Керамика материал будущего реферат

Обновлено: 05.07.2024

керамические материалы в современной технике. их возрастающая роль и применение

Введение. Керамические материалы в современной технике. Их возрастающая роль и применение ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

В современном мире очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это связано с большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов. Керамические изделия обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига — газовой средой, температурой и длительностью. [1].

Целью данной работы является рассмотрение и изучение керамических материалов, их роль и применение в современном мире. В соответствии с поставленной целью можно выделить и задачи работы: изучить историю развития керамических материалов; технология и область применения керамических материалов; разновидности и роль в развитии техники.

Общие сведения о керамических материалах

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготовленные из природных глин с минеральными и органическими добавками путем формования, сушки и последующего обжига. Производство керамических материалов — одно из самых древних и распространенных, возникло оно за несколько тысячелетий до н.э. [2].

Положительными свойствами керамических материалов являются:

1. Высокая прочность;
2. Долговечность;
3. Высокие теплотехнические свойства;
4. Простота изготовления;
5. Декоративность;
6. Огнестойкость;
7. Водонепроницаемость;
8. Полное отсутствие токсичности;
9. Кислотостойкость;
10. Повсеместное распространение сырья для производства.

К отрицательным свойствам относят:

1. Хрупкость;
2. Сравнительно большую объемную массу;
3. Неиндустриальность из-за малых размеров штучных керамических материалов. [5]

Современные виды керамики делят на две группы: конструкционную и функциональную. Под конструкционной понимают керамику, используемую для создания механически стойких конструкций, а под функциональной — керамику со специфическими электрическими, магнитными, оптическими и термическими функциями. [6].

Классификацию керамики по структуре подразделяют на грубую, имеющую крупнозернистую неоднородную в изломе структуру (пористость 5−30%), и тонкую — с однородной мелкозернистой структурой (пористость 11 -10 Ом , см), пределом прочности на сжатие до 5 ГПа, стойкостью в окислительных средах в широком интервале температур; некоторые виды — высокотемпературной сверхпроводимостью. Среди оксидной керамики наибольшее распространение получили:

1. Алюмосиликатная керамика. Подразделяется на кварцевую и динасовую керамики. Из неё изготовляют посуду, детали и футеровку коксовых и мартеновских печей, ракет, космических аппаратов и ядерных реакторов, носители для катализаторов, корпуса галогенных ламп, костные имплантаты, детали радиоаппаратуры и многое другое.
2. Керамика на основе SiO₂. к ней относят керамику состава SiO2-Al2O3-MgO (кордиеритовая), ZrSiO4 (цирконовая), SiO2-Al2O3-Li2O (сподуменовая), SiO2-Al2O3 BaO (цельзиановая керамика). Применяют в производстве радиотехнических деталей, теплообменников, огнеупоров, изоляторов азтои авиасвечей и др.
3. Керамика на основе ТiO ₂, титанатов и цирконатов Ва, Sr, Pb, а также керамика на основе ниобатов и танталатов Рb, Ва, К. Такая керамика применяется в электронике и радиотехнике.
4. Керамика на основе MgO. Применяют для изготовления огнеупоров.
5. Шпинельная керамика на основе ферритов Ni, Co, Мn, Са, Mg, Zn. Применяют такую керамику для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек и деталей в устройствах памяти и т. п.
6. Керамика на основе BeO, ZrO ₂, HFO ₂, Y ₂ O ₃. Используют ее при изготовлении электровакуумных приборов, тиглей для плавки тугоплавких металлов.

К нитридной керамике относят материалы на основе BN, A1N, Si₃N₄, (U, Pu) N, а также керамику, получаемую спеканием соединений, содержащих Si, Al, О, N, или соединений, содержащих Y, Zr, О и N. Нитридная керамика характеризуется стабильностью диэлектрических свойств, высокой механической прочностью, термостойкостью, химической стойкостью в различных средах. Керамические нитридные материалы применяют для изготовления инструментов в металлообрабатывающей промышленности, тиглей для плавки некоторых полупроводниковых материалов, СВЧ изоляторов и другая керамика из Si₃N₄ — конструкционный материал, заменяющий жаропрочные сплавы из Со, Ni, Cr, Fe.

Среди силицидной керамики наиболее распространена керамика из дисилицида Мо. Она характеризуется малым электрическим сопротивлением (170−200 мкОм , см), стойкостью в окислительных средах (до 1650°С), расплавах металлов и солей. Применяют для изготовления электронагревателей, работающих в окислительных средах ("https://referat.bookap.info", 27).

Из чистых фторидов, сульфидов, фосфидов, арсенидов некоторых металлов изготовляют оптическую керамику, применяемую в ИК технике.

