3. Строение керамики

Керамикой называются материалы, полученные при высокотемпера­турном спекании минеральных порошков. При нагреве исходные вещества взаимодействуют между собой, образуя кристаллическую и аморфную фа­зы. Керамика представляет собой пористый материал, содержащий кова­лентные или ионные кристаллы — сложные оксиды, карбиды или твер­дые растворы на их основе. Аморфная фаза является стеклом, которое по своему химическому составу отличается от кристаллов. Керамический материал содержит одну или несколько кристаллических фаз; отдельные виды керамики совсем не имеют стекла в своей структуре. Как правило, керамика имеет поликристаллическую структуру с прослойками стекла и с беспорядочным расположением зерен и поэтому однородна по свойствам.

Характерной особенностью керамических материалов является хруп­кость. Сопротивление разрушению тем выше, чем мельче кристаллы и меньше пористость. Например, плотная микрокристаллическая керамика на основе А^Оз с размерами зерен 1 - 5 мкм в 5 — 6 раз прочнее обыч­ной. Изделия из плотной мелкозернистой керамики — тонкой керамики — получают по более сложной технологии, и поэтому они дороги. По­ристую керамику используют в качестве огнеупорных материалов, филь­тров, диэлектриков в электротехнике. Более прочную плотную керамику применяют для некоторых деталей машин.

Глава 2 свойства материалов

1. Критерии выбора материала

Свойство — это количественная или качественная характеристика материала, определяющая его общность или различие с другими матери­алами.

Выделяют три основные группы свойств: эксплуатационные, техно­логические и стоимостные, которые лежат в основе выбора материала, определяют техническую и экономическую целесообразность его примене­ния. Первостепенное значение имеют эксплуатационные свойства.

Эксплуатационными называют свойства материала, которые опре­деляют работоспособность деталей машин, приборов или инструментов, их силовые, скоростные, стойкостные и другие технико-эксплуатационные показатели.

Работоспособность подавляющего большинства деталей машин и из­делий обеспечивает уровень механических свойств. Механические свой­ства характеризуют поведение материала под действием внешней нагруз­ки. Так как условия нагружения деталей машин чрезвычайно разнообраз­ны, то механические свойства включают большую группу показателей.

Работоспособность отдельной группы деталей машин зависит не только от механических свойств, но и от сопротивления воздействию хи­мически активной рабочей среды. Если такое воздействие становится значительным, то определяющим становятся физико-химические свойства материала — жаростойкость и коррозионная стойкость.

Жаростойкость характеризует способность материала противосто­ять химической коррозии, развивающейся в атмосфере сухих газов при повышенной и высокой температуре. У металлов нагрев сопровождается образованием на поверхности оксидного слоя (окалины). Количественны­ми показателями жаростойкости являются:

скорость окисления, оценивающая интенсивность изменения массы металла (в г/(м² • ч)) или скорость роста толщины оксидной пленки на его поверхности (в мкм/ч);

допустимая рабочая температура металла, при которой скорость его окисления не превышает заданного значения.

Коррозионная стойкость — это способность металла противостоять электрохимической коррозии, которая развивается при наличии жидкой среды на поверхности металла и ее электрохимической неоднородности. Количественными показателями коррозионной стойкости являются:

скорость электрохимической коррозии, оценивающая интенсивность изменения массы металла (в г/(м² ■ ч)) или линейных размеров образца (в мкм/ч);

степень изменения механических свойств под влиянием повреждения поверхности.

Для некоторых деталей машин и изделий важное значение имеют фи­зические свойства, характеризующие поведение материалов в магнитных, электрических и тепловых полях, а также под воздействием потоков вы­сокой энергии или радиации. Их принято подразделять на магнитные, электрические, теплофизические и радиационные.

Среди технологических свойств главное место занимает технологич­ность материала — его пригодность для изготовления деталей машин, приборов и инструментов требуемого качества при минимальных трудо­вых затратах. Она оценивается обрабатываемостью резанием, давлени­ем, свариваемостью, способностью к литью, а также прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. Технологичность материала имеет важное значение, так как от нее за­висят производительность и качество изготовления деталей.

Наконец, к последней группе основных свойств относится стоимость материала, которая оценивает экономичность его использования. Ее ко­личественным показателем является оптовая цена — стоимость единицы массы материала в виде заготовок, проката, слитков, порошка, по кото­рой завод-изготовитель реализует свою продукцию машиностроительным предприятиям.