§ 20. Керамика

Керамикой называют материалы, полученные при высокотемпературном спекании минеральных порошков. При нагреве исходные вещества взаимодействуют между собой, образуя кристаллическую и аморфную фазу. Керамика представляет собой пористый материал, содержащий ковалентные или ионные кристаллы – сложные оксиды, карбиды или твердые растворы на их основе. Аморфная фаза является стеклом. 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.

Установочная керамика применяется для изготовления изоляторов, колодок, плат, каркасов, катушек и т. п. Она должна иметь низкие потери, хорошие электроизоляционные свойства и прочность.

Для работы при низких частотах используют электрофарфор, который дешев и имеет неплохие электрические свойства. Его недостатки – большие потери, резко возрастающие при нагреве выше 200 °С, и низкая механическая прочность. Недостатки электрофарфора объясняются свойствами стекла, которого в нем содержится довольно много.

Основным материалом, используемым для изготовления деталей, предназначенных для работы при высоких частотах, является стеатит, который получают из талька. Стеатиты не содержат вредных примесей, их свойства стабильны до 100 °С. Они легко прессуются, при обжиге дают усадку всего 1–2 % и используются для деталей с плотной и пористой структурой и точными размерами. В отличие от других видов керамики стеатит удовлетворительно режется (после предварительного обжига). Недостатки стеатита – растрескивание при быстрых сменах температуры и трудность обжига.

Конденсаторная керамика должна иметь большую , обеспечивающую повышенную удельную емкость, низкие потери и малый ТК. Применение такой керамики увеличивает надежность работы и теплостойкость конденсаторов, уменьшает их размеры.

Характерной особенностью керамических материалов является хрупкость. Сопротивление разрушению тем выше, чем мельче кристаллы и чем меньше пористость. Изделия из плотной мелкозернистой керамики – тонкой керамики – получают по более сложной технологии, и поэтому такие изделия дороги. Пористую керамику используют в качестве огнеупорных материалов, фильтров, диэлектриков в электротехнике. Более прочную плотную керамику применяют для некоторых деталей машин.

§ 21. Ситаллы

Ситаллы или стеклокристаллические материалы получают из стекол специального состава при помощи контролируемой кристаллизации. Структура ситаллов представляет собой смесь очень мелких (размерами 0,01–1 мкм), беспорядочно ориентированных кристаллов (60–95%) и остаточного стекла (40–5%). Исходное стекло по химическому составу отличается от остаточного стекла, в котором накапливаются ионы, не входящие в состав кристаллов. Такая структура создается в стеклянных изделиях после двойного отжига: первый отжиг нужен для формирования центров кристаллизации, второй – для выращивания кристаллов на готовых центрах. Для образования кристаллов в стекла вводят Li₂O, ТiO₂, Аl₂О₃ и другие соединения.

В зависимости от условий образования центров кристаллизации ситаллы подразделяют на термоситаллы и фотоситаллы. В термоситаллах для образования центров кристаллизации используют оксиды или фториды TiO₂, P₂O₅, NaF и др. (несколько процентов). При отжиге термоситалла получается высокая и однородная плотность кристаллов. В фотоситаллах используют малые добавки золота, серебра, платины или меди. Центры кристаллизации формируются под действием облучения ультрафиолетовым светом и отжига. Необлученные участки остаются аморфными после отжига.

Фотоситаллы применяют как фоточувствительные материалы. Термоситаллы имеют универсальное применение: как износостойкие материалы используются для деталей гидромашин, узлов трения, защитных эмалей; как прочные стабильные диэлектрики – для радиодеталей, плат и т. п.