Свойства керамических материалов

Важнейшие свойства, которые в той или иной мере влияют на на потребительские свойства керамики можно подразделять на следующие группы.

1. Пористость, плотность, проницаемость

2. Механические свойства, механическая прочность

3. Термомеханические свойства

4. Теплофизические свойства

5. Химические свойства

6. Электрофизические свойства

1 группа: размер, Суммарный объем и характер распределения пор, т.е. текстура, оказывают влияние на свойства керамики: теплопроводность, водопоглощение, морозостойкость, механическую прочность, химическую стойкость, шлакостойкость.

Пористость: одна из важнейших характеристик .Поры условно подразделяются на закрытые, т.е. недоступные для проникновения жидкости и газа и открытые, которые могут быть тупиковыми или каналообразующими.

Проницаемость в керамике определяется каналообразующими порами, она оценивается коэффициентом проницаемости, показывает какое количество жидкости или газа проходит в единицу времени через еденицу площади и толщины образца при том или ином перепаде давлений.

П_к - Кажущаяся или открытая пористость, отношение объёмов пор заполняемых жидкостью к общему объёму материала в %.

П_и - Истинная пористость отношение сумменного объёма открытых и закрытых пор к общему объёму материала в %.

П_з Закрытая пористость = Пи – Пк

Истинная пористость полностью спекшегося материала в фарфоре составляет от 1 до 5%, а кажущаяся или открытая <0,1%.

Для строительной и огнеупорной керамики Пк = 10-25%, для теплоизоляционных материалов Пк = от 40 до 80%. Полную характеристику истинной пористости могут дать только интегральные и дифференцированные кривые распределения пор по их размерам. Для этого требуется специальные очень сложные приборы, т.е. методически получить значения пористости очень сложно, поэтому пористость определяют косвенными показателями. Из всех косвенных показателей количественно легче всего определить водопоглощение, которое обычно и служит характеристикой пористости, а => и степени спечённости черепка.

Плотность определяется плотностью составляющих её кристаллических фаз. Плотность колеблется от 2250-2800 кг/м³ для обычной строительной керамики, а для технической керамики от 4500 до9000 кг/м³.

По изменению плотности можно судить о степени закристализованности керамики, а так же о степени той или иной ориентированной фазы или о наличии полиморфных превращений

Плотность может быть:

ζ_и – истинная , масса единицы объёма материала, исключая поры, кг/м³

ζ_к – кажущаяся плотность – плотность материала, включая поры.

Связь водопоглощения с открытой пористостью и плотностью определяется формулой:

Β = Пк

ζ

Механическая прочность

Для керамических материалов при обычной температуре характерно хрупкое разрушение. Теоретическая прочность кристаллических тел рассчитана по величине их межатомных связей, составляет очень большую величину (1-5)* 10⁵ МПа. Однако величина реальной прочности от 10-10³ МПа. Такое снижение прочности обусловлено наличием в керамике и в кристаллах значительного количества дефектов решётки: примесей, дислокаций, пустот. Кроме того, на поверхности кристаллов образуется некоторое количество микротрещин, которые являются концентраторами напряжений. Прочностные свойства керамических материалов принято оценивать кратковременной прочностью при сжатии, изгибе, скручивании, растяжении. Механической прочностью обладает керамика кристаллического строения . Нпример предел прочности при сжатии глиняного кирпича от 10 до 20 Мпа, фарфора 300-500 МПа, а некоторые разновидности технической, оксидной керамики от 1000 до 1800 МПа. Прочность при изгибе составляет 1/3 – 1/5 часть прочности на сжатие, а на растяжение 1/6 – 1/8 прочности при сжатии. Прочностные свойства керамики с повышением температуры снижаются, причём у отдельных видов керамики прочность изменяется неодинаково. С повышением температуры прочность снижается, а имеющей стекловидную фазу, имеет при температуре 1000-1100^о некоторый максимум. Снижение прочности керамики с повышением температуры объясняется ослаблением структурных связей . Некоторое повышение прочности у керамики, содержащей стекловидную фазу объясняется тем, что при этих температурах вязкость уменьшится, повышается пластичность, а это снижает склонность материала к хрупкому разрушению, кроме того, стеклофаза затягивает микротрещины в структуре керамики.

Рисунок

Термомеханические свойства.

Большая часть всех керамических материалов или огнеупорность или ря виды технологической керамики, т.е. таких материалов прочностные свойства при обычных температурах имеют, относительные значение для них используют следующие характеристики:

- кратковременная прочность при температурах предполагаемой службы керамики.

- температура определённой степени деформации под постоянной нагрузкой.

- пластическая деформация (ползучесть).

- длительная прочность в области температур службы, температура деформации при нагрузке 0,2 МПа.