При изготовлении керамики из глины и непластичного материала, последний измельчают в шаровых мельницах, а глины с добавлением воды размалывают в строгачах или распускают в смесителях; полученные суспензии дозируют и сливают в смесительные бассейны. В зависимости от способа формования суспензию обезвоживают в фильтр-прессах или распылительных устройствах. Из порошков с влажностью до 12% по массе изделия формуют одним из видов прессования; при формовании масс с влажностью 15−25% последовательно используют раскатку, выдавливание, допрессовку, формование на гончарном круге и обточку. Из суспензий с влажностью 25−45% (литейных шликеров) изделия формуют литьем в гипсовые, пористые пластмассовые и металлические формы. При изготовлении технической керамики литейный шликер приготовляют из непластичных порошков, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластичные вещества (напр., парафин, воск), олеиновую кислоту и некоторые ПАВ; изделия формуют всеми упомянутыми способами, в том числе вибропрессованием. Отформованные изделия подвергают сушке (в случае применения водорастворимой связки) или выжиганию органической связки.

Обжиг керамики. Сформованные изделия или предварительно спрессованные порошкообразные смеси исходных веществ подвергают обжигу — сложному процессу спекания, в результате которого создается материал определенного фазового состава и с заданными свойствами. Обжиг до получения прочного монолита (камневидного тела) проводят в специальных камерных, кольцевых или туннельных печах непрерывного действия. Температуры обжига колеблются от 900 °C для строительной керамики до 2000 °C для огнеупорной керамики. Для получения плотной керамики с мелкими кристаллами используют также горячее прессование в твердых или эластичных формах (газостатич. прессование) и реакционное спекание.

Обычно изделия после обжига готовы к использованию; некоторые виды керамики дополнительно подвергают механической обработке, металлизации, декорированию. Изделия из фарфора, фаянса и других видов тонкой керамики перед обжигом, как правило, покрывают глазурью, образующей при 1000−1400°С стекловидный водои газонепроницаемый слой. Тонкостенные изделия перед глазурованием во избежание размокания в глазурной суспензии подвергают предварительному обжигу.

При изготовлении теплоизоляционной керамики с высокой пористостью используют выгорающие добавки, на месте которых образуются поры, или керамические волокна из алюмосиликатов, из которых по технологии асбестовых изделий и бумаги изготовляют пористые войлоки, шнуры, вату, ленты и т. п. [7].

Керамика (от греческого keramike – гончарное искусcтвo, от keramos – глина), изделия и материалы, полученные спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а так же оксидов металлов и других неорганических соединений.[1]

Когда же человек догадался обжигать глину, спектр ее применения увеличился неоднократно. Благодаря своим уникальным свойствам (керамика не окисляется, устойчива в более высокотемпературной области, чем металлы) она играет в мире современных материалов заметную роль.

Целю моей работы является выяснить в каких сферах человеческой деятельности керамика используется наиболее успешно, а так же попытаться выяснить почему объем производства керамических материалов во всех странах мира растет необычайно быстрыми темпами (предполагается, что за грядущее 25-летие мировой объем производства вырастит в 10 раз)[2] .

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИКИ

Основным сырьем производства керамических изделий является глина. Она представляет собой измельченную горную породу различного химико-минералогического состава, в соединении с водой образующую тестообразную массу, способную сохранять приданную ей форму, а при обжиге становиться камнеподобной. Основным свойством глины, определяющим ее пригодность для гончарных изделий, является пластичность. Глина — единственный в своем роде такой природный материал, имеющийся в большом количестве. Именно по этому признаку различают три сорта глин: высокопластичные, средне- и низкопластичные.

Гончары определяют пластичность обычно на ощупь, путем разминания и растирания комочков глины в руках. Один из простейших способов оценки качества материала — сформовать длинный цилиндр, который затем следует сгибать дугой до появления трещин. Чем пластичнее глина, тем меньшим будет радиус дуги при появлении трещины. Применяют и такой способ: из глиняного теста нормальной густоты делают цилиндр длиной до 10 см, диаметром 3 см. Взяв в руки цилиндр, его медленно разрывают; если глина пластична — концы разрыва будут тонкие и длинные, если тощая — короткие и толстые. Высокопластичные глины — вязкие, "жирные". Они нежны на ощупь, хорошо тянутся, легко полируются. Блеск сохраняется и после обжига. Но такая глина разрушается при высокой температуре.

Глины низкой пластичности, песчаные, "тощие", известны под названием в "глей", В изломе они матовы, шершавы на ощупь, в руках рассыпаются и практически не формуются. Их достоинство — огнеупорность. И "жирные", и "тощие" глины в естественном виде не годятся для применения в производстве. Они требуют соответствующей обработки: в зависимости от вида изделий и качества керамической массы увеличивают или уменьшают пластичность глины. Для этого используют песок и шамот.

У глин различают границы пластичности — нижнюю и верхнюю. Нижняя характеризуется таким влагосодержанием, при котором нити, скатанные из глины, неспособны соединяться друг с другом; верхний предел определяется таким влагосодержанием, при котором начинает появляться текучесть. Глинам присуще еще и такое свойство, как усадка, то есть уменьшение размеров без изменения формы. Различают воздушную усадку (при высушивании перед обжигом) и огневую (при обжиге). Воздушная усадка тем больше, чем выше пластичность глин. Она колеблется от 1,5 до 13%, огневая достигает 23 % от сырого объема.[3]

Искусство керамики — изготовление различных предметов из глины — древний вид народного ремесла. С незапамятных времен керамические изделия служили человеку. Они различались по виду используемого сырья, составу глазурных покрытий, способу производства, по своему назначению. Повсюду, где имелись природные запасы глины, пригодной для обработки, мастера-гончары создавали разнообразные по форме и декору цветочные горшки, миски, кувшины, блюда, фляги, вазы и многие другие предметы, необходимые в быту. Пластичность материала, его тональность, колористическое многообразие глазурей, придающих изделиям пеструю и сочную окраску, способствовали тому, что керамические изделия выполняли не только сугубо утилитарную функцию, они становились произведениями искусства.

