Керамика на основе силикатов и алюмосиликатов

К этому классу материалов относятся муллитовая и муллитокорундовая, стеатитовая, форстеритовая, кордиеритовая сподуменовая, цирконовая, цельзиановая керамики, а также различные виды фарфоров. Все они содержат в разных соотношениях силикаты и алюмосиликаты.

Основой кристаллической фазы муллитовой и муллитокорундовой керамики являются муллит 3Аl₂O₃ ^.SiO₂ и корунд a-Аl₂О_3. Эти керамические материалы содержат более 45% А1₂О₃, т.е. больше, чем имеется в природных глинах и каолинах, поэтому их ещё называют высокоглинозёмистыми керамиками. Эти керамики обладают высокими электрофизическими свойствами и этим определяются её области применения.

Стеатитовая керамика состоит из MgO и SiO₂, сырьём служит минерал тальк. Стеатитовая керамика – хороший электроизоляционный материал, высокочастотный диэлектрик.

Форстеритовая керамика отличается от стеатитовой более высоким содержанием MgO. Форстеритовая керамика с плотной спёкшейся структурой обладает высокими значениями электрофизических свойств и повышенным коэффициентом линейного термического расширения. Благодаря этому она применяется в электровакуумной технике как изолятор на контактах с металлами, главным образом с титаном.

Кордиеритовая керамика в сравнении со стеатитовой и форстеритовой дополнительно содержит Al₂O₃. В отличие от них кордиеритовая керамика имеет низкий коэффициент линейного расширения и поэтому обладает высокой стойкостью к термоударам (резким изменениям температуры).

Цирконовая керамика в качестве основной кристаллической фазы содержит силикат циркония – ZrO₂ · SiO₂ – циркон. При температуре около 1800^оС циркон обратимо диссоциирует на исходные оксиды. Из-за высокой стоимости его используют главным образом в качестве добавки в специальные виды фарфора.

Цельзиановая керамика изготавливается на основе алюмосиликата бария ВаО · Аl₂O₃ ^. SiO₂ –цельзиана. Используется в радиотехнике.

Сподуменовая керамика состоит из литийсодержащих алюмосиликатов с различным содержанием лития. В тройной системе Li₂O - Al₂O₃ – SiO₂ имеется область составов, имеющая при температурах до 400 – 500^оС отрицательный коэффициент линейного расширения. Это обеспечивает высокую стойкость к термоударам.

Волластонитовая керамика изготавливается из метасиликата кальция СаО · SiO₂. Применяется как электротехнический материал.

Классические керамики, к которым относятся разные виды фарфоров, изготавливают из трёх компонентов: глины, кремня и полевого шпата.

Глина состоит в основном из соединений А1₂О₃, SiO₂ и H₂O, присутствующие в различных минералах в разных соотношениях, например, А1₂О₃ ∙ 2SiO₂ ∙ 2H₂O – каолинит (фарфоровая глина). В малых количествах глины содержат также СаО, Fe₂O₃, FeO, Na₂O, K₂O, MgO и TiO₂. Глины относятся к алюмосиликатам.

Кремень – дешёвый огнеупорный компонент - одна из кристаллических форм кремнезёма SiO₂, называемая также кварцем. Другими кристаллическими формами SiO₂ являются тридимит и кристобалит.

Полевые шпаты относятся к алюмосиликатам щелочных металлов и представляют собой калиевые или натриевые алюмосиликаты К₂О ∙ А1₂О₃ ∙ 6SiO₂ и Na₂О ∙ А1₂О₃ ∙ 6SiO₂ . Полевой шпат с кремнезёмом образует эвтектику, плавящуюся при 990 ^оС, что ограничивает температурный диапазон эксплуатации фарфоров.

Химическая стойкость этих видов керамики определяется химическими свойствами составляющих их компонентов, что было уже рассмотрено ранее.

3.3. Керамика на основе диоксида титана, титанатов, цирконатов и других соединений с подобными свойствами.

Эта группа материалов включает керамику на основе диоксида титана в сочетании с оксидами циркония, магния, олова, алюминия, лантана, бария, на основе титанатов бария, свинца, кальция, твёрдых растворов цирконатов и титанатов свинца (ЦТС), ниобаты, танталаты и др. Все эти керамики обладают повышенной, высокой или сверхвысокой диэлектрической проницаемостью и используются для изготовления керамических конденсаторов, пьезоэлементов и др. Их использование не предполагает контакта с агрессивными средами, высокими температурами и т.п., поэтому можно не останавливаться на их химической стойкости.

Однако ионизирующие излучения вызывают в сегнето- и пьезокерамических материалах необратимые структурные изменения, по характеру аналогичные тепловым воздействиям, и являются результатом анизотропного расширения кристаллической решётки. Это приводит к определённым изменениям диэлектрической проницаемости и добротности, уменьшению точки Кюри, увеличению гистерезисных потерь и существенному изменению формы петли гистерезиса вплоть до её исчезновения. Термообработка и длительное естественное старение могут частично восстанавливать свойства материалов.