Быстрое охлаждение опаснее быстрого нагрева (низкая теплопроводность).
Способность противостоять термическому удару:
ü анизотропия температурного коэффициента расширения (ТКР);
ü неоднородность состава.
- Физические и механический свойства.
Физические: ионная (ионно-ковалентная) химическая связь, многообразная кристаллическая структура.
Механические: недостаток пластичности, высокие твердость и жесткость, высокий предел прочности на сжатие.
- Керметы (твердые сплавы, цементированные карбиды…).
- Системы углерода, нитрида бора, нитрида кремния
Керамика на основе Si3N4 (силинит). Узлы трения в газотурбинных двигателях.
Получение порошка (энергоемкость, экология…),поэтому сегодня:
ü ударная волна,
ü низкотемпературная плазма,
ü гомогенные газофазные реакции,
ü самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).
| Принципы… (повторение) | Преимущества Si3N4: ковалентный тип связей, - диффузионно-вязкое течение и пластическая деформация затруднены… Как спекать?! Сделать ставку на химические реакции с участием газовой или жидкой фазы (газотранспортная реакция)! |
1. Реакционное спекание (азотирование кремния, находящегося в спрессованной заготовке).
2. Активированное спекание (массоперенос между Si3N4 через газовую фазу).
3. Жидкофазное спекание (кислородсодержащие связки).
4. Горячее прессование (использование активирующих добавок).
5. Газофазное (пиролитическое) осаждение.
(1,3,2) – нельзя избавиться от пористости, (5) - только в тонких слоях.
Активирующие добавки: BeO, MgO, Al2O3, Y2O3, ZrO2.
ü Образование стекол и промежуточных фаз на границах зерен керамики.
ü Взаимное перемещение твердых частиц по слою жидкой фазы.
ü Растворение (α+β)Si3N4 и перекристаллизация в β' Si3N4 при температуре 1600…18000С.
| механизм | Si3N4 + MgO → при температуру 15450СMgO вступает во взаимодействие с SiO2 и Si2ON2 (шихта!). В итоге происходит образование кристаллических и аморфных фаз (стекол) по границам зерен – силикатные (сиалоновые) фазы. |
Структура конечного материала определяется:
ü Фазовым составом и дисперсностью Si3N4.
ü Видом и содержанием активатора.
ü Временем и температурой горячего прессования.
- Керамика на основе углерода и нитрида бора.
Продолжение следует…
| Пример применения в реакторостроении |
- Глоссарий.
Керамические материалы – конгломерат беспорядочно расположенных кристаллитов (зерна керамики).
Повышение прочности, два пути решения - увеличить пластичность (легирование); устранить микротрещины (волокна).
Эксплуатационные свойства – недостаток пластичности, высокие твердость и жесткость, высокий предел прочности на сжатие.
Мораль НМ_10.
| Для | материаловеда, |
| который | обращает внимание на керамику как современный материал, |
| оценка принципов технологии получения | предоставляет возможность достойно оценить историческую практику получения и использования этого материала, |
| а также выработать | собственное мнение об эффективности сочетания неметаллических и металлических материалов. |
| В отличие от | «хрестоматийных» принципов прикладного металловедения, |
| керамические материалы | рассматриваются с учетом более широкого набора физико-химических методов их синтеза. |
Таблица НМ_10.
| Уместный вопрос | Возможный ответ |
| Какой тип материала называется «керамика»? | |
| Какой компромисс достигается в материаловедении при помощи «керамической идеологии»? | |
| Какой тип керамики называется «кермет»? | |
| Какие технологические процессы составляют производство керамического материала? | |
| Сравните пределы прочности керамики «на растяжение» и «на сжатие» и назовите причины такого несовпадения… | |
| Какие свойства керамических материалов «облегчают» их эксплуатацию при высоких температурах? | |
| Какие базовые материалы (конкретно!) относятся к ионной керамике, а какие к ковалентной? | |
| Какие принципы структурообразования применяются при спекании ковалентной керамики? | |
| Назовите «базовый состав» самой знаменитой инструментальной керамики… | |
| Какие виды предварительной обработки порошков базовых материалов наиболее влияют на свойства готового керамического изделия? |
| Недостаток пластичности | Механизм пластического течения – движение дислокаций. В металлах: Дислокации легко перемещаются под действием низких напряжений (ненаправленная связь, широкие дислокации, «возвращающие» силы слабее!); В ковалентных керамиках: узкие дислокации, высокое сопротивление движению дислокаций. |
| Ширина дислокации (w) | Ширина дислокации - расстояние, на котором смещения атомов меняется от –b/4 до +b/4, b - вектор Бюргерса. w =(1…2) межатомных расстояния, дислокация узкая, w > 5 - широкая. Ширина дислокации стремится увеличится – это «работает» энергия упругой деформации, стремится уменьшится – энергия несовпадений в ядре дислокации. Ширина дислокации зависит от соотношения G/K (G - модуль сдвига, K - модуль всестороннего сжатия, ν - коэффициент Пуассона). Для металлов ν ≈ 0.3, – G/K≈ 0.37, для керамики ν ≈ 0.1, – G/K ≈ 1. Предел текучести ≈ разрушающему напряжению. |
| Недостаток пластичности (мораль) | Скольжение происходит по плотно упакованным плоскостям – чем больше постоянная решетки, тем меньше энергия несовпадения и тем больше ширина дислокации. |
