Оксидная керамика

Характеризуется высоким удельным электрическим сопротивлением (1011-10

Ом/см2), пределом прочности на сжатие до 5 ГПа, стойкостью в окислительных

средах в широком интервале температур; некоторые виды - высокотемпературной

сверхпроводимостью, например иттрий-бариевая керамика, а также высокой

огнеупорностью.

Среди оксидной керамики наиболее распространение получили:

Алюмосиликатная керамика на основе SiO2-А12О3 или каждого из этих

оксидов в отдельности. Из алюмосиликатной керамики изготовляют посуду, детали

и футеровку коксовых и мартеновских печей, ракет, космические аппаратов и

ядерных реакторов, носители для катализаторов, корпуса галогенных ламп, костные

имплантаты, детали радиоаппаратуры и мн. др.

Керамика на основе SiO2 и др. оксидов. Применяют в производстве

радиотехнических деталей, теплообменников, огнеупоров, изоляторов авто- и

авиасвечей и др.

Керамика на основе ТiO2, титанатов и цирконатов Ва, Pb, a также керамика на

основе ниобатов и танталатов Рb, Ва, К и Na. Такая керамика характеризуется

высоким электрическим сопротивлением, высокой диэлектрической

проницаемостью и применяется в электронике и радиотехнике.

Керамика на основе MgO. Применяют для изготовления огнеупоров;

используют для производства изоляторов, иллюминаторов летательных аппаратов; в

качестве носителей для катализаторов, высокотемпературных электронагревателей

(выдерживают нагрев до 1750 °С), работающих в окислительной среде.

Керамика на основе ферритов Ni, Co, Мn, Mg, Zn обладает, как правило,

ферромагнитными свойствами. Применяют ее для изготовления магнитопроводов,

сердечников катушек и др. деталей в устройствах памяти и т.п.

Керамика на основе оксидов BeO, ZrO2, HfO2, Y2O3, UO2 - химически стойка и

термостойка. Используют ее при изготовлении электровакуумных приборов, тиглей

для плавки тугоплавких металлов, а также для изготовления высокотемпературных

нагревателей, защитных обмазок, для изоляции индукторов высокочастотных печей

и как конструкционную керамику.

Составы оксидной керамики

Муллит — минерал из класса силикатов, химический состав непостоянен: от

Al6Si2O13 до Al4SiO8 (т. е. от 3Al2O3·2SiO2 до 2Al2O3·SiO2). Структура ромбической

сингонии, близка структуре силлиманита, но муллит отличается значительной

разупорядоченностью атомов Si и Al.

Плотность 3030 кг/м3; плавится _______при температуре около 1810-1830°C. Чистый

Муллит бесцветен, примеси оксидов железа и титана окрашивают его в розоватый

или синеватый цвет, и минерал приобретает плеохроизм. Муллит — самое

высокотемпературное соединение Al2O3 с SiO2.

Керамика этой марки предназначена для изготовления комплектующих

горячей зоны термических агрегатов с температурой горячей зоны до 1300°С. Эта

керамика обладает следующими характеристиками:

- химсостав: основа- Al2O3- 72% масс., oстальное- SiO2 CaO и др.

- фазовый состав: α-Al2O3, муллит, стеклофаза переменного состава;

- плотность: 2,8÷2,9 г/см3;

- открытая пористость: ~18÷20%;

- коэффициент термического расширения: 2,3÷4,7 10-6/K;

- средняя прочность (трехточечный изгиб при 20°С): 160 МПа

С повышением содержания Al2O3 повышается огнеупорность (например при

содержании Al2O3 83% огнеупорность до 1750°С)

Вследствие пористости, и сопряженного с ней низкого КТР керамика

обладает хорошей термостойкостью, что обусловливает сферу ее применения.

Основной метод изготовления изделий из керамики - горячее литье на

термопластичном связующем.

Корундовая керамика с зернистым наполнителем

Керамика этой марки применяется для изготовления крупных изделий и

изделий сложной формы, для которых особенно опасны градиенты температур,

приводящих к растрескиванию в процессе обжига.

- химсостав: основа- Al2O3- 97% масс. Остальное- SiO2 и др.

- фазовый состав: α-Al2O3;

- плотность: 3,4÷3,5 г/см3;

- открытая пористость: 10%;

- коэффициент термического расширения: 6,3÷6,7 10-6/K;

- средняя прочность (трехточечный изгиб при 20°С): 220 МПа

Корундовая керамика СВ

Керамика разработана и широко применяется при производстве изоляторов

автомобильных свечей зажигания.

- цвет: белый;

- химсостав: основа- Al2O3- 97% масс.

- фазовый состав: α-Al2O3;

- плотность: 3,6÷3,7 г/см3;

- открытая пористость: 0%;

- коэффициент термического расширения: 7,0÷7,2 10-6/K;

- средняя прочность (трехточечный изгиб при 20°С): 250 МПа

- КIс (трещиностойкость): 1.8÷2.0 МПа • м 1/2;

- диэлектрическая проницаемость: 12;

- удельное объемное сопротивление: 1015 ом • см;

- огнеупорность: 1850°С;

Применяется в качестве изоляторов и материала тиглей

Корундовая керамика ГТ

Относится к классу конструкционной корундовой керамики.

- цвет: белый;

- химсостав: основа- Al2O3- 94% масс. Остальное- SiO2, CaO, MgO и др.

- фазовый состав: α-Al2O3+зернограничная стеклофаза;

- плотность: 3,72 г/см3;

- открытая пористость: 0%;

- коэффициент термического расширения: 7,4÷7,5 10-6/K;

- средняя прочность (трехточечный изгиб при 20°С): 350 МПа

- КIс (трещиностойкость): 1.8÷2.0 МПа • м 1/2;

- огнеупорность: 1850°С;

Применяется в парах трения скольжения.

Керамика ZY

Является конструкционной керамикой из оксида циркония,

частично-стабилизированной оксидом иттрия.

- химсостав: ZrO2 - основа, Y2O3 - 5,4% масс.(3% моль.), Примеси окиси

гафния, кремния и др., не более 0.1% масс.;

- фазовый состав: t-ZrO2 (100% тетрагональной фазы);

- плотность: 5,96÷6,09 г/см3;

- открытая пористость: 0%;

- средний размер зерна: 0,16÷0,22 мкм;

- средняя прочность (трехточечный изгиб при 20°С): 700÷900 МПа

- КIс (трещиностойкость): 7,2÷12,4 МПа • м 1/2;

Сырьем для изготовления изделий служат совместно осажденные ультрадисперсные порошки. Керамика ZY рекомендуется для конструкционных

изделий, требующих высокой прочности и трещиностойкости при комнатной

температуре. Для высокотемпературных применений керамика ZY непригодна, т.к.

теряет прочность при нагреве из-за нестабильности тетрагональной фазы. Керамика

ZY показывает выдающуюся износостойкость при использовании в качестве

абразивных тел. Основным методом формования изделий является холодное и

квазиизостатическое прессование, ограниченно применяется водное шликерное

литье.