Керамика различных эпох отмечена характерными чертами своего времени. Интерес к ней сохранился и в наше время. Популярно народное художественное ремесло

Ныне керамика широко используется в интерьере в виде декоративных перегородок, решеток. Из керамических кирпичей сооружают камины. Украшением служат и керамические рельефы, орнаментальные и тематические панно, подсвечники, декоративные вазы, сосуды, чаши, цветочные горшки используемые как отдельные изделия, так и в композициях, создающих особый настрой, уют. Большой популярностью пользуются различные по форме и размеру вазы, настенная керамика — декоративные блюда, тарелки, пласты. При умелом подборе такого рода керамических предметов они хорошо вписываются в интерьер и дополняют его. Так же керамика широко используется в электрической и радиоэлектронной промышленности.

а) ХУДОЖЕСТВЕННАЯ КЕРАМИКА

Основными технологическими видами керамики являются майолика, шамот, фарфор, фаянс. Они различаются составом глин, режимом обжига, приемами художественного оформления.

Шамот используется для создания декоративных ваз, рельефов, декоративной скульптуры. Эти изделия отличаются красивой зернистой фактурой, а декорирование глазурями придает им своеобразный колорит. [4]

Майолика близка по свойствам и качеству к терракоте, только в отличие от последней покрыта глазурью. Глазурь придает изделию влагонепроницаемость, предохраняет от загрязнений, улучшает внешний вид, повышает прочность. Для грубых керамических изделий, к числу которых относится и майолика, доступной и дешевой является соляная глазурь. Для ее нанесения на поверхность изделия в топку раскаленной печи (1040. 1180°C) вводят каменную соль (NaCl) и водяной пар. При этой операции в окислительной атмосфере цвет изделия будет коричнево-желтым, а в восстановительной – серым. Изделия, покрытые соляной глазурью, имеют неровную поверхность, что снижает качество изделий. При соляном глазуровании происходит гидролиз хлорида натрия и хорошие глазури имеют состав от Na₂ O·0,5Al₂ O₃ ·2,8SiO₂ до Na₂ O·Al₂ O₃ ·5,5SiO₂ .

Полноценная глазурь – прозрачное бесцветное или окрашенное стекловидное покрытие, хорошо растекающееся при нанесении на черепок. Глазурь обеспечивает изделию гладкость поверхности и декоративный эффект. Прочности сцепления глазури с черепком способствует оксид кальция CaО. Он приводит к образованию промежуточного слоя, воспринимающего и гасящего напряжения, возникающие между глазурью и черепком при быстрой смене температур вследствие различных коэффициентов температурного расширения. Поэтому в майоликовых массах для производства печных кафелей (для которых неизбежны частые температурные перепады) содержание CaО доходит до 37. 38%.

Глазури можно рассматривать как неопределенного состава химические соединения кремнезема с другими оксидами. Состав наиболее распространенных глазурей можно выразить соотношением основных компонентов: 1(M₂ О + M΄О):(0,5. 1,4)Al₂ O₃ :(5. 12)SiO₂ , где М – ионы щелочных, а M΄ – ионы щелочно-земельных металлов, а также Pb (II), Fe (II), Низкие пределы Al₂ O₃ и SiO₂ характерны для фаянсовых глазурей, а высокие – для фарфоровых. Как правило, глазурь наносится на уже обожженное фарфоровое или фаянсовое изделие, после чего проводят дополнительный обжиг. При этом обжиге глазурь реагирует с черепком с образованием промежуточного слоя, который обеспечивает их сопряжение.

Терракотовые и майоликовые изделия часто имеют сложную конфигурацию. Для ее придания изделия отливают в гипсовых формах или штампуют на прессах в металлических пресс-формах.

Фаянс. До изобретения фарфора фаянс был самым ценным керамическим материалом. От фарфора он отличается гораздо большим содержанием глины (до 85%) и характеризуется гораздо более высокой пористостью, водопоглощением (до 20%), а также меньшей, по сравнению с фарфором, механической прочностью. Температура обжига фаянса значительно ниже (вплоть до 950°C), чем температура обжига фарфора. В зависимости от качества глины цвет фаянса изменяется от белого до кремового. По причине высокой пористости фаянсы всегда покрывают глазурью. Поэтому некоторые виды майолики приближаются к фаянсу. Глазурь может быть прозрачной, цветной или глушоной. Введением в состав фаянсовой массы шамота – алюмосиликатного материала, содержащего 30. 45% оксида алюминия Al₂ O₃ и 54. 70% диоксида кремния SiO₂ , получают шамотированный фаянс, который обладает повышенной термостойкостью и устойчивостью к ударам. Из такого фаянса изготавливают ванны, раковины и другие санитарно-технические изделия.

