Бериллиевая керамика Лекция 11
Свойства Be. O Бериллиевая керамика – это особый вид установочной керамики вследствие высоких значений по нескольким показателям: диэлектрические свойства, механическая прочность, вакуумная плотность и высокая теплопроводность и термостойкость. Бериллиевая керамика относится к материалам электронной техники и ядерной энергетики. Это конструкционные элементы в обычных и высокотемпературных ядерных реакторах (замедлители и отражатели нейтронов). месторождения на Среднем Урале и Кольском полуострове Минерал назван в честь М. Бромелля (Magnus von Bromell, 1670– 1731), шведского врача, физика и минералога бромеллит Сингония бромеллита гексагональная, структура типа вюрцита. Параметры элементарной ячейки a = 2. 6983Å, c = 4. 3776Å, показатели преломления: Твердость по шкале Мооса 9, плотность 3. 017 г/см 3. Температура плавления 2570± 20 о. С.
Получение оксида бериллия берилл 3 Be. O∙Al 2 O 3∙ 6 Si. O 2 фенакит – Be. O∙Si. O 2 Марки Ве. О, выпускаемые в промышленности: B– 1, B– 2, B– 3, H– 4 Содержание оксида не менее 99. 5% Удельная поверхность 0. 5– 1. 5 м 2/г хризоберилл Be. O∙Al 2 O 3
Свойства оксида бериллия Ве. О устойчив к щелочам и щелочным расплавам, к большинству газов, но неустойчив по отношению к кислым средам и расплавам. С фтором и фторидами Ве. О активно взаимодействует, а с хлором – только при нагревании. Гидроксид бериллия в трех формах: аморфной и кристаллических α Ве(ОН)2 (метастабильная) и β Ве(ОН)2 термическая обработка технического оксида при температуре 1700– 1950 о. С Токсичен! ПДК 0. 001 мг/см 3 повышенная склонность к рекристаллизации коэффициент рекристаллизации – это отношение размеров кристаллов в обожженном изделии к размеру зерна в исходном порошке При размере исходных зерен Ве. О 1– 2 мкм, коэффициент рекристаллизации 25– 40, а при исходном размере зерен 5– 10 мкм он снижается до 3– 5 Причины интенсивной рекристаллизации Ве. О: 1) сильно развитая дефектность структуры 2) большая поверхностная энергия, 3) сильно развитая поверхность тонкозернистых порошков Ве. О.
Изменение свойств порошка Ве. О при обжиге Температура ρ, г/см 3 обжига, о. С Показатель преломления Средний S, см 2/г размер кристаллов, мкм Растворимость в % в HCl Δmпрк, % в щел. Необож. 2. 55 1. 599 1 95271 99 – – 900 3. 01 1. 692 4 23017 83. 3 9. 6 19 1100 3. 03 1. 692 4 10288 72. 0 8. 7 22. 5 1300 3. 02 1. 716 8 4148 21. 0 4. 9 23. 8 1500 3. 02 1. 716 15– 20 1962 12. 4 4. 8 25. 0 1600 – 1, 716 – – 12. 3 4. 8 25. 3 1700 2. 99 1. 718 20– 40 1554 12. 3 4. 8 25. 3
Технологическая схема производства бериллиевой керамики Исходное сырье β Ве(ОН)2 Прокаливание при 500 о. С 4 -5 часов во вращающейся печи Брикетирование цилиндров 10 х10 см Прокаливание при 1200 о. С Измельчение, рассев Химическая очистка 3 -5% раствором HCl при 80 о. С и сушка при 500 о. С Рассев на 2 фракции: менее 0. 315 и ≥ 0. 315 Полусухое прессование порошка фракции 0. 315 мм + 4% связки (раствор поливинилового спирта в 70% этиловом спирте) Обжиг, удаление связки при 1200 о. С Спекание изделий при 1950 о. С в графитовой засыпке Металлизация (Mo–Mn пастами) Шликерное литье из порошка фракции 0. 315 -1 мм + 12. 513%органической связки (парафин 82%, воск 15%, олеиновая кислота 3%)
Другие способы получения керамики из оксида бериллия Исходный Ве. О → брикетирование → обжиг (1700– 1950 о. С) → дробление → МТП (шаровая мельница со стальной футеровкой и стальными шарами) → магнитная сепарация → формование изделий → сушка → обжиг (1700– 1950 о. С) → Металлизация (Mo–Mn пастами). литье из водных шликеров р. Н 3– 3. 5, плотность шликера 1– 2 г/см 3 и влажность 33– 37% Сушка требует мягкого режима Обжиг при температуре 1700– 1800 °С выдержка 2– 6 ч Усадка в обжиге 15– 18%. Горячее прессование давление 10– 15 МПа температура 1600– 1800°С высокая плотность
Зависимость плотности изделий из Ве. О от метода формования Метод изготовления изделий Литье водных шликеров Протяжка Полусухое прессование Горячее литье под давлением Горячее прессование Плотность обожженного Ве. О г/см 3 % от теоретической 2. 7– 2. 85 90 2. 85– 2. 90– 2. 95 95 97 2. 90– 2. 95 97– 98 3. 0– 3. 01 99
Свойства керамики из Ве. О Изменение прочности бериллиевой керамики в зависимости от температуры, обозначения: ○ – предел прочности при растяжении, ● – предел прочности при сжатии МПа Зависимость коэффициента теплопроводности оксидных керамических материалов от температуры ТКЛР Ве. О при комнатной температуре по оси а составляет 5. 3∙ 10 -6 К-1, по оси с – 5. 1∙ 10 -6 К-1. Температура начала деформации 2380 о. С под нагрузкой – 0. 2 МПа.
Основные свойства изделий на основе Ве. О Свойства Плотность, г/см 3 предел прочности при статическом изгибе, МПа ТКЛР α∙ 106, K-1 в диапазоне температур 20– 900 о. С Диэлектрическая проницаемость ε Удельное объемное сопротивление, ρv Ом∙см при 20 о. С Тангенс угла диэлектрических потерь tgδ при частоте f = 106 Гц ТКε, ∙ 106 К-1 Ве. О 3. 01 200– 300 брокерит 2. 88 150 5. 4 – 8. 4 7– 8 6. 5 7 1018 1015 (4– 5)∙ 10 -4 3∙ 10 -4 +700
Скачать презентацию Бериллиевая керамика Лекция 11 Свойства Be O
Лекция 12 Бериллиевая керамика.pptx