Керамика в машиностроении кратко

Обновлено: 02.07.2024

В работе затрагиваются вопросы об эффективности применения современных материалов в различных отраслях промышленности. Рассмотрены области применения изделий, изготовленных из керамических материалов. Представлены примеры использования керамических материалов. Особое внимание в статье уделено подшипникам, изготовленным из керамических материалов. Проведен сравнительный анализ керамических материалов и традиционных металлов. Выявлены достоинства и недостатки керамических материалов. Представлены отечественные и иностранные производители керамических материалов. Проведен краткий обзор мирового рынка керамических материалов. Сделаны выводы об эффективности применения керамических материалов в различных отраслях промышленности. Выявлены проблемы, связанные с использования технической керамики в различных отраслях промышленности. Обоснована актуальность проведения дальнейших исследований, направленных на повышение эффективности механической обработки заготовок из керамических материалов.

3. Ваксер Д.Б. Алмазная обработка технической керамики / Д.Б. Ваксер, Н.В. Никитков и др. – Л.: Машиностроение, 1976. – 160 с.

4. Гаршин А.П. Керамика для машиностроения/А.П. Гаршин, В.М. Гропянов, Г.П. Зайцев, С.С. Семенов. – М.: Научтехлитиздат, 2003. – 384 с.

5. Гаршин А.П. Машиностроительная керамика/ А.П. Гаршин, В.М. Гропянов, Г.П. Зайцев, С.С. Семенов. – СПб: Изд-во СПбГТУ, 1997. – 726 с.

7. Горелов В.А. Разработка методов и средств эффективного выбора режимов резания труднообрабатываемых материалов на основе термосиловых характеристик процессов. Диссертация д.т.н. – М., 2007. – 384 с.

8. Керамика из высокоогнеупорных окислов / В.С. Бакунов, В.Л. Балкевич и др. – М.: Металлургия, 1977. – 304 с.

9. Колодяжный А. Ю. Перспективы производства деталей из конструкционной керамики. // В сб.: Молодежь Поволжья - науке будущего ЗМНТК- 2003: Материалы молодежной научно-технической конференции 2003г. – Ульяновск: УГТУ, 2003. – С. 52-53.

10. Колодяжный А. Ю. Повышение эффективности операций плоского шлифования и доводки заготовок из высоко твердой керамики: Дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук. – СПб.. 2004. – 249 с.

11. Никитков Н.В. Решение проблемы изготовления высококачественных плоскостных деталей из керамики: Дисс. на соискание ученой степени доктора техн. наук. – Л.. 1990. – 577 с.

12. Никитков Н. В., Ковеленов Н. Ю., Колодяжный А. Ю. Проблемы производства точных деталей из конструкционной керамики. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – СПб.: СПбГПУ, 2003. - № 4. – С. 87-90.

13. Салахов А. М., Салахова Р. А. Инновационные материалы: современная керамика. – Казань: Парадигма, 2012. – 383с.

14. Сердобинцев Ю. П., Схиртладзе А. Г. Моделирование и исследование сопряжений деталей технологического оборудования. 1-е изд. – М.: Сатурн-С, 2005. – 353 с.

Керамические материалы получают все большее распространение в станкостроении. Керамические материалы имеют высокую жесткость, а также твердость и износоустойчивость значительно выше твердости чугуна и гранита, поэтому их используют в конструкции прецизионных станков, например, для направляющих координатно-измерительных машин и базовых опор скольжения (осевых и радиальных).

В НПО ВНИИАШ совместно с СКБ шлифовального оборудования и станкозаводом им. Ильича выполнен комплекс работ по замене твердого сплава на кубический нитрид бора в качестве материала для опор скольжения [4].

Режущий инструмент должен иметь высокую твердость, особенно при нагреве, низкий коэффициент температурного расширения, высокие износостойкость и теплостойкость. По этим свойствам керамические материалы значительно превосходят традиционные материалы – твердые сплавы и быстрорежущие стали. (Таблица 1) [4]

Таблица 1 – Свойства инструментальных материалов

Твердый сплав P10

Керамика на основе Al2O3

Температура размягчения, оС

Твердость по Виккерсу, HV10

Температура начала образования окалины, оС

Высокие свойства инструмента из режущей керамики позволили существенно повысить скорости механической обработки стали и чугуна относительно скоростей обработки инструментом, изготовленным из твердых сплавов и быстрорежущих сталей (таблица 2).