Фаянс, производившийся в Европе, характеризовался непросвечиваемостью. Персидский фаянс, производство которого прошло длительную эпоху подъема и расцвета (с X по XVII вв. н.э.), имел хорошо просвечивающий черепок. Он готовился из массы, богатой кварцем, с небольшими добавками остекленной после обжига глины. На всех старинных фаянсовых изделиях на глазури имеется сетка мелких трещин. (Специалисты называют сетку этих трещин – цеком. На фарфоровых глазурях цек встречается гораздо реже.) Для коллекционеров и ценителей керамики сетка трещин служит признаком возраста изделия. Причиной разрыва глазури и образования трещин является склонность фаянса к обратимому поглощению влаги и набуханию, вследствие чего объем черепка увеличивается в пределах 0,016. 0,086%.

Фарфор – самая благородная керамика. Это материал, состоящий из каолина, глины, кварца и полевого шпата. Его характерные признаки: белый цвет, отсутствие пористости, высокая прочность, термическая и химическая стойкость. Для хозяйственного фарфора ценится просвечиваемость. Различают две основные разновидности фарфора.

1. Твердый – с небольшими добавками плавня (полевого шпата) и потому обжигаемый при сравнительно высокой температуре (1380. 1460°C). Масса классического твердого фарфора состоит из 25% кварца, 25% полевого шпата и 50% каолина и глины. 2. Мягкий – с повышенным содержанием плавней, обжигаемый при температуре 1200. 1280°C. Кроме полевого шпата в качестве плавней используют мрамор, доломит, магнезит, жженую кость или фосфорит. С увеличением содержания плавней возрастает количество стекловидной фазы и потому улучшается просвечиваемость фарфора, но снижаются прочность и термостойкость. Глина сообщает фарфоровой массе пластичность (необходимую для формования изделий), но снижает белизну фарфора. В качестве эталона для оценки белизны фарфора используют свежеосажденный сульфат бария BaSO₄ . Белизна характеризуется интенсивностью рассеивания света, которая регистрируется фотометром.

Благодаря прекрасным декоративным свойствам, фарфор привлек внимание европейцев с начала XVI в., когда он впервые был привезен в Европу португальскими купцами из Китая – родины фарфора. В Китае же он был известен уже в 220 г. до н.э. В сравнительно больших количествах китайский фарфор стал ввозиться в Европу в середине XVI в. Естественно, что в разных странах Европы были попытки открыть секрет производства фарфора. Рецептуру европейского фарфора разработал в 1703 г. немецкий физик Эренфрид Чирнгауз, который в 1707 г. привлек к своим работам Беттгера. В 1708 г. Чирнгауз внезапно умирает и Беттгер выдает себя за изобретателя состава и технологии производства фарфора. В 1715 г. он основывает знаменитую и по сей день Майсенскую фарфоровую фабрику.

В России состав фарфора был разработан Д.И. Виноградовым в 1746 г. и налажено его производство на императорском заводе под Петербургом (ныне фарфоровый завод им. М.В. Ломоносова).

Роспись фарфоровых изделий бывает подглазурная и надглазурная. Краски для подглазурной росписи должны выдерживать температуру политого глазурного обжига. Поэтому их набор ограничен. Они не должны разлагаться и растворяться в глазури при обжиге. В качестве керамических красок в настоящее время используют исключительно оксиды металлов. Оксид кобальта дает синий цвет, никеля – коричневый, меди – зеленый или сине-зеленый, хрома – зеленый, марганца – коричневый или фиолетовый, железа – желтый или красный, урана – желтый.

Фарфоровые изделия весьма разнообразны по своему химическому составу, по свойствам и назначению. Приведем несколько наиболее известных типов фарфора и их характерные особенности.[5]

б) ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННАЯ КЕРАМИКА

Электроизоляционная керамика представляет собой материал, получаемый из формовочной массы заданного химического состава из минералов и оксидов металлов. Любая керамика, в том числе и электроизоляционная,— материал многофазный, состоящий из кристаллической, аморфной и газовой фаз. Ее свойства зависят от химического и фазового составов, макро- и микроструктуры и от технологических приемов изготовления.В электрической и радиоэлектронной промышленности керамическая технология широко применяется для изготовления диэлектрических, полупроводниковых, пьезоэлектрических, магнитных, металлокерамических и других изделий. В настоящее время, особенно с проникновением в быт электронной техники, из электроизоляционной керамики изготавливаются десятки тысяч наименований изделий массой от десятых долей грамма до сотен килограммов и размерами от нескольких миллиметров до нескольких метров. В ряде случаев изделия из керамики, главным образом из электрофарфора, покрываются глазурями, что уменьшает возможность загрязнения, улучшает электрические и механические свойства, а также внешний вид изделия. Электрофарфор является основным керамическим материалом, используемым в производстве широкого ассортимента низковольтных и высоковольтных изоляторов и других изоляционных элементов с рабочим напряжением до 1150 кВ переменного и до 1500 кВ постоянного тока.Преимущества электрокерамики перед другими электроизоляционными материалами состоят в том, что из нее можно изготовлять изоляторы сложной конфигурации, кроме того она имеет широкий интервал спекания. Сырьевые материалы мало дефицитны, технология изготовления изделий относительно проста. Электрофарфор обладает достаточно высокими электроизоляционными, механическими, термическими свойствами в области рабочих температур; он выдерживает поверхностные разряды, слабо подвержен старению, стоек к воздействию атмосферных осадков, многих химических веществ, солнечных лучей и радиационных излучений.В связи с передачей энергии высоким и сверхвысоким напряжением на дальнеерасстояние резко возросли требования к качеству высоковольтных изоляторов, главным образом к механической прочности.В последние годы выпускаются надежные высокопрочные изоляторы оптимизированной конструкции из электрофарфора высокого качества. Известно,что прочность фарфора при сжатии в 10—20 раз выше прочности при изгибе или растяжении.По назначению компоненты фарфора различаются на пластичные и отощающие, а по роли при термической обработке — на плавни и кристаллорбразующи е. Механическая прочность фарфора в значительной степени зависит от механических свойств и кристаллической структуры отощающего материала, а также образованных в процессе обжига сетчатых волокнистых микроструктур кристаллической фазы (в частности, игл муллита). Стеклофаза в структуре фарфора ухудшает механическую прочность, так же как и наличие пор, неблагоприятно влияющих на распределение напряжений.Наравне с обычным фарфором налажен выпуск фарфора с повышенным содержанием муллита, фарфор кристобалитовый и корундовый. В последнем кремнезем в шихте частично заменен корундом.Большинство корундовых кристаллов при обжиге остается в исходной форме и благодаря высокому сопротивлению упругой деформации образует прочный каркас микроструктуры. Незначительная часть растворяется в стек-лофазе и является причиной возникновения вторичного муллита. Механическая прочность корундового фарфора значительно выше прочности обычного фарфора.Следует ожидать, что традиционные способы производства, литье изоляторов в гипсовые формы, а для больших опорных изоляторов — склейка отдельных элементов до обжига, заменяется пластическим прессованием, выдавливанием массивного цилиндра или трубки с дополнительной обработкой на копировальных станках, а также изостатическим прессованием заготовок с последующей автоматической обработкой. Использование последнего способа производства изоляторов существенно сократит технологический цикл и объем трудозатрат.[6]

Керамические изделия широко представлены в быту и строительстве. Слово керамика настолько прочно вошло в русский язык, что порой не верится, что оно иностранного происхождения. На самом же деле слово керамика берет свое начало из Греции. Греческое слово keramos означает – глиняная посуда. Керамические изделия издревле получали обжигом глин или их смесей с определенными минеральными добавками. Поскольку глины весьма распространены в природе, гончарное ремесло широко и часто независимо развивалось в различных частях света, относительно легко перенималось и распространялось.

Первыми керамическими изделиями были строительные материалы: кирпич, плитки, черепица, хозяйственная посуда и емкости: тарелки и блюда, горшки, кувшины, амфоры, поскольку они имеют простую форму и более доступны в изготовления. Керамика по сравнению с металлами, стеклом, деревом в наименьшей степени подвержена атмосферным воздействиям и потому образцы древнейших керамических изделий дошли до наших дней в сравнительно хорошем состоянии и в большом количестве. Они дают важную информацию историкам и искусствоведам об уровне культуры народов и об уровне развития техники различных эпох.

Однако, керамика, по моему мнению, является важным материалом, не столько потому, что она показывает культурный уровень развития того или иного народа, сколько потому, что она обладает рядом необычных свойств. Керамика- особенный материал. Благодаря своим механическим, электрическим свойствам, а так же экологической безопасности керамика идет вне конкуренции со многими другими традиционными материалами

Поэтому неудивительно, что объем производства керамических материалов во всех странах растет необычайно быстрыми темпами.

2. Основы химической технологии и лесопереработки, В.В. Курилкин, Москва издательство Российского Университета Дружбы Народов, 2006, стр 93

3.Прозрачные поликристаллические керамические материалы/ Под ред. Г. А. Выдрика, Т. В. Соловьевой. Обзорная информация. Сер. Электротехнические материалы. М.: Информэлектро, 1995. стр.49 с

[2] Основы химической технологии и лесопереработки, В.В. Курилкин, Москва издательство Российского Университета Дружбы Народов, 2006, стр 93

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Российский Университет Дружбы Народов

