- •Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України
- •Основи матеріалознавства
- •Основи матеріалознавства
- •1 Основи матеріалознавства
- •1.1 Структура матеріалів
- •1.1.1 Атом, молекула, хімічний зв'язок
- •1.1.2 Фазовий стан речовини
- •1.1.3 Газ і рідина
- •1.1.4 Тверде тіло
- •1.2 Основні властивості матеріалів
- •1.2.1 Механічні властивості
- •1.3 Класифікація матеріалів
- •Питання для самоконтролю
- •2 Конструкційні матеріали, що застосовуються у виробництві неорганічних речовин
- •2.1 Метали і сплави
- •2.2 Сталі
- •2.2.1 Загальна класифікація сталей
- •2.2.2 Вуглецеві сталі
- •2.2.3 Леговані сталі
- •2.2.4 Галузі застосування сталей
- •2.3 Чавуни
- •2.3.1 Структура і класифікація чавунів
- •2.4 Кольорові метали та сплави
- •2.4.1 Алюміній та його сплави
- •2.4.2 Мідь та її сплави
- •2.4.3 Титан та його сплави
- •2.4.4 Магній та його сплави
- •2.4.5 Нікель і його сплави
- •2.4.6 Свинець
- •2.4.7 Цирконій. Ніобій
- •Питання для самоконтролю
- •3 Корозія металів і сплавів
- •3.1 Електрохімічна корозія
- •3.2 Хімічна корозія
- •3.3 Суцільна і локальна корозія
- •3.4 Корозійна стійкість металів і сплавів
- •3.5 Способи захисту апаратів від корозії
- •3.5.1 Плівкові захисні покриття
- •3.5.2 Листове покриття
- •3.5.3 Футерування апаратів штучними кислототривкими виробами
- •3.5.4 Методи катодного захисту і інгібування
- •Питання для самоконтролю
- •4 Неметалічні конструкційні матеріали, що застосовуються у виробництві неорганічних речовин
- •4.1 Неорганічні неметалічні матеріали
- •4.2 Кераміка
- •4.2.1 Склад, будова, властивості кераміки
- •4.2.2 Кераміка на основі глини
- •4.2.3 Технічна кераміка
- •4.2.3.1 Кераміка на основі чистих оксидів
- •4.2.3.2 Безкиснева кераміка
- •4.3 Полімерні матеріали
- •4.3.1 Класифікація, структура
- •4.3.2 Властивості полімерних матеріалів
- •4.3.3 Орієнтаційні зміцнення та релаксація напруги у полімерах
- •4.3.4 Старіння полімерів
- •4.4 Пластичні маси
- •4.4.1 Склад, класифікація та властивості пластмас
- •4.4.2 Термопластичні пластмаси
- •4.5 Силікати
- •4.5.1 Склад і будова силікатного скла
- •4.5.2 Фізичні властивості скла
- •4.5.3 Хімічні властивості
- •4.6 Склокристалічні матеріали
- •4.6.1 Ситал
- •4.6.2 Технічне скло і скловолокнисті матеріали
- •Питання для самоконтолю
- •Основна література
- •Рекомендована література
- •Жуков а.П. Основы материаловедения: Учебное пособие. – м.: рхту, 1999. – 155 с.
4.2.3.1 Кераміка на основі чистих оксидів
У виробництві оксидної кераміки використовуються в основному такі оксиди: Al2O3 (корунд), ZrO2, МgО, СаО, ВеО, ТhО. Структура оксидної технічної кераміки однофазна кристалічна. Крім кристалічної фази, може міститися невелика кількість газів (пори) і склоподібної фази, яка утворюється в наслідок наявності домішок у вихідних матеріалах. Температура плавлення чистих оксидів перевищує 2000 °С, тому їх відносять до класу високовогнетривів. Як і інші неорганічні матеріали, оксидна кераміка має високу міцність при стисненні в порівнянні з міцністю при розтягуванні або згинанні; більш міцними є дрібнокристалічні структури, так як при крупнокристалічній будові на кордоні між кристалами виникають значні внутрішні напруги.
З підвищенням температури міцність кераміки знижується. При використанні матеріалів у галузі високих температур важливою властивістю є здатність до окислення. Кераміка з чистих оксидів, як правило, не схильна окислюватися [1,3].
Кераміка на основі Al2O3 (корундова) має високу міцність, яка зберігається при високих температурах, хімічно стійка, відмінний діелектрик. Термічна стійкість корунду невисока. Вироби з нього широко застосовують у багатьох галузях техніки. Різці, що використовуються при великих швидкостях різання, калібри, філь’єри для протягування сталевого дроту, деталі високотемпературних печей, підшипники пічних конвеєрів, деталі насосів, свічки запалювання в двигунах внутрішнього згоряння виготовляються із технічної. Кераміку з щільною структурою використовують в якості вакуумної, порувату – як термоізоляційний матеріал. У корундових тиглях проводять плавлення різних металів, оксидів, шлаків. Корундові матеріал мікроліт (ЦМ-332) за властивостями перевершує інші інструментальні матеріали, його щільність до 3960 кг/м3, σсж до 500 МПа, твердість 92-93 НRА і червоностійкість до 1200 °С. З мікролітів виготовляють різцеві пластинки, філь’єри, насадки, сопла матриці та інше.
Особливістю оксиду цирконію (ZrO2) є слабокислотна або інертна природа, низький коефіцієнт теплопровідності. Рекомендовані температури застосування кераміки з ZrO2 2000-2200 °С; вона використовується для виготовлення вогнетривких тиглів для плавки металів і сплавів, як теплова ізоляція печей, апаратів і реакторів, як покриття на металах для захисту від дії температур.
Кераміка на основі оксидів магнію та кальцію стійка до дії основних шлаків різних металів, у тому числі, лужних. Термічна стійкість такої кераміки низька. Оксид магнію при високих температурах леткий, оксид кальцію здатний до гідратації навіть на повітрі. Їх застосовують для виготовлення тиглів, крім того, MgO використовують для футерування печей, пірометалургійної апаратури і т.д.
Кераміка на основі оксиду берилію відрізняється високою теплопровідністю і термостійкістю. Міцнісні властивості цього матеріалу невисокі. Оксид берилію має здатність розсіювати іонізуюче випромінювання високих енергій, має високий коефіцієнт уповільнення теплових нейтронів, застосовується для виготовлення тиглів для плавки деяких чистих металів, як вакуумної кераміки в ядерних реакторах.
Кераміка на основі оксидів торію та урану має високу температуру плавлення, але володіє високою щільністю і радіоактивна. Ці види кераміки застосовують для виготовлення тиглів для плавки родію, платини, іридію та інших металів, у конструкціях електропечей для тепловиділяючих елементів в енергетичних реакторах (UO2) [8,9].