7.3.3. Керамика на основе технических оксидов.

Техническое сырьё многообразнее природного по своему составу. Применяется керамика на основе технических оксидов, а также бескислородного технического сырья.

В производстве керамики на основе технических оксидов используют в основном следующие оксиды: Al₂O₃, ZrO₂, MgO, CaO, BeO, ThO₂, UO₂. Структура керамики однофазная поликристаллическая. Кроме кристаллической фазы может содержаться небольшое количество газов (поры) и стекловидной фазы, которая образуется в результате наличия примесей в исходных материалах. Температура плавления чистых оксидов превышает 2000C, поэтому их относят к классу высокоогнеупорных материалов. Оксидная керамика обладает высокой прочностью при сжатии по сравнению с прочностью при растяжении или изгибе. Более прочными являются мелкокристаллические структуры, так как при крупнокристаллическом строении на границе между кристаллами возникают значительные внутренние напряжения.

С повышением температуры прочность керамики понижается. При использовании материалов в области высоких температур важным свойством является окисляемость. Керамика из чистых оксидов, как правило, не подвержена процессу окисления.

Керамика на основе Al₂O₃ (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик. Изделия из корундовой керамики широко применяют во многих областях техники: резцы, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, детали высокотемпературных печей.

Особенностью оксида циркония является слабокислотная или инертная природа, низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из оксида циркония 2000 – 2200С. Изделия из керамики используется для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов, реакторов.

Керамика на основе оксидов кальция и магния стойка к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Термическая стойкость их низкая. Из оксидов изготовляют тигли.

Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой теплопроводностью. Прочностные свойства материала невысокие. Применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.

Керамика на основе оксидов тория и урана имеет высокой температуру плавления, но обладает высокой плотностью и радиоактивна. Эти виды керамики применяют для изготовления тиглей для плавки родия, платины, иридия и других металлов.

7.3.4. Керамика на основе бескислородного технического сырья.

К тугоплавким бескислородным соединениям относятся соединения элементов с углеродом Me_xC_y - карбиды (Me – символ металлического элемента, Х, Y – стехиометрические коэффициенты), с бором Ме_ХВ_Y – бориды, с азотом Me_ХN_Y – нитриды, с кремнием Me_ХSi_Y – силициды и с серой Me_ХS_Y – сульфиды. Соединения отличают высокая огнеупорностью (1500 – 3500 С), твердость (иногда как у алмаза), стойкостью по отношению к агрессивным средам.

Карбиды. Широкое применение получил карбид кремния. 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. Данные соединения обладают металлическими свойствами, их электропроводность близка к электропроводности металлов, они износостойки, тверды, стойки к окислению. В технике получили распространение дибориды тугоплавких металлов (TiВ₂, ZrB₂ и др.). Их легируют кремнием или дисилицидами, что делает их устойчивыми до температуры их плавления. Диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и др. Его используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2000C в агрессивных средах, труб, емкостей, тиглей. Покрытия из боридов повышают твердость, химическую стойкость и износостойкость изделий.

Нитриды. Неметаллические нитриды являются высокотермостойкими материалами, имеют низкие теплопроводность и электропроводимость. При обычной температуре это изоляторы, а при высоких температурах - полупроводники. С повышением температуры коэффициент линейного расширения и теплоемкость увеличиваются. Твердость и прочность этих нитридов меньше, чем твердость и прочность карбидов и боридов. В вакууме при высоких температурах они разлагаются. Они стойки к окислению, действию металлических расплавов.

Силициды отличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, они стойки к действию кислот и щелочей. Их можно применять при температуре 1300 – 1700C, при 1000^оС они не реагируют с расплавленным свинцом, оловом и натрием. Дисилицид молибдена (MoSi₂) используется наиболее широко в качестве стабильного электронагревателя в печах при температуре 1700^оС в течение нескольких тысяч часов. 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 дисульфид молибдена (МoS₂), 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 крепких НСl, НNО_З и царской водки. При температуре выше 400^оС начинается процесс окисления с образованием оксидной пленки, а при 592^оС образуется МоО₃, являющийся абразивом.