ПРОМЫШЛЕННАЯ КЕРАМИКА

Источник: Алмазная обработка технической керамики Д.Б. Ваксер, В.А. Иванов, Н.В. Никитков, В.Б. Рабинович. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1976. – с.154–156

     Промышленная керамика – вид керамики, предназначенной для промышленного применения, в противоположность ремесленным творчеством (глиняная посуда) или художественным созданиям (художественная керамика) или фарфор.
     Американское общество ASTM (American Society for Testing and Materials) определяет керамику как: «изделие, имевшая тело, остеклованное или нет, кристаллической или частично кристаллической структурой, или стекло, тело которой образовано не металлическими и исключительно неорганическими веществами».
     Промышленные керамики делятся на три различные категории:
• окиси: окись алюминия, окись цинка;
• не-окиси: бинарные составляющие углерода, борид, нитрид, керамики, составленные из кремния и из атомов, таких как вольфрам, магний, платину, или еще титан;
• композиты керамики: сочетание окисей и не-окисей.
     Каждая из этих категорий обладает своими свойствами.

Механические свойства
     Керамические изделия обычно обладают большим механическим сопротивлением, слабой плотностью, сильной жесткостью и сопротивлением, повышенные в износе. Между тем, небольшие недостатки в керамике могут обеспечить эти непрочные материалы.
      Керамики сохраняют свою надежность в очень высоких температурах, сопротивляются термическому удару и имеют сильное сопротивление в старении и в климатических или химических атаках. У них есть обычно слабая термическая проводимость. Они непроницаемы (кристаллические керамики) или полупрозрачные (аморфные стекла).

Электрические свойства
     Керамики превосходны электрические изоляторы. В некоторых условиях, как крайне низкие температуры, некоторые керамики становятся сверхпроводниками.

Экологические характеристики
     Со стороны их характер нейтрального и аморфного материала, керамики безопасны для человека и для среды. Их используют в санитарных, медицинских или пищевых оборудований.
     Их слабая термическая проводимость являются причиной того, что их используют как термоизоляторы или неподчиняющиеся материалы, например в черепицах теплового щита космических челночных кораблей или в авиации, чтобы например покрывать металлическую структуру лопаток турбин.
     В 1980 г, предприятие Тойота разработало керамический двигатель, который мог поддерживать температуру выше 3 300°C. Этот тип двигателя не нуждается в том, чтобы быть охлажденным, он позволяет увеличить прибыль дохода и очень значительного веса по отношению к классическим двигателям внутреннего сгорания. Между тем, он не произведен в большой серии вследствие многочисленных промышленных затруднений (именно вследствие степени необходимой чистоты).
      Оптические свойства некоторых керамик позволяют их использовать в паровых лампах, в лазерах, так же как в детекторах инфракрасное излучение. Их химическая инертность и их биосовместимость из этого делают действительных кандидатов для хирургических и зубных протезов. Свойства керамик могут быть использованны также чтобы сокращать трения между механическими деталями (шарикоподшипники керамики например) или действовать как катализато, или осуществлять электролиз.

     Примеры материалов керамики
• глинозем (окись алюминия Al2O3): механическая хорошая позиция при высоких температурах, хорошая термическая проводимость, большое электрическое удельное сопротивление, большая жесткость, хорошая износостойкость, химическая инертность.
     Применение: электроизоляторы, опоры нагревающих элементов, термическая защита, элементы дробления, механические компоненты, колеца герметичности, искусственные зубы.
• нитрид кремния Si3N4: большая жестокость, хорошая износостойкость и в абразивы, хорошая химическая инертность, хорошее сопротивление при термическом ударе. Существует два типа нитрида кремния: связонное азотирование сжатого порошка кремния или прессованием порошка нитрида кремния при высокой температуре (обжиг).
     Применение:абразивные порошки, средства резки, огнеупоры для черной металлургии, шарики качения, колеца герметичности для литья металлов, клапаны (автомобиль).
• сиалон: прочный раствор нитрида кремния, нитрида алюминия и окиси алюминия.
• карбид бора B4C.
     Применение: броня танков и вертолетов.
• карбид кремния или карборунд SiC:большая жесткость, хорошее сопротивление при термическом ударе, высокая термопроводимость, слабое термическое расширение, хорошая химическая инертность.
     Применение: огнеупоры, резистры накаливания, средства резки, детали трения, для соединения герметичности насосов в воде, поддержка катализатора.
• кордиерит (силикат, ферромагний алюминевый): хорошее сопротивление при термическом ударе, хорошая термическая проводимость.
     Применение: электрические изоляторы, термические теплообменники, элементы нагревания.
• муллит Al6Si2O13: хорошее сопротивление при термическом ударе, слабая термическая проводимость, значительное электрическое удельное сопротивление.
     Применение: огнеупорные материалы.
• нитрид алюминия AlN: высокая термическая проводимость, хорошее электрическое сопротивление, прозрачный в волны заметного и инфракрасного излучения.
     Применение: напечатанные схемы, термические колонны, окна для радара, горнов для литейного цеха.
• двуокись циркония (окись циркония ZrO2): высокие механические свойства при высоких температурах, слабая термическая проводимость в окружающей температуре, электропроводники при T> 1000°C, большая жесткость, хорошая износостойкость, хорошая химическая инертность, хорошее сопротивление в атаках металлов. Существует два типа: двуокись циркония, не стабилизированная, использованная в качестве дополнения, материала покрытия, абразивного порошка и двуокись циркония, стабилизированная в иттрием (ZrO2) или в окиси магния (ZrO2/MgO = PSZ).
     Применение: горны, сопла для плавки, нагревательные элементы, анти-термическое покрытие, ионные проводники, искусственные зубы.
• нитрид бора NB: высокая термическая проводимость, слабое термическое расширение, хорошее сопротивление при термическом ударе, высокий диэлектрик, слабое сопротивление химически, прозрачный в микроволнах, легкообрабатываемые.
     Применение: электрические изоляторы при очень высоких температурах, горны для литейного цеха, обшивка печей, покрытие термопар, резистры, смазочный материал при высокой температуре.
• борид алюминия AlB2.
     Применение: материал усиления в металлических композитах.
• окись магния MgO: сопротивление в расплавленных металлах, хорошее механическое сопротивление.
     Применение: пьезоэлектрические материалы, огнеупоры, оптические компоненты.
• окись цинка ZnO.
     Применение: используют в диодах для электрических свойств.
• окись магнито-железная Fe3O4.
     Применение: используют в трансформаторах и магнитном хранении данных.
• перовскит: они создают просторную семью кристаллических материалов формулировки (A)(B)O3 как BaTiO3, CaTiO3, SrTiO3 или (PbSr)TiO3, Pb(Zr0.5Ti0.5)O3.
     Применение: диэлектрики для изготовления многослойных конденсаторов, термостаты, преобразователи пьезоэлектрические.
• стеатит (силикат магния (SiO4)Mg2)): хорошее электрическое удельное сопротивление.
     Применение: электрические изоляторы.
• силикаты алюминия (глины)
     Применение: строительная керамики: кирпичи, черепицы, кафель, раковины, паромы в душах.
• окись урана UO2.
     Применение: топливо в ядерных реакторах.