Инженерный факультет

Кафедра промышленного бизнеса

и управления на предприятии

Курилкин Владимир Васильевич

Москва 2009 год

Сырье для производства керамики

а) Художественная керамика

б) электроизоляционная керамика

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИКИ
Основным сырьем производства керамических изделий является глина. Она представляет собой измельченную горную породуразличного химико-минералогического состава, в соединении с водой образующую тестообразную массу, способную сохранять приданную ей форму, а при обжиге становиться камнеподобной. Основным свойством глины, определяющим ее пригодность для гончарных изделий, является пластичность. Глина — единственный в своем роде такой природный материал, имеющийся в большом количестве. Именно по этому признаку различают три сортаглин: высокопластичные, средне- и низкопластичные.
Гончары определяют пластичность обычно на ощупь, путем разминания и растирания комочков глины в руках. Один из простейших способов оценки качества материала — сформовать длинный цилиндр, который затем следует сгибать дугой до появления трещин. Чем пластичнее глина, тем меньшим будет радиус дуги при появлении трещины. Применяют и такой способ: изглиняного теста нормальной густоты делают цилиндр длиной до 10 см, диаметром 3 см. Взяв в руки цилиндр, его медленно разрывают; если глина пластична — концы разрыва будут тонкие и длинные, если тощая — короткие и толстые. Высокопластичные глины — вязкие, "жирные". Они нежны на ощупь, хорошо тянутся, легко полируются. Блеск сохраняется и после обжига. Но такая глина разрушается при высокой температуре.Глины низкой пластичности, песчаные, "тощие", известны под названием в "глей", В изломе они матовы, шершавы на ощупь, в руках рассыпаются и практически не формуются. Их достоинство — огнеупорность. И "жирные", и "тощие" глины в естественном виде не годятся для применения в производстве. Они требуют соответствующей обработки: в зависимости от вида изделий и качества керамической массы увеличиваютили уменьшают пластичность глины. Для этого используют песок и шамот.
У глин различают границы пластичности — нижнюю и верхнюю. Нижняя характеризуется таким влагосодержанием, при котором нити, скатанные из глины, неспособны соединяться друг с другом; верхний предел определяется таким влагосодержанием, при котором начинает появляться текучесть. Глинам присуще еще и такое.

Общие сведения о керамических материалах, их классификация и типы, направления практического использования в промышленном производстве. Преимущества и недостатки применения данных материалов. Модуль упругости керамических волокон, их роль на сегодня.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	08.04.2014
Размер файла	25,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Керамические материалы в современной технике. Их возрастающая роль и применение

Введение

В современном мире очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это связано с большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов. Керамические изделия обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. [1]

1. Общие сведения о керамических материалах

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготовленные из природных глин с минеральными и органическими добавками путем формования, сушки и последующего обжига. Производство керамических материалов - одно из самых древних и распространенных, возникло оно за несколько тысячелетий до н.э. [2]

Положительными свойствами керамических материалов являются:

1. Высокая прочность;

3. Высокие теплотехнические свойства;

4. Простота изготовления;

8. Полное отсутствие токсичности;

10. Повсеместное распространение сырья для производства.

К отрицательным свойствам относят:

2. Сравнительно большую объемную массу;

3. Неиндустриальность из-за малых размеров штучных керамических материалов. [5]

Современные виды керамики делят на две группы: конструкционную и функциональную. Под конструкционной понимают керамику, используемую для создания механически стойких конструкций, а под функциональной - керамику со специфическими электрическими, магнитными, оптическими и термическими функциями. [6]

Классификацию керамики по структуре подразделяют на грубую, имеющую крупнозернистую неоднородную в изломе структуру (пористость 5-30%), и тонкую - с однородной мелкозернистой структурой (пористость 11 -10 Ом , см), пределом прочности на сжатие до 5 ГПа, стойкостью в окислительных средах в широком интервале температур; некоторые виды - высокотемпературной сверхпроводимостью. Среди оксидной керамики наибольшее распространение получили:

1. Алюмосиликатная керамика. Подразделяется на кварцевую и динасовую керамики. Из неё изготовляют посуду, детали и футеровку коксовых и мартеновских печей, ракет, космических аппаратов и ядерных реакторов, носители для катализаторов, корпуса галогенных ламп, костные имплантаты, детали радиоаппаратуры и многое другое.

2. Керамика на основе SiO₂. к ней относят керамику состава SiO2-Al2O3-MgO (кордиеритовая), ZrSiO4 (цирконовая), SiO2-Al2O3-Li2O (сподуменовая), SiO2-Al2O3 BaO (цельзиановая керамика). Применяют в производстве радиотехнических деталей, теплообменников, огнеупоров, изоляторов азто- и авиасвечей и др.

3. Керамика на основе ТiO ₂, титанатов и цирконатов Ва, Sr, Pb, а также керамика на основе ниобатов и танталатов Рb, Ва, К. Такая керамика применяется в электронике и радиотехнике.

4. Керамика на основе MgO. Применяют для изготовления огнеупоров.

5. Шпинельная керамика на основе ферритов Ni, Co, Мn, Са, Mg, Zn. Применяют такую керамику для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек и деталей в устройствах памяти и т.п.

6. Керамика на основе BeO, ZrO ₂, HFO ₂, Y ₂ O ₃. Используют ее при изготовлении электровакуумных приборов, тиглей для плавки тугоплавких металлов.

К нитридной керамике относят материалы на основе BN, A1N, Si₃N₄, (U, Pu) N, а также керамику, получаемую спеканием соединений, содержащих Si, Al, О, N, или соединений, содержащих Y, Zr, О и N. Нитридная керамика характеризуется стабильностью диэлектрических свойств, высокой механической прочностью, термостойкостью, химической стойкостью в различных средах. Керамические нитридные материалы применяют для изготовления инструментов в металлообрабатывающей промышленности, тиглей для плавки некоторых полупроводниковых материалов, СВЧ изоляторов и другая керамика из Si₃N₄ - конструкционный материал, заменяющий жаропрочные сплавы из Со, Ni, Cr, Fe.

