Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ответы по тех.керамике.doc
Скачиваний:
86
Добавлен:
22.09.2019
Размер:
475.65 Кб
Скачать

8. Свойства оксида магния. Технология, свойства и применение периклазовой керамики.

МgО – существует только в одной модификации и кристаллизуется в кубической системе. Тпл= 2800 оС, плотность = 3580 кг/м3, твёрдость – 6 по Моосу, энтальпия образования = - 613 кДж/моль, средняя удельная теплоёмкость изменяется от 0,975 при 100 оС до 1,22 кДж/г.К при 1500 оС.

МgО получают разложением химически чистых соединений Мg(ОН)2, МgСО3 и др. МgО – более основной оксид, чем ВеО, способен взаимодействовать с водой, поэтому для приготовления шихты в качестве связок используют безводные растворы органических соединений – парафин, воск, олеиновую или стеариновую кислоты.

Спекание МgО производят в инертной или окислительной атмосфере при 1700 – 1800 оС. Добавки ZrO2, MnO2, Cr2O3, CaF2, B2O3, TiO2 cнижают температуру спекания.

Теплопроводность периклазовой керамики умеренная – 28 Вт/м.К, но значительно более высокая, чем у фарфоров, поэтому и стойкость к термоударам более высокая. ТКЛР с ростом температуры повышается в диапазоне от 11,7.10-6 до 14,2.10-6. Механические свойства периклазовой керамики достаточно высокие – предел прочности при сжатии сж = 1200 – 1500 МПа, изг в зависимости от технологии изменяется от 130 – 140 до 250 МПа, модуль упругости Е = 2,9.105 МПа.

Периклазовая керамика – хороший диэлектрик,  = 8 – 9, v в зависимости от чистоты исходного продукта лежит в интервале от 10-15 до 10-17 Ом.м.

Изделия из MgO изготовляют методами, основанными на пластификации MgO органическими или неорганическими связками. Преимущественно распространен метод прессования. Используют также методы литья под давлением горячих шликеров, гидростатического прессования, литья из щелочных и водных суспензий.

Независимо от того, какой метод изготовления изделий принят, оксид магния предварительно обжигают и тонко измельчают, причем обжигают MgO для снижения усадки в изделии, декарбонизации и дегидратации (при длительном хранении образуется карбонат, так как MgO активно поглощает С02 и гидратируется за счет влаги, находящейся в воздухе).

Общая потеря массы часто достигает 10—15%, а иногда и больше. Оптимальная температура предварительного обжига оксида магния зависит от химической истории MgO, его чистоты – и может находиться в пределах 1000—1300°С.

С увеличением температуры обжига происходят рост элементарных кристалликов MgO, соответственное уменьшение удельной поверхности в единице объема, а также снижение поверхностной энергии кристаллов периклаза. Все это приводит к ухудшению спекания изделий, повышению температуры обжига и снижению их относительной плотности.

Наиболее распространенная температура предварительного обжига 1300°С. При этой температуре размер отдельных кристаллов не превышает 2—3 мкм, наблюдается минимальная гидратация MgO, сохраняется высокая интенсивность измельчения порошка, и что самое важное, сохраняется относительно активная способность к спеканию.

Предварительно обжигают MgO в виде отпрессованных под давлением 50 МПа брикетов и реже насыпью в капселях. Измельчают MgO не более 1 ч в вибромельницах сухим способом. Электроплавленый MgO можно размалывать и в шаровых мельницах в водной среде. Форма изделий и предъявляемые к ним требования определяют технологическую и экономическую целесообразность применения того или иного метода.

При прессовании изделий с последующим их обжигом до предельного плотного состояния рекомендуется вводить в массу 2%-ный раствор MgCb, парафин с поверхностноактивным воском или олеиновой кислотой. Хорошие результаты дает пластификация сульфитно-целлюлозной бардой.

При обжиге отпрессованных изделий достигается весьма высокай относительная плотность (0,95—0,96). Этот способ широко применяют при изготовлении изделий из оксида магния зёрнистого строения. В этом случае используют электроплавленый MgO или шамот, изготовленный из спекшегося MgO с максимальной плотностью. Благодаря хорошим литейным свойствам горячих шликеров методом литья под давлением изготовляют самые разнообразные изделия. Изделия из MgO обычно обжигают при 1700—1750°С в печах самых разных конструкций. Среда обжига, очевидно, не оказывает существенного действия на процесс спекания, прочностные и другие свойства изделий.

Спекание MgO сопровождается рекристаллизацией, т. е. ростом зерен периклаза и уплотнением оксида. Установлено, что наибольшее влияние на спекание периклаза оказывают добавки тех веществ, которые обладают способностью образовывать с MgO твердые растворы внедрения или замещения. Среди этих добавок наиболее эффективное действие оказывают ТЮ2 и Zr02. Введение до 1 % оксидов Al, Cr, Fe также оказывает положительное влияние, однако в большем количестве эти добавки образуют шпинели, которые, наоборот, препятствуют спеканию.

Периклазовая керамика используется как огнеупорная, в тиглях из которой можно с высокой степенью чистоты плавить металлы, которые не восстанавливают МgО, например, Fe, Zn, Al, Sn, Cu, а также тяжёлые редкоземельные металлы. Может использоваться для футеровки высокотемпературных печей и аппаратов, работающих до 2000 оС, для изготовления пирометрических изделий (капилярные трубки, бусы), высокотемпературных изоляторов.