Таблица 2 – Значения скоростей резания при точении керамическим инструментом и инструментом из твердого сплава

Скорость резания, м/мин, инструментом, оснащенным

Легированная конструкционная сталь

В авиационных газотурбинных двигателях значительно повышаются требования по теплостойкости, надежности и сроку службы основных конструкционных элементов двигателя. Эти элементы подвергаются большим тепловым нагрузкам, работая при больших переменных силовых нагрузках в окислительной среде.

Рассмотрим условия эксплуатации подшипников основного вала реактивного двигателя. Подшипники должны работать при высоких динамических нагрузках, температуре, достигающей 2100К, и при частоте вращения более 30000 об/мин. Большинство традиционно используемых в авиационной технике высокопрочных легированных сталей, например, 15Х12ВНМФ, 20Х23Н13, не работоспособны из-за значительного изменения их физико-механических свойств. Поэтому их место заняла техническая керамика. По сравнению с традиционными материалами техническая керамика обладает и другими важными преимуществами: малой плотностью и коррозионной стойкостью.

Гибридные подшипники (с керамическими шариками) эффективны в использовании при температуре до 1100 оС. При температуре выше 1100 оС используются только полностью керамические подшипники. В основном их изготавливают из нитрида кремния.

Две керамические фазы нитрида кремния: альфа-нитрид кремния и бета-нитрид кремния – имеют различные формы кристаллов, одна из которых образует удлинённые иглы (рисунок 1). Во время изготовления деталей из нитрида кремния баланс между двумя фазами может быть отрегулирован для получения прочного материала. Первый коммерчески доступный нитрид кремния, обладавший прочностью и жёсткостью, подходящими для применения в подшипниках, это нитрид кремния горячего прессования или горячего изостатического прессования (HIP) [17].

Рисунок 1. – Поверхность разрыва (слева) подшипника из нитрида кремния и микроструктура после плазменного травления (справа) с длинными иглами бета-нитрида кремния увеличивающего жесткость [17]

В ракетно-космическом машиностроении техническая керамика применяется в качестве материала обшивки головных частей ракет, космических кораблей. При полете в плотных слоях атмосферы головные части космических кораблей и ракет нагреваются до высоких температур. Материал обшивки головных частей ракет должен обладать малой теплопроводностью и плотностью, высокой теплостойкостью, минимальным коэффициентом температурного расширения. Техническая керамика является материалом, в наибольшей степени удовлетворяющим этим требованиям.

Малая плотность, высокие значения твердости, температуры плавления и модуля упругости являются важными свойствами керамических материалов, которые обеспечивают их применение в качестве брони. Керамические материалы являются хрупкими в силу своей природы. Но при высокой скорости нагружения (скорость нагружения выше скорости движения дислокаций в металле) керамические материалы на много прочнее металла. Например, при взрывном ударе металл, несмотря на его пластические свойства, будет хрупким, как и керамика. Керамические материалы сохраняют прочность при высоких тепловых нагрузках, что позволяет использовать их в качестве материала для защиты от бронепрожигающих снарядов.

Высокие огнеупорность, жаропрочность и жаростойкость, низкая теплопроводность делают керамические материалы незаменимыми для изготовления огнеупоров, тепловых труб, футеровки высокотемпературных реакторов, теплообменников и теплозащиты.

Радиационная стойкость, жаропрочность, жаростойкость, огнеупорность, сечение захвата нейтронов обусловили применение керамических материалов в ядерной промышленности. Керамические материалы используют для изготовления футеровки реакторов, экранирующих материалов, поглотителей излучения, поглотителей нейтронов.

Керамические материалы на основе оксида В2О3 и карбида бора В4С в смеси с оксидом свинца РbО после спекания образуют плотную керамику с малой пористостью. Эту керамику используют для изготовления контейнеров для ядерных отходов, так как она характеризуется сильной поглощающей способностью по отношению к ядерным частицам – нейтронам и -квантам [16].

В химическом и нефтяном машиностроении керамические материалы применяются из-за способности противостоять износу в тяжелых условиях гидро - и аэроабразивного износа и коррозионной стойкости. По данным объединения Азнефть и Каспморнефть, стойкость штуцерных втулок фонтанной арматуры нефтепромыслового оборудования из стали 40Х при наличии 2% песка в струе добываемой нефти составляет всего 2 часа [4]. По сравнению с металлическими сплавами, керамические материалы обладают весомым преимуществом.