Среди силицидной керамики наиболее распространена керамика из дисилицида Мо. Она характеризуется малым электрическим сопротивлением (170-200 мкОм , см), стойкостью в окислительных средах (до 1650°С), расплавах металлов и солей. Применяют для изготовления электронагревателей, работающих в окислительных средах.

При изготовлении керамики из глины и непластичного материала, последний измельчают в шаровых мельницах, а глины с добавлением воды размалывают в строгачах или распускают в смесителях; полученные суспензии дозируют и сливают в смесительные бассейны. В зависимости от способа формования суспензию обезвоживают в фильтр-прессах или распылительных устройствах. Из порошков с влажностью до 12% по массе изделия формуют одним из видов прессования; при формовании масс с влажностью 15-25% последовательно используют раскатку, выдавливание, допрессовку, формование на гончарном круге и обточку. Из суспензий с влажностью 25-45% (литейных шликеров) изделия формуют литьем в гипсовые, пористые пластмассовые и металлические формы. При изготовлении технической керамики литейный шликер приготовляют из непластичных порошков, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластичные вещества (напр., парафин, воск), олеиновую кислоту и некоторые ПАВ; изделия формуют всеми упомянутыми способами, в том числе вибропрессованием. Отформованные изделия подвергают сушке (в случае применения водорастворимой связки) или выжиганию органической связки.

Обжиг керамики. Сформованные изделия или предварительно спрессованные порошкообразные смеси исходных веществ подвергают обжигу - сложному процессу спекания, в результате которого создается материал определенного фазового состава и с заданными свойствами. Обжиг до получения прочного монолита (камневидного тела) проводят в специальных камерных, кольцевых или туннельных печах непрерывного действия. Температуры обжига колеблются от 900°С для строительной керамики до 2000°С для огнеупорной керамики. Для получения плотной керамики с мелкими кристаллами используют также горячее прессование в твердых или эластичных формах (газостатич. прессование) и реакционное спекание.

Обычно изделия после обжига готовы к использованию; некоторые виды керамики дополнительно подвергают механической обработке, металлизации, декорированию. Изделия из фарфора, фаянса и других видов тонкой керамики перед обжигом, как правило, покрывают глазурью, образующей при 1000-1400°С стекловидный водо- и газонепроницаемый слой. Тонкостенные изделия перед глазурованием во избежание размокания в глазурной суспензии подвергают предварительному обжигу.

2. Применение керамических материалов

Керамические материалы обуславливается широким применением в различных областях деятельности человека.

Керамика-это фундамент медицинской техники. Детали из керамических материалов являются ключевыми компонентами усилителя рентгеновских снимков и источников рентгеновского излучения. Усилителя рентгеновских снимков - сердце компьютерных томографов. Он позволяет врачам с уверенностью ставить правильный диагноз при минимальном облучении пациентов.

Керамика используется в вакуумных камерах для ускорителей заряженных частиц, и гарантируют четкую и качественную работу благодаря стабильности геометрической формы в сочетании с высокими электроизоляционными свойствами. Фокусирующие устройства в электронных микроскопах изготовлены с точностью до нескольких микрон. Только при такой точности, возможно проводить исследования различных препаратов в области науки и техники под микроскопом, при высоком разрешении и с высокой четкостью.

В установках для изготовления фотоэлементов и полупроводников используются специальные процессы, происходящие исключительно в условиях глубокого вакуума. Такие материалы, как стекло и фарфор со своими свойствами, в этих экстремальных условиях оказываются за рамками своих возможностей. Электрические проходные изоляторы и изоляционные трубки из керамики помогают в осуществлении самых различных процессов.

Во время технологических обработок типографской пленки и бумаги встречается техническая керамика. В первую очередь, это - направляющие планки из керамических материалов, с помощью которых достигается очень высокая скорость перемещения пленки и бумаги благодаря отшлифованной поверхности, а также малым допускам по геометрическим размерам и по позиционированию. При помощи деталей из керамики возможна также переработка абразивных и даже чувствительных к механическим повреждениям видов пленки. Большая скорость перемещения в сочетании с высоким качеством делают незаменимым применение технической керамики в цифровой печати.

При производстве стекла керамике. Его термостойкость составляет до 1950°C. Благодаря использованию керамики достигается высокая точность измерения температуры при стекловарении и при производстве стеклокерамики. Керамика - химически инертный материал, таким образом, технологическая безопасность при переработке всех химических материалов полностью обеспечена.

При исчезновении напряжения с сети или в автономных системах топливные элементы из керамики обеспечивают электропитание. Изоляция отдельных поверхностей топливного элемента друг от друга и обеспечение зазора между ними осуществляется с помощью рамок из керамики.

При изготовлении электрических ламп термостойкость играет решающую роль. Благодаря высокой коррозионностойкости, колодки и формирующие ролики из керамических материалов гарантируют неизменно высокую точность.

