Родовидовые и другие отношения понятий

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

1. Что такое химическое загрязнение?
2. Относятся ли радиоактивные вещества к химическому загрязнению?
3. Что такое атмосферные газы, откуда они берутся?
4. Источники поступления углеводородов в атмосферу.
5. Что такое полициклические углеводороды, источники их появления в окружающей среде.
6. Какие газы принято называть парниковыми?
7. Парниковые газы по Киотскому протоколу.
8. Какие аэрозоли могут находиться в воздухе?
9. Назовите основные группы загрязняющих веществ водоемов и почв.
10. Каким образом загрязняющие вещества атмосферного воздуха попадают в водоемы и почву.
11. В чем главная опасность загрязняющих веществ, попавших в донные осадки?
12. Источники микробиологического загрязнения водоемов.
13. Что такое пестициды?
14. К чему может привести загрязнение водоемов удобрениями?
15. Что такое кислые дожди? В чем их опасность?
16. 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, σ_СЖ 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, ZrB_a 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.