Преимуществом использования керамических материалов в качестве конструкционного материала является малая плотность, что приводит к снижению материалоемкости и позволяет экономить редкие материалы. Недостатками керамических материалов являются сложность обработки, а в следствие – и высокая стоимость готового изделия. Обработка керамики и контроль являются основными составляющими в балансе стоимости керамических изделий. По некоторым данным, стоимость исходных материалов составляет всего лишь 11 % (для металлов 43 %), в то время как на обработку приходится 38 % (для металлов 43 %), а на контроль 51 % (для металлов 14 %) [16] .

Отсутствие пластичности, высокая твердость, склонность к растрескиванию, низкая стойкость к тепловым ударам осложняют механическую обработку керамических материалов. Особенно сложно организовать процесс высокоточной обработки изделий из керамики на серийном и массовом производстве. Важной актуальной научной проблемой является исследование процессов механической обработки, направленное на повышение эффективности технологий обработки и качества готовой продукции.

Рецензенты:

КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ, изделия, получаемые путем спекания неорганических, неметаллических материалов и имеющие промышленное или техническое применение. Компонентами этих материалов обычно являются вещества с высокой температурой плавления или размягчения.

Промышленную керамику образует большая группа материалов, имеющих специальное применение, отличное от бытового или декоративного. Как правило, к ней не относят стекла, эмали, строительные материалы и некоторые цементы и огнеупоры. ЭМАЛЬ.

Таблица 1. Основные компоненты промышленной керамики

Таблица 1. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ КЕРАМИКИ
Соединение	Химическая формула	Температура плавления, °С
Оксиды
Оксид алюминия	Al₂O₃	2054
Оксид бария	BaO	1917
Оксид железа	Fe₂O₃	1565
Оксид свинца	PbO	886
Оксид магния	MgO	2800
Диоксид кремния	SiO₂	1726
Диоксид титана	TiO₂	1800
Диоксид циркония	ZrO₂	2680
Неоксиды
Карбид бора	B₄C	2450*
Карбид кремния	SiC	2650*
Карбид вольфрама	WC	2600
Нитрид алюминия	AlN	2235*
Нитрид бора	BN	3000*
Нитрид кремния	Si₃N₄	1900*
Дисилицид молибдена	MoSi₂	2030
*Температура разложения.

Производство.

Керамика получается нагревом до высокой температуры изделий, сформованных из уплотненного порошка. В случае традиционных материалов порошок обычно представляет собой смесь глины и других встречающихся в природе минералов. Процесс производства по существу один и тот же для всех видов промышленной керамики. Обычно берется тонкий порошок (размер частиц около 1 мкм), полученный размолом или из растворов путем химического осаждения, распыления или сублимационной сушки, и уплотняется давлением в пресс-форме, как правило, карбидовольфрамовой или стальной. К порошку можно добавлять немного органической связки (например, воска) для придания прессовке прочности и способности сохранять форму (см. также ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ). Впоследствии, во время обжига, связка выжигается. Затем форма заготовки может быть изменена путем резания, сверления или другого вида механической обработки (см. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ).

Бóльшая однородность упаковки порошка может быть достигнута посредством использования давления жидкости для его уплотнения в гибкой резиновой или пластмассовой форме. Таким способом могут быть получены крупные порошковые заготовки. Добавление к порошку значительного количества пластификатора (до 50%) делает смесь достаточно пластичной, так что при умеренных температурах (от 50 до 200 ° С) ее можно подвергнуть прессованию или литьевому формованию под давлением. Способ литья под давлением хорошо подходит для быстрого производства небольших изделий сложной формы. См. также ПЛАСТМАССЫ.

Суспензии порошков в воде, или шликеры, имеющие низкую вязкость, но содержащие большие объемы твердых материалов, легко получить путем добавления небольшого количества поверхностно-активного вещества (дефлокулянта, или диспергатора). Вода оттекает в пористые стенки пресс-формы, а внутри нее остается заготовка в виде влажного, но хорошо уплотненного порошка. Этот метод широко используется в производстве посуды. Его также применяют для изготовления турбинных лопаток из порошков нитрида кремния или карбида кремния.

Все описанные выше процессы дают уплотненный и сформованный порошок (заготовку изделия). Уплотненные частицы затем спекаются путем нагрева, как правило, в электрической печи, с образованием твердого изделия. При высоких температурах (от 1000 до 1700 ° С) частицы твердых материалов слипаются подобно частицам меда при комнатной температуре. Время обработки варьируется от нескольких минут до нескольких часов. Спекание частиц приводит к образованию более плотного продукта, и изделие может уменьшиться в объеме на 20%.

Уплотнение можно ускорить применением более высоких температур и более мелких частиц одного размера. Его также можно усилить, прилагая давление во время нагрева. Этот метод используют, когда требуется максимальная прочность. Обычно в зависимости от температуры, которая может достигать 2000 ° С и выше, применяют пресс-формы и пуансоны из графита или сплавов никеля. Для передачи давления на порошок можно применить инертный газ, например аргон или азот. При этом порошок часто заключают в тонкую стеклянную оболочку, которая размягчается при температуре прессования, или предварительно нагревают с переходом в такое состояние, в котором он непроницаем для газа.

Широко используемый способ ускорить уплотнение – ввести в смесь небольшое количество вещества, которое образует жидкий растворитель для основного компонента при температуре печи. Производство алюмооксидной керамики с помощью силикатов – пример применения этого способа; силикаты магния и иттрия широко используются в производстве нитрида кремния.

Процессы нагрева и прессования создают полностью уплотненную мелкозернистую однородную структуру. Содержание побочных и межзеренных фаз обычно сводится к минимуму. Примечательным исключением является намеренное внедрение частиц вторичной фазы, например диоксида циркония, для упрочнения материала и придания ему твердости.

Недостаток межзеренных фаз, особенно тех, которые при охлаждении переходят в стеклообразное состояние, состоит в том, что они могут изменять свойства материала в нежелательном направлении. Жидкая фаза должна удаляться в процессе уплотнения. Она удаляется при кристаллизации межзеренной фазы или путем перехода в твердый раствор; оба способа использовались в случае сиалонов (материалов на основе нитрида кремния, содержащих кремний, алюминий, кислород, азот и другие элементы). Были попытки использовать уплотняющие добавки, которые не образуют жидкой фазы. Пример такой добавки – оксид магния, небольшое количество которого способствует уплотнению оксида алюминия, применяемого в производстве прозрачных колб натриевых ламп высокого давления.

Тонкие керамические покрытия, прочно сцепленные с поверхностью металлов и других материалов, можно получить путем пламенного или плазменного напыления порошка. При этом достигаются весьма высокие температуры и скорости частиц порошка. Кинетическая энергия ударяющихся о подложку размягченных частиц достаточна, чтобы вызвать их дальнейшее расплавление и обеспечить сцепление с подложкой, которая остается холодной. Температура плазмы достигает 15 000 ° С и выше, температура пламени близка к 2500 ° С.

Для получения керамического материала с хорошими свойствами надо, чтобы его микроструктура была мелкозернистой, однородной, свободной от дефектов и воспроизводимой. Главным условием этого является производство подходящих высококачественных порошков. Для реализации этой цели были исследованы два подхода. Первый состоит в использовании порошков чрезвычайно мелких частиц (размером 10–100 нм). Однако с такими порошками трудно работать, т.к. их частицы имеют склонность к слипанию. Второй подход состоит в получении сферических частиц диаметром ~ 1 мкм, которые стремятся расположиться регулярным и соразмерным образом, что приводит к образованию зернами регулярной структуры. Для реализации обоих подходов требуются технологические условия, трудно достижимые в традиционных отраслях керамической промышленности.

Применение.

Главные области текущих и потенциальных применений промышленной керамики – машиностроение, электротехника и электроника. Два бытовых применения, отмеченных широким рыночным спросом, – магниты из ферритной керамики, используемые во всех телевизионных приемниках и видеотерминалах, и износостойкие уплотнительные кольца (керамика на основе оксида алюминия) водяных насосов для систем центрального отопления. Два приведенных ниже примера иллюстрируют разнообразие применений керамики и разработанных типов керамических материалов.

Машиностроение.

Интерес к керамике основывается на ее высокотемпературных прочности и сопротивлению ползучести. Керамики на основе нитрида кремния, карбида кремния и диоксида циркония используются в дизельных и газотурбинных двигателях. Полностью керамический двигатель, работающий при очень высоких температурах, успешно испытан в лаборатории.

Промышленная керамика широко используется при нормальных температурах в условиях, требующих от материала твердости, стойкости к истиранию и прочности. Из карбидокремниевой и алюмооксидной керамики изготавливают уплотнения насосов и детали клапанов, подверженные абразивному действию суспензий и жидкостей. Инструмент с режущей кромкой из корундовой керамики во многих областях металлообработки заменил инструмент на основе карбида вольфрама. Твердая, прочная нитридкремниевая керамика сиалоновой группы была разработана для таких специализированных применений, как высокоскоростная обработка резанием никелевых сплавов и чугуна, прокатка труб и вырубка угля. Существует широкий спрос на керамические материалы для нитепроводников с высокими механическими характеристиками.

