокой плотностью и радиоактивна. Эти виды керамики применяют для изготовления тиглей для плавки родия, платины, иридия и других металлов, в конструкциях электропечей (ThO2), для тепловыделяющих элементов в энергетических реакторах (UO2).
Техническая керамика включает искусственно синтезированные керамические материалы различного химического и фазового состава и обладает комплексом свойств. Такая керамика содержит минимальное количество или совсем не содержит глины.
|
|
КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ЛЕКЦИЯ 3.4
Химическое загрязнение
- Что такое химическое загрязнение?
- Относятся ли радиоактивные вещества к химическому загрязнению?
- Что такое атмосферные газы, откуда они берутся?
- Источники поступления углеводородов в атмосферу.
- Что такое полициклические углеводороды, источники их появления в окружающей среде.
- Какие газы принято называть парниковыми?
- Парниковые газы по Киотскому протоколу.
- Какие аэрозоли могут находиться в воздухе?
- Назовите основные группы загрязняющих веществ водоемов и почв.
- Каким образом загрязняющие вещества атмосферного воздуха попадают в водоемы и почву.
- В чем главная опасность загрязняющих веществ, попавших в донные осадки?
- Источники микробиологического загрязнения водоемов.
- Что такое пестициды?
- К чему может привести загрязнение водоемов удобрениями?
- Что такое кислые дожди? В чем их опасность?
- Что такое ПЦАУ и в каком виде они могут находиться в воздухе?
[1] Аэрозоль – взвешенные в газообразной среде частицы твердых или жидких веществ органического или неорганического происхождения. (Пример: пыль, выброс сажи и соединений свинца с выхлопными газами автомобилей, работающих на этилированном бензине). В технике называют аэрозоль твердых частиц – дым, жидких – туман.
[2] Эвтрофикация (греч. eutrophia — хорошее питание) — обогащение рек, озер и морей биогенами, сопровождающееся повышением продуктивности растительности в водоемах [Энциклопедия Википедия. ru.wikipedia.org].
|
|
Керамика — неорганический материал, получаемый из отформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200—2500 °С) формируется структура материала (спекание), и изделие приобретает необходимые физико-механические свойства. Керамические материалы могут быть изготовлены на основе глины. Глина в смеси с водой дает пластическую, способную формоваться массу и после обжига приобретает значительную механическую прочность.
Основными компонентами технической керамики являются оксиды и бескислородные соединения металлов. Любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.
Кристаллическая фаза представляет собой определенные химические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значения механической прочности, термостойкости и других ее основных свойств.
Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1—10 % стеклофазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели. Однако стеклообразующие компоненты (глинистые вещества) облегчают технологию изготовления изделий.
Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики; по этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор нежелательно, так как снижается механическая прочность материала.
Керамика на основе чистых оксидов. В производстве оксидной керамики используют в основном следующие оксиды: А12О3 (корунд), ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, UO2. Структура керамики однофазная поликристаллическая. Кроме кристаллической фазы может содержаться небольшое количество газов (поры) и стекловидной фазы. Температура плавления чистых оксидов превышает 2000°С, поэтому их относят к классу высокоогнеупорных материалов. Оксидная керамика обладает высокой прочностью при сжатии по сравнению с прочностью при растяжении или изгибе.
С повышением температуры прочность керамики понижается. Керамика из чистых оксидов, как правило, не подвержена процессу окисления.
Керамика на основе А12О3 (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойкая, отличный диэлектрик. Изделия из него широко применяют во многих областях техники: резцы, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, детали высокотемпературных печей, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Керамику с плотной структурой используют в качестве вакуумной, пористую — как термоизоляционный материал. В корундовых тиглях проводят плавление различных металлов, оксидов, шлаков. Корундовый материал микролит (ЦМ-332) по свойствам превосходит другие инструментальные материалы, его плотность до 3960 кг/м3, σСЖ до 5000 МПа, твердость 92—93 HRA и красностойкость до 1200 °С. Из микролита изготовляют резцовые пластинки, фильеры, насадки, сопла, матрицы и др.
Особенностью оксида циркония (ZrO2) является низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из ZrO2 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 для защиты последних от действия температур.
Керамика на основе оксидов магния и кальция стойкая к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Термическая стойкость их низкая. Их применяют для изготовления тиглей, кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппаратуры и т. д.
|
|
Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой теплопроводностью, что сообщает ей высокую термостойкость. Прочностные свойства материала невысокие. Оксид бериллия применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.
Карбиды. Широкое применение получил карбид кремния — карборунд (SiC). Он обладает высокой жаростойкостью (1500— 1600 °С), высокой твердостью, устойчивостью к кислотам и неустойчивостью к щелочам; применяется в качестве нагревательных стержней, защитных покрытий графита и в качестве абразива.
Бориды. Эти соединения обладают металлическими свойствами, высокой электропроводностью. Они износостойки, тверды, стойки к окислению. В технике получили распространение дибориды тугоплавких металлов (TiB2, ZrBa и др.).
Диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и др. Его используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше
2000°С в агрессивных средах, труб, емкостей, тиглей. Покрытия из боридов повышают твердость, химическую стойкость и износостойкость изделий.
Нитриды. Неметаллические нитриды являются высоко термостойкими материалами, имеют низкие теплопроводность и электропроводимость. При обычной температуре это изоляторы, а при высоких температурах — полупроводники.
Твердость и прочность этих нитридов меньше, чем твердость и прочность карбидов и боридов. Они стойки к окислению, действию металлических расплавов.
Нитрид бора а - BN — «белый графит» — имеет гексагональную, графитоподобную структуру. Спеченный нитрид бора хороший диэлектрик при 1800°С в бескислородной среде. Наиболее чистый нитрид бора применяется в качестве материала обтекателей антенн и электронного оборудования летательных аппаратов. Другой модификацией является (β - BN — алмазоподобный нитрид бора) с кубической структурой, называемый эльбором (температура плавления 3000 °С). Он является заменителем алмаза, стоек к окислению до 2000°С (алмаз начинает окисляться при температуре 800°С).
|
|
Нитрид кремния (Si3N4) более других нитридов устойчив на воздухе и в окислительной атмосфере до 1600 °С. Нитрид кремния прочный, износостойкий, жаропрочный материал. Он применяется в двигателях внутреннего сгорания (головки блока цилиндров, поршни и др.), стоек к коррозии и эрозии, не боится перегрева теплонагруженных деталей.
Силициды о тличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, окалиностойкостью, они стойки к действию кислот и щелочей. Их можно применять при температуре 1300— 1700°С, при 1000°С они не реагируют с расплавленным свинцом, оловом и натрием.
Из спеченного MoSi2 изготовляют лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши двигателей; его используют как твердый смазочный материал для подшипников, для защитных покрытий тугоплавких металлов от высокотемпературного окисления.
Сульфиды. Из сульфидов нашел практическое применение только дисульфид молибдена (MoS2), имеющий высокие антифрикционные свойства.
Его применяют в качестве сухого вакуумстойкого смазочного материала. Дисульфид молибдена электропроводен, немагнитен, стоек к радиации, воде, инертным маслам и кислотам, кроме кислот НСl, HNO3, и царской водке.
Вопросы для самопроверки
1.Укажите особенности строения графита и его важнейшие свойства.
2.Как изменяется прочность графита от температуры?
3.Охарактеризуйте технический и пиролитическии графиты, назовите об
ласти их применения.
4.Опишите неорганическое техническое стекло, назовите его состав, разно-
видности, свойства и применение. Какими способами повышают качество стекла?
5.Что такое ситаллы, укажите способы их получения, разновидности,
свойства и применение?
6.Что представляет собой техническая керамика, ее разновидности?
7.Назовите представителей керамики на основе чистых оксидов. Дайте срав-
нительную оценку свойств.
8.Какие вы знаете виды бескислородной керамики? Назовите их разновид-
ности, свойства и применение.