Прозрачная магниевая керамика используется для окон в высокотемпературных печах, устройствах инфракрасного контроля, натриевых лампах, химических реакторах. Однако способность к гидратации, выражающаяся в потемнении полированных поверхностей, летучесть при высокой температуре и сравнительно невысокая механическая прочность несколько ограничивают её использование.

9.Муллитовую и муллитокорундовую керамику относят к группе высокоглиноземистых материалов. Муллитовой называют керамику, содержащую 45 – 70% Al2O3, в которой преобладающей кристаллической фазой является муллит. В муллитокорундовой керамике присутствует также корунд, при этом содержание Al2O3 составляет от 70 до 95%. Производство спекшейся высокоглиноземистой керамики муллитокремнеземистого и муллитокорундового состава, как и пористых огнеупорных изделий, может основываться на использовании природного высокоглиноземистого сырья группы минералов андалузита, кианита, силлиманита, дьюмортерита, либо чистых природных глин и каолинов с добавками искусственных материалов, содержащих Al2O3.

Для получения высокоглиноземистой керамики муллитового и муллито-корундового состава требуется провести синтез муллита. Синтез муллита может быть осуществлен двумя технологическими способами, а именно непосредственно в изделии при его однократном обжиге и предварительно в виде полуфабриката в форме брикета или спека.

Первый способ имеет много недостатков: усадки изделий, трудности получения точных размеров и правильной геометрией и поэтому в производстве технической керамики получил ограниченное применение. Однако при изготовлении некоторых изделий муллито-корундового состава, имеющих сравнительно невысокие усадки, этот способ находит широкое применение.

Муллитовую керамику чаще получают по второму способу, предусматривающему предварительный синтез муллита. Глинозем подвергают помолу отдельно или совместно с глиной. Суспензию обезвоживают на фильтрпрессах и после подсушки коржи перерабатывают на ленточных прессах в брикет, который после подсушки обжигают. Предварительный обжиг глинозема в этом процессе не требуется. Добавки – плавни вводят при помоле или смешивании. Температура обжига брикета и спека при предварительном синтезе составляет 1400 - 1450°С, в зависимости от состава масс. Известно, что синтез муллита без введения добавок требует температуру 1570 - 1650°С, при которой завершается спекание.

Полученный спек дробят и подвергают тонкому измельчению обычно в шаровых мельницах с кремневой футеровкой, поскольку небольшой намол SiO2 не влияет на свойства изделий. Для изготовления изделий из измельченного муллита могут быть использованы различные технологические схемы. В случае пластического формования муллит вновь смешивают с огнеупорной пластичной глиной. И далее процесс совпадает с обычной схемой пластического формования. Практически необходимый минимум введения глинистых веществ, при котором масса сохраняет пластические свойства, составляет 25 – 30%, а это означает, что предельное содержание Al2O3 в массе не будет превышать 75 – 80%. Температура окончательного обжига изделий находится в пределах 1350 – 1450°С. Если изделия будут изготовлять по непластичной технологии, то порошок муллита должен быть соответствующим образом подготовлен.

Введение в муллитокорундовые массы оксидов щелочноземельных металлов и почти полное исключение оксидов щелочных металлов обусловлено стремлением понизить электропроводность образующейся стекловидной фазы, т.к. носителями тока являются главным образом ионы Na+ и K+. Наиболее эффективное влияние на снижение электропроводности оказывают ионы Са+ (ионный радиус 1.04Е) и Ва2+ (1.38 Е). Считается, что эти ионы большого размера и несут большой заряд, имеют меньшую подвижность и тормозят движение ионов щелочных металлов, понижая тем самым электропроводность всей системы. Такое совместное действие двух различных видов ионов, снижающих электропроводность стекловидной фазы, носит название нейтрализационного эффекта.

Электрофизические свойства высокоглиноземистой керамики улучшаются по мере повышения содержания Al2O3. Благодаря высоким электрофизическим свойствам муллитовую и муллитокорундовую керамику в качестве высокочастотного и в ряде случаев высоковольтного изолятора.

Механические свойства высокоглиноземистой керамики возрастают по мере увеличения содержания Al2O3 и увеличения в керамике кристаллических фаз. С повышением температуры прочностные свойства высокоглиноземистой керамики снижаются, особенно при наличии стекловидной фазы.

Благодаря высоким электрофизическим свойствам муллитовую и муллитокорундовую керамику в качестве высокочастотного и в ряде случаев высоковольтного изолятора.

Диэлектрическая проницаемость муллитокремнеземистых масс 5,5—6,5, муллитокорундовых — 6,5—9, а чистого корунда— 10,5—12. С повышением температуры диэлектрическая проницаемость возрастает незначительно.

Удельное объемное сопротивление высокоглиноземистой керамики в очень сильной степени зависит от фазового состава, особенно количества и состава стекловидной составляющей. Она возрастает с увеличением содержания Al2O3 и соответственно кристаллических фаз.

Промышленность выпускает большое количество высокоглиноземистой керамики. Ее используют в качестве изоляторов запальных свечей двигателей внутреннего сгорания различных деталей радиоаппаратуры и т. п. Ультрафарфор УФ-46 и УФ-53 широко применяют для изготовления радиокерамических деталей.