Электротехника и электроника.

Керамические материалы используются для изготовления изоляторов разнообразного назначения. Тонкие пластины из алюмооксидной керамики широко применяются как подложки для монтажа микропроцессоров и связанных с ними элементов и схем. Алюмооксидная керамика имеет хорошую долговременную электрическую и химическую стабильность при воздействии высокочастотных токов. Она достаточно прочна, чтобы выдерживать высокие тепловые и механические нагрузки, возникающие в условиях температур до 250 ° С, которые могут создаваться некоторыми электрическими приборами. Изоляторы из алюмооксидной керамики применяются в клистронах и магнетронах (см. также СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ДИАПАЗОН). Отвод тепла, особенно от многослойных керамических приборов, улучшается при использовании керамики с высокой теплопроводностью, например оксидбериллиевой и нитридалюминиевой.

Тонкие изолирующие пленки из керамических материалов дают возможность хранить большие электрические заряды в очень малом объеме. Сегнетоэлектрическая керамика, например титанатбариевая и титанатстронциевая, а также аналогичные материалы, содержащие небольшие добавки оксидов, например лантана и неодима, входят в эту категорию. Диэлектрические керамические материалы, позволяющие миниатюризовать конденсаторы, играют важную роль в развитии техники полупроводниковых электронных приборов. См. также СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСТВО; ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ.

Приложение электрического поля к сегнетоэлектрическим кристаллам некоторого типа приводит к изменению их формы и наоборот. Это свойство цирконат-титанатов свинца очень ценно для таких устройств, как преобразователи, тензодатчики, акселерометры, датчики давления, микрофоны, головки звукозаписи – воспроизведения, гидролокаторы и ультразвуковые очистители (см. также УЛЬТРАЗВУК). Сегнетоэлектрические керамические материалы применяются также как пироэлектрические датчики в приборах теплового видения и в электрооптических приборах, где приложенное электрическое поле изменяет оптические характеристики материала.

Магнитные материалы.

Ферриты, содержащие барий или стронций, широко применяются в качестве дешевого материала для постоянных магнитов в различных устройствах, например электродвигателях. Большие количества таких ферритов используются также в видеотехническом, радиотехническом и микроволновом оборудовании. Ферриты из оксида железа с добавками других оксидов применяются в тех случаях, когда требуется высокая чувствительность к изменению приложенного электрического поля. Марганцово-цинковые ферриты используются как материалы для сердечников трансформаторов, настроечных приборов и головок магнитозаписи. Никель-цинковые ферриты применяются в микроволновых устройствах. Порошкообразные ферриты составляют основу многих типов магнитозаписывающей ленты, магнитных дисков и плат, используемых для хранения информации. См. также ИНФОРМАЦИИ НАКОПЛЕНИЕ И ПОИСК.

Биокерамика.

Использование керамических заменителей частей человеческого тела в последние десятилетия неуклонно растет. Чистая (99,9%) алюмооксидная керамика применяется для протезирования тазобедренных суставов и зубов. Специально приготовленную пористую алюмооксидную керамику удается соединять с живой тканью. Такая керамика, как кальцийгидроксофосфатная, устойчива к биодеградации и к тому же совместима с костной тканью. Ортопедические и зубные имплантанты используются для реконструкции костей в случаях частичной потери костной ткани из-за травмы или болезни. Керамика на основе фосфатов натрия и кальция медленно разрушается и рассасывается в ходе нормальных биохимических процессов в теле, пока не останется только естественная кость. См. также БИОМЕДИЦИНСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

Броня.

Очень твердые и прочные керамические листы и пластины, изготовленные из оксида алюминия, карбида бора или нитрида кремния, гасят большую часть энергии удара высокоскоростной поражающей частицы, например пули. Керамические пластины закрепляются на подкладке из алюминия или другого легкого, гибкого материала. Керамические броневые листы и пластины используются для защиты человеческого тела, а также военных самолетов и вертолетов.

Оконные материалы.

Атомная энергетика.

