|
"Keramos" – значит обожженный материал
Керамики можно определить как неорганические вещества с ионной и ковалентной межатомной
связью.
Это слово происходит от наименования района древних Афин - "Сerami", где гончары
производили свои товары. К традиционным керамикам относят как изделия керамической
промышленности – глиняную посуду, фарфор, фаянс, черепицу и кирпичи, так и сырьё для
их производства. Главным сырьём служит обыкновенная глина, состоящая из небольших
кристаллов гидратированных алюмосиликатов, т.е. соединений, содержащих в различных
пропорциях Al2O3, SiO2 и H2O. После формовки посредством пластической деформации
керамические изделия обжигаются при высокой температуре для того, чтобы удалить воду
и обеспечить условия для протекания различных реакций. Микроструктура готовых изделий
состоит из кристаллов тугоплавких компонентов, заключенных в стеклообразную
(некристаллическую) матрицу. Сам материал представляет собой сложную гетерогенную
неравновесную систему, которая с трудом поддаётся контролю. В производстве керамики
до сих пор искусство и опыт играют важную роль. Специалисты по физике твёрдого тела
только приступили к объяснению свойств керамик, исходя из свойств отдельных фаз.
В настоящее время термин "керамика" приобрёл более широкое значение. Кроме
традиционных материалов, изготавливаемых из естественной глины, этим термином
обозначают новые керамики, например, очень чистые и плотные простые оксиды, карбиды,
нитриды, графит, керметы (керамики в металлической матрице), стёкла (аморфные оксиды)
и стеклокерамики, бетон (в ряде случаев такие материалы, как бетон и стекло, не относят
к керамикам, так как эти вещества не подвергаются высокотемпературному обжигу и в них,
следовательно, не протекают необратимые реакции, характерные для других перечисленных
групп материалов).
Физические и механические свойства керамик определяются характером химической связи
и кристаллической структурой. Керамики характеризуются высокой твёрдостью, жёсткостью,
относительно высоким пределом прочности на сжатие и недостатком пластичности. Химические
связи в керамиках весьма прочны, поэтому керамики характеризуются также высокими
температурами плавления и химической устойчивостью (см. таблицу).
| Керамика | tпл.,°С |
| Карбид гафния HfC | ~4150 |
| Карбид тантала ТaС | 3850 |
| Графит С | 3800* |
| Карбид циркония ZrС | 3520 |
| Карбид ниобия NbС | 3500 |
| Нитрид тантала TaN | 3350* |
| Борид гафния HfB2 | 3250 |
| Карбид титана TiC | 3120 |
| Оксид тория ThO2 | 3110 |
| Борид циркония ZrB2 | 3060 |
| Борид тантала TaВ2 | 3000 |
| Борид титана TiB2 | 2980 |
| Карбид вольфрама WC | ~2850 |
| Оксид магния MgO | 2798 |
| Оксид циркония ZrO2 | 2770 |
| Нитрид бора BN | 2730* |
| Оксид бериллия BeO | 2570 |
| Карбид кремния SiC | 2500 |
| Циркон ZrO·SiO2 | 2495 |
| Карбид бора B4C | 2450 |
| Оксид алюминия Al2O3 | 2050 |
| Оксид хрома Cr2O3 | 1990 |
| Торстерит 2MgO·SiO2 | 1830 |
| Муллит 3Al2O3·2SiO2 | 1810 |
| Оксид кремния (кристобалит) | 1715 |
| Оксид титана TiO2 | 1605 |
|
* Вещество сублимирует
Отсутствие свободных электронов служит причиной того, что керамики, как правило,
плохо проводят электричество и тепло. Поэтому керамики широко используются в
электротехнике как диэлектрики. В некоторых керамиках взаимодействие, существующее
между диполями, ведёт к спонтанной ориентации диполей и явлению сегнетоэлектричества.
Подобное взаимодействие между магнитными диполями, существование которых связано со
спином электронов, ведёт к ферримагнетизму целого класса керамик (ферритов). Наличие
примесей в ряде керамик приводит к возникновению в так называемой "запрещённой зоне"
дополнительных энергетических уровней и примесной полупроводимости. Такие керамики
могут также поглощать падающее на них излучение, а затем вновь испускать его в виде
когерентного пучка. Такие материалы являются активными элементами лазеров и мазеров.
Благодаря уникальности своих свойств керамики получили заслуженное признание в различных
отраслях техники.
Потребности вакуумной техники в керамике связаны, в первую очередь,
с их высокими диэлектрическими качествами, высокой химической стойкостью (в том числе
и при высоких температурах) и высокой температуростойкостью. Кроме того, желательно
чтобы технология изготовления изделий из керамических материалов была гибкой, то есть
позволяла бы регулировать как свойства самого материала, так и быть доступной для
изготовления керамических деталей разнообразных форм, включая возможность изготовления
тонкостенных конструкций, резьбовых элементов, обеспечивать соединения с металлами.
Предлагаемая ниже технология отличается рядом преимуществ и имеет опыт промышленного
применения на предприятиях литейного производства и ювелирного оборудования.
реакционно спеченный нитрид
|