Сварочные штифты из керамики обеспечивают высокую точность взаимного расположения свариваемых деталей автомобильных кузовов. Применение вытяжных штампов из керамики делает излишней дорогостоящую доработку деталей после процессов деформации металла.

Изделия из керамики, установленные в оборудовании для химической промышленности, значительно снижают потери из-за протечки жидких материалов. В то время как керамический защитный экран в магнитной муфте отвечает за обеспечение высокой герметичности химического насоса, антифрикционные свойства керамических поршней насосов высокого давления гарантируют долгую работоспособность элементов, обеспечивающих герметичность.

Инструменты из керамики при обработке твердых поверхностей обладают неоспоримыми преимуществами. О долговечности этих высококачественных инструментов особенно хорошо знают производители высокоточных механических приборов и устройств, например, в часовой, оптической и стекольной промышленности. Поликристаллический спеченный рубин (агломерат-рубин) имеет твердость, близкую к твердости алмаза, и может использоваться для различных видов обработки поверхности деталей.

Керамика отличается исключительным многообразием свойств по сравнению с другими типами материалов. Среди видов керамики всегда можно найти такие, которые с успехом заменяют металлы и полимеры, тогда как обратное возможно далеко не во всех случаях. Использование керамики открывает возможность для создания разнообразных по свойствам материалов в пределах одной и той же химической композиции. [3] [4]

3. Роль в современном мире

В мире современных материалов керамике принадлежит заметная роль, обусловленная широким диапазоном ее разнообразных физических и химических свойств. Керамика не окисляется и устойчива в более высокотемпературной области, чем металлы. У распространенных керамических материалов (оксидов алюминия, магния, тория) термическая устойчивость намного превышает устойчивость большинства сталей и сплавов. Модуль упругости керамических волокон на порядок выше, чем у металлов.

Грандиозные перспективы открыты перед сверхпроводящей керамикой и совсем недавно созданной керамикой с гигантским магнитным сопротивлением, перед новым поколением конструкционной керамики, получившей название синэргетической из-за нелинейного эффекта взаимодействия матрицы и наполнителя, давшего возможность производить керамические композиты с рекордно высокой ударной вязкостью. Но не хлебом единым жив человек, и роль керамики сейчас, как и на заре человеческой цивилизации, не исчерпывается только прагматическими целями.

Объем производства керамических материалов во всех странах мира растет необычайно быстрыми темпами. Предполагается, что за грядущие 20 лет мировой объем производства керамики вырастет в 10 раз и превысит 60 млрд долл. в год. В настоящее время основными производителями керамики являются США и Япония (38 и 48% соответственно). США доминируют в области конструкционной керамики, предназначенной в первую очередь для металлообрабатывающих целей. Япония безраздельно доминирует в области функциональной керамики (основном компоненте электронных устройств). Такая ситуация, судя по прогнозам, сохранится и в ближайшем будущем. [8]

Заключение

В заключении сказанного можно подвести итоги:

Керамическими называют материалы и изделия, получаемые из порошкообразных веществ различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах для упрочнения и получения камневидного состояния.

Современные виды керамики делят на две группы: конструкционную и функциональную.

Керамические материалы применяются в медицине, авиации и космической технике, строительстве, науке, автомобильной и химической промышленностей, типографии и т.д.

Керамика играет важнейшую роль в современном мире и позволяет упростить жизнь человечеству с давних времен.

Список литературы и источников

керамический волокно промышленный

[1] Сажин В.Б. Основы материаловедения. М.: Теис, 2005. - 155 с.

[2] Третьяков Ю.Д. Керамика - материал будущего. М.: Знание, 1987. 48 с.

[3] Шевченко В.Я., Баринов С.М. Техническая керамика. М.: Наука, 1993. 187 с.

[4] Лейт. Avgustinik A. А. Керамика. 2-е изд.. Л., 1975.

Подобные документы

Классификация искусственных строительных материалов. Основные технологические операции при производстве керамических материалов. Теплоизоляционные материалы и изделия, применение. Искусственные плавленые материалы на основе минеральных вяжущих бетонных.

презентация [2,4 M], добавлен 14.01.2016

Свойства строительных материалов, области их применения. Искусство изготовления изделий из глины. Классификация керамических материалов и изделий. Цокольные глазурованные плитки. Керамические изделия для наружной и внутренней облицовки зданий.

презентация [242,9 K], добавлен 30.05.2013

Состав и свойства сырьевых материалов для производства кровельных керамических материалов. Изготовление кровельных керамических материалов пластическим способом. Виды готовой продукции и области применения. Контроль качества технологических процессов.

курсовая работа [45,1 K], добавлен 01.11.2015

Характеристика сырьевых материалов, номенклатура продукции и сфера ее применения. Химический состав глин. Сырье для производства керамических материалов. Месторождения и показатели химического состава каолина при производстве керамических изделий.

дипломная работа [545,4 K], добавлен 11.04.2016

Общие сведения о строительных материалах. Влияние различных факторов на свойства бетонных смесей. Состав, технология изготовления и применение в строительстве кровельных керамических материалов, дренажных и канализационных труб, заполнителей для бетона.

Читайте также: