Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ КЕРАМИКИ Керамика и её класси....doc
Скачиваний:
76
Добавлен:
02.08.2019
Размер:
271.87 Кб
Скачать

Свойства керамики

Свойства керамики зависят от ее состава и структуры, т.е. предопределяются взаимосвязью: состав - структура - cвойства.

Под структурой понимают фазовый состав и строение керамического черепка.

Фазовый состав. Керамические изделия и материалы состоя из трех видов фаз: кристаллической, стеклообразной и газовой. Как известно, фаза -это гомогенная часть гетерогенной системы, имеющая одинаковые химический состав, физические свойства и границы раздела с другими фазами.

Кристаллическая фаза является основной, главной фазой керамики и предопределяет все ее свойства. Она может быть в структуре черепка в виде кристаллов одного химического соединения - минерала, т.е. мономинеральная. Например, корундовая керамика состоит из кристаллов корунда -Al2O3. Чаще всего керамический черепок содержит несколько кристаллических фаз. Так, фарфор содержит кристаллы муллита 3Al2O2∙SiO, кварца SiO2, кристобалита SiO2 это полиминеральная структура.

Стеклообразная фаза обычно присутствует в структуре керамики в виде прослоек между кристаллическими фазами и выполняет роль связки. В отдельных изделиях она представляет основную массу структуры черепка, в которой распределяются кристаллы. Такой является стеклокристаллическая структура фарфора, в которой главными являются стекловидная фаза и муллит, поэтому говорят «стекломуллитовая фаза».

Стеклообразная фаза может играть положительную роль (фарфор) и отрицательную (огнеупоры), что очень точно оценил М.В. Ломоносов, отметив «имеет от стекла часть крепости фарфор», понимая под «крепостью» прочность.

Такие технические свойства фарфора, как прочность и термостойкость, а также эстетические свойства - белизна, просвечивающая способность в значительной степени зависят от количества стеклообразной фазы.

Газовая фаза представляет собой воздух или другие газы, содержащиеся в порах. Количество газовой фазы очень различается в зависимости от вида керамики: в плотной керамике (фарфоре) ее не более 0,1-0,2%, а в теплоизоляционной пористой керамике - до 70-80% от массы черепка. Таким образом, керамика, керамические материалы представляют собой гетерогенное тело-сочетание твердого вещества (кристаллического и стеклообразного) и газовой фазы. Взаимное распределение и количественное соотношение кристаллической, стекловидной и газовой фаз и определяют строение керамического черепка и свойства изделий.

Важнейшими свойствами керамики являются: микроструктура и текстура; пористость и проницаемость; механическая прочность; термомеханические, теплофизические, термические и электрофизические свойства; химическая и радиационная стойкость; правильность формы и точность размеров изделия.

В зависимости от назначения керамические изделия должны обладать совокупностью конкретных свойств и независимо от вида керамики определенной прочностью, которая зависит от структуры черепка. Структура черепка оценивается как ее фазовым составом, так и микроструктурой, и текстурой.

Микроструктура - это характеристика кристаллических фаз, их вида, количества, формы и размеров кристаллов, а также стекловидной фазы и пор.

Текстура - это взаимное расположение кристаллов, стеклофазы и пор в структуре черепка, характер пор, их объем, размеры.

Прочность, термо-, морозо- и химическая стойкость предопределяются, помимо фазового состава, плотностью и пористостью керамического черепка, которые характеризуются рядом показателей.

В технологии керамики различают истинную и кажущуюся плотности.

Истинная плотность (просто плотность) d, кг/м3 - это масса М единицы объема V в абсолютно плотном состоянии, без учета пор:

.

Кажущаяся плотность - это масса единицы объема материала, включая поры, выражается в кг/м3.

В технологии керамики наряду с плотностью широко используются для характеристики структуры черепка показатели пористости.

Истинная пористость Пи %, - отношение суммарного объема пор в образце к общему объему материала, выраженное в процентах:

Пи= .

Кажущаяся (открытая) пористость Пк, %, - отношение объема пор в образце, заполняемых водой при кипячении, к общему объему материала:

Пк= .

По величине кажущейся пористости определяют спекшееся состояние керамики после обжига.

Закрытая пористость - это разность истинной и кажущейся пористости:

Пзик

.

Данные табл. иллюстрируют структурную зависимость прочности керамики, которая выражается пределами прочности на сжатие осж, изгиб оиз и растяжение ар

Отметим, что для художественной керамики, изделий бытового назначения, подлежащих художественной обработке, весьма важными являются такие технические свойства как механическая прочность, термо- и химическая стойкость, правильность размеров, а также эстетико-потребительские свойства, предопределяющие красоту керамических изделий.

В связи с ограниченностью объема учебного пособия нет возможности подробно рассмотреть все свойства керамики.

Прочность керамики в зависимости от пористости

Вид керамики

Кажущаяся (открытая) пористость

Пк,%

Предел прочности, МПа

при сжатии

сж

при изгибе

из

при растяжении

р

фарфор

0,1...0,2

300...500

40...80

13...53

Фаянс

12...20

100

25...30

10...15

Огнеупоры

10...16

50... 100

10...20

5...10

Керамический кирпич

12...20

7,5...30

1,5...3,0

1...2

Теплоизоляционные материалы

70...87

1,5...2,0

Рассмотрим лишь очень важное для художественной обработки керамики из теплофизических свойств - термическое расширение - изменение размеров тела в процессе нагревания при постоянном давлении. Термическое расширение характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения - или температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР)- , истинные значения которых определяются по формулам

где V-объем; -длина; t- температура.

В связи с более простым определением ТКЛР, чем объемного, на практике используют именно этот коэффициент, а объемный выражают через линейный по формуле

.

ТКЛР зависит от фазового состава и структуры керамики. Знание величин ТКЛР различных материалов, например керамического черепка и глазури, представляющей стекловидное покрытие керамики, имеет большое значение при глазуровании, т.к. их ТКЛР весьма различаются. В связи с этим важнейшим условием получения качественного глазурного покрытия при глазуровании керамики является соответствие (близость значений) ТКЛР глазури и керамического черепка. Отклонение их значений допускается в пределах до 15%. Термическое расширение существенно влияет на такое свойство керамики как термостойкость: чем больше ТКЛР керамики, тем ниже

коэффициент термостойкости изделий.