Керамика применяется вместо металлов в ядерных реакторах. Топливные таблетки из диоксида урана используются в реакторах, рабочие температуры которых слишком высоки для металлического урана. Дисковые прокладки из оксида алюминия помещают между топливным блоком и дном металлического контейнера в качестве теплоизолятора. Система регулирования реактора должна включать поглотители нейтронов, такие, как бор, поэтому во многих таких системах применяется карбид бора.

Датчики и пускатели.

Постоянно растет число применений, где требуется контроль содержания загрязняющих газов в воздухе и других газовых смесях. Системы контроля должны обеспечивать непрерывное поступление данных о концентрациях всех загрязняющих газов. Для этой цели используются керамические газовые датчики. Обычно они изготавливаются из полупроводящей оксидной керамики, например диоксидтитановой, оксидоловянной или оксидцинковой. Подобные датчики могут обнаруживать низкие концентрации таких газов, как окись углерода, кислород, сероводород и окислы азота, и запускать регулирующие системы.

Яффе Б. и др. Пьезоэлектрическая керамика. М., 1974
Августинник А.И. Керамика. Л., 1975
Эванс А., Лэнгдон Т. Конструкционная керамика. М., 1980
Балкевич В.Л. Техническая керамика. М., 1984

Керамика, строение и свойства, тматериаловехнологические характеристики изделий из керамики. Область применения неметаллических материалов в транспортном машиностроении.

Строение, свойства, виды керамики. Область применения

Керамика  неорганические поликристаллические материалы и изделия, получаемые из сформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного (1200–2500 °С) обжига. К керамике относятся: фарфор, фаянс, терракот, майолика, черепица, керамическая плитка, кирпич и др. Главным сырьем служит глина, состоящая из небольших кристаллов гидратированных алюмосиликатов, т.е. соединений содержащих в различных пропорциях Al₂O₃, SiO₂, H₂O, кремний.

Основными свойствами керамических изделий являются: пористость, объемная масса, твердость, белизна, просвечиваемость, водопоглощение, механическая, термическая и химическая стойкость.

Пористость – отношение объема пор к единице объема материала, выраженное в процентах. От пористости керамики зависит ее устойчивость к воздействию агрессивных сред, теплопроводность, что важно для строительных и теплоизоляционных материалов. Для фарфора пористость – 1,01–0,2%, фаянса – 9–12%;

Объемная масса (плотность): для фарфора – 2,2–2,4 г/см 3 , фаянса 1,92–1,96 г/см 3 .

Твердость глазурного слоя – способность материала сопротивляться вдавливанию другого, более твердого материала. Определяется по минералогической шкале Мооса, у фарфора – 6,5–7,5; у фаянса – 5,5–6,5. Фарфоровые глазури являются твердыми, майоликовые – мягкими, фаянсовые – средние.

Просвечиваемость – свойство фарфора, имеющего плотный спекшийся черепок. Фарфоровые изделия можно сравнивать по степени просвечиваемости при одинаковой толщине образцов. Фаянс не просвечивают, т.к. черепок пористый.

Водопоглощение (%)  отношение массы воды, поглощенной образцом при полном насыщении к массе сухого образца. Водопоглощение зависит от пористости материала: кирпич глиняный обыкновенный – не менее 8%; плитки для пола – не более 4%; плитки облицовочные – 12–15%; канализационные трубы – не более 9%; фарфоровые изделия – менее 0,5%; фаянс неглазурованный – 10–14%; глиняный грубозернистый кирпич, плитка – 2–10%; плотные тонкокерамические изделия – 0,2–3%; техническая керамика – менее 0,1%; фарфоровая химическая посуда – 0–0,5%.

Механическая прочность – отношение приложенного усилия к единице толщины дна, определяется по методу свободного падения стального шарика на дно изделия. Фаянс имеет более высокую прочность, чем фарфор.

Термическая стойкость – стойкость к резким перепадам температур. Она зависит от: сырьевого состава, теплопроводности, условий нагревания и охлаждения, пористости, формы, размеров изделия. Фарфоровые изделия и глазурь должна выдерживать перепады температур от 205 до 20 С, фаянсовые – от 145 до 20 С (для бесцветных глазурей), от 135 до 20 С (для цветных глазурей).

Химическая устойчивость глазурей и красок – должны выдерживать обработку слабыми кислотами, щелочами при обычной температуре и нагревании до 60–65 С.

Недостатком керамики является высокая усадка при спекании – 20–25% и выше, что создает трудности с обеспечением точных размеров изделия. Обработка готовых изделий затруднена, спеченная керамика обладает высокой твердостью, режется только абразивами.

Виды керамики

Тонкая керамика

Фарфор

плотный спёкшийся черепок белого цвета с голубоватым оттенком;

малая пористость, низкое водопоглощение (до 0,2 %),

высокая прочность, термическая и химическая стойкость,

издаёт высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать.

Ассортимент: столовая, чайная, бытовая посуда, художественно-декоративные изделия, барельефы и др.

Полуфарфор

промежуточное положение между фарфором и фаянсом,

черепок белый, полуспекшийся, который покрывают прозрачной или цветной глазурью,

имеет большую пористостью, водопоглощение – 3–8 %;

прочность полуфарфора в 5 раз меньше, чем фарфора.

Ассортимент: санитарно-технические и декоративные изделия, посуда.

Фаянс

имеет белый или слабоокрашенный пористый черепок,

не просвечиваемый даже в тонких слоях,

водопоглощение – 9–12 %, поэтому фаянсовые изделия полностью покрываются глазурью прозрачной или цветной,

при ударе по краю изделия фаянс издает низкий, глухой, быстро затухающий звук.

Ассортимент: посуда столового повседневного назначения.

Тонко-каменная керамика

плотный черепок светло-серого цвета (при искусственном окрашивании  светло-желтый, коричневый, синий, черный); полупрозрачный, мелкозернистый, малопористый, водопоглащение низкое (не более 3%).

Изделия прочные, термически и химически стойкие, газо- и водонепроницаемые.

Ассортимент: кухонная посуда, изделия технического назначения.

Майолика

черепок цветной или белый, пористый, непросвечивающий, водопоглощение до 6–10 %;

изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения.

Ассортимент: посуда и художественно-декоративные изделия.

Электро-фарфор

имеет большое удельное электрическое сопротивление, и электрическую прочность.

Ассортимент: изоляторы, основания предохранителей, выключателей, термостойкие детали для печей, колбы и др.

Грубая керамика

Гончарная керамика

черепок от желтого до коричневого цвета, большая пористость, водопоглощение до 18%, структура  однородная; изделия покрываются глазурями, расписываются глиняными красками— ангобами.

Ассортимент: изделия декоративно-прикладного назначения, посуда.

Кирпич и камни керамические

бывает силикатный (известково-песчаный, его не классифицируют как керамическое изделие) и глиняный обожженный (изготовленный из легкоплавких глин) – классифицируют как керамическое изделие.

Черепица

кровельный долговечный, водонепроницаемый, морозостойкий материал

Облицовочная керамическая плитка

износоустойчивая, гигиеничная, слабозагрязняемая, огнестойкая, легкая в уходе;

Ассортимент: низкопористая керамическая плитка пригодная для устройства внутренних и наружных полов и характеризуется высокой стойкостью к механическим агентам и морозу;

высокопористая плитка имеет большее водопоглощение и низкую механическую прочность, что делает ее пригодной только для облицовки стен.

Специальные виды керамики

Конденсатор-ная керамика

высокочастотная и низкочастотная керамика

на основе титаната кальция и титаната стронция – СаТiO₃ и SrTiO₃.

Поликор

корундовая керамика 99,7 – 99,9% Al₂O₃ и 0,3—0,2% окиси магния;

беспористый, прозрачный, высокая нагревостойкость, сохраняет электрические характеристики до температуры 400°С, механические – до 1600°С

Ассортимент: колбы специальных источников света, подложки микросхем.

Радиофарфор

содержит глину, углекислый барий и кварцевый песок;

Ассортимент: радиодетали и высоковольтные конденсаторы

Нанокерамика

компактный материал на основе оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других неорганических соединений, состоящий из кристаллитов со средним размером до 100 нм

режущая керамика

на основе оксида алюминия с добавками диоксида циркония, карбидов и нитридов титана, а также на основе бескислородных соединений  нитрида бора и нитрида кремния (эльбор, боразон, композит 09) и др.,

имеют твердость, близкую к твердости алмазного инструмента, и сохраняют устойчивость к нагреву на воздухе до 1300 − 1400 °С.

Ассортимент: режущий инструмент ля чернового и чистового точения закаленных сталей и чугунов любой твердости.

конструкцион-ная керамика

керамика на основе диоксида циркония ZrO2 и нитрида кремния.

Ассортимент: детали двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей: камера сгорания, детали клапанов, ротор турбокомпрессора

сверхпрово-дящая керамика

тонкие пленки высокотемпературной сверхпроводящей керамики (ВТСП-керамика) на монокристаллических подложках для компонентов СВЧ-диапазона

К основным параметрам ВТСП-пленок относят удельное сопротивление и магнитную восприимчивость. Их получают напылением на подложку лазерным и электронно-лучевым испарением, химическим осаждением из газовой фазы, прямым и реактивным катодным распылением.

Керамика сегодня занимает лидирующие позиции, заменяя такие материалы, как металл и пластмасса. Она действительно, выигрывает по ряду позиций и ее использование в ряде случаев весьма оправдано. Конечно, лучше выбрать надежного производителя и заказать продукцию под конкретный проект. Хорошая техническая керамика купить которую можно у нас, будет отвечать всем требованиям ГОСТ. Из нее изготавливают запчасти и комплектующие к различному оборудованию, используют как сырье для строительных материалов.

Техническая керамика отличается от бытовой по своим свойствам и считается более надежной и долговечной. Различают даже сверхпрочные образцы, их заказывают для авиастроения и комплектации ядерных реакторов. В данном материале мы поговорим о том, почему такие изделия довольно популярны и где они используются.

Почему техническая керамика так популярна?

При изготовлении деталей к профессиональному оборудованию придерживаются самых строгих стандартов, ведь здесь важно все вплоть до мелочей – от идеальных размеров до прочности и надежности. Любая, даже незначительная неисправность, может привести к выходу из строя целого конвейера. До недавнего времени для таких машин использовали запчасти из металла и прочного пластика, сегодня их заменили керамические изделия.

Второй важный момент – безопасность. Часто требуется оборудование для работы с расплавленным металлом или с химическими реагентами, либо для монтажа электрических сетей. Здесь любая ошибка может привести к опасным последствиям, поэтому чаще всего выбирают лучшие комплектующие.

Техническая керамика выигрывает по многим параметрам – ее преимущества:

высокая прочность – не уступает по этому критерию и даже выигрывает у металлов;
жаростойкость – способна выдерживать длительный нагрев до температур в несколько сотен и тысяч градусов;
устойчивость к воздействию электрического тока – для таких задач подбирают специальную керамику с высоким сопротивлением;
износостойкость – такие детали способны длительное время работать под высокими нагрузками;
устойчивость к коррозии – в отличие от металлов, за которыми требуется более тщательный уход;
небольшой вес – что упрощает эксплуатацию, позволяет добиться более высокого КПД.

Сфера применения технической керамики

Для изготовления таких материалов применяется глина и минеральные добавки, придающие сырью определенные свойства. Для увеличения прочности могут добавляться металлы, но такие изделия не используются в электрике. Высокопрочные материалы пускают на изготовление подшипников, втулок, режущего инструмента и других элементов. Точные размеры строго соблюдаются с учетом требований проектной документации.

Техническая керамика популярна в следующих сферах:

электроника – изготовление различных средств для изоляции;
стоматология – протезы, коронки и мосты;
машиностроение – подшипники, поршни, втулки;
строительство – выпуск различных материалов для возведения зданий;
химическая промышленность – посуда для работы с реагентами;
металлургия – емкости для работы с различными сплавами;
ядерная энергетика – запчасти для атомных станций.

Такие запчасти изготавливаются как по стандартам, так и на заказ. Подробности обсуждаются при подаче заявки. Наш завод обладает всеми производственными мощностями для выпуска качественной технической керамики.

Почему техническая керамика так популярна?

Техническая керамика выигрывает по многим параметрам – ее преимущества:

высокая прочность – не уступает по этому критерию и даже выигрывает у металлов;
жаростойкость – способна выдерживать длительный нагрев до температур в несколько сотен и тысяч градусов;
устойчивость к воздействию электрического тока – для таких задач подбирают специальную керамику с высоким сопротивлением;
износостойкость – такие детали способны длительное время работать под высокими нагрузками;
устойчивость к коррозии – в отличие от металлов, за которыми требуется более тщательный уход;
небольшой вес – что упрощает эксплуатацию, позволяет добиться более высокого КПД.

Сфера применения технической керамики

Техническая керамика популярна в следующих сферах:

электроника – изготовление различных средств для изоляции;
стоматология – протезы, коронки и мосты;
машиностроение – подшипники, поршни, втулки;
строительство – выпуск различных материалов для возведения зданий;
химическая промышленность – посуда для работы с реагентами;
металлургия – емкости для работы с различными сплавами;
ядерная энергетика – запчасти для атомных станций.

Читайте также: