Структура и свойства керамики Кристаллическая фаза основная

Структура и свойства керамики. • Кристаллическая фаза (основная ) • Стекловидная фаза • Газовая фаза. Показатели определяющие структуру керамики: • Средний размер зерна; • Степень разнозернистости; • Совершенство формы зерен и межзеренных границ; • Пористость; • Характер распределения пор; • Форма и размеры; • Наличие и характер распределения включений других фаз.

Технологические факторы, управляющие микроструктурой керамики: -Изменение технологических режимов (температура, время); -Введение различных присадок; -Гранулометрический состав частиц порошков; -Окислительно-восстановительные или нейтральные атмосферы. Свойства керамики. Упругие свойства. Прочность и химическая стойкость

Кривые распределения прочности образцов Р, % 60 40 20 100 140 180 220 σи, МПа

Статистические характеристики 100 образцов пористой корундовой керамики Статистическая характеристика Среднее значение прочности при изгибе, МПа Среднее значение пористости, % Значение 104, 0 128, 0 194, 0 203, 0 19, 4 13, 52 2, 23 0, 7 SD-эффект SD=[(σс - σр)/ σр]100%. Наиболее прочным границам отвечает случай SD=0. мах SD-эффекта наблюдается в области 0, 2 -0, 4 Тпл min в области 0, 7 -0, 8 Тпл.

3. Теплопроводность. + + F -давление газа; lп- размеры пор или трещин; λог теплопроводность газа; Λг-длина свободного пробега газовых молекул; В -постоянная, меняющаяся в сравнительно узких пределах. к- эмпирическая константа; -теплопроводность керамики; Р -объемная доля пор.

Критерии для оценки термостойкости: 1. Критическая разность температур, то есть разность между максимальной и минимальной температурами в изделии, при которой происходит его разрушение. 2. Устойчивость изделия к зарождению трещин под влиянием термоупругих напряжений. 3. Устойчивость материала изделия к распространению трещин, уже возникших под влиянием термоупругих напряжений.

Результаты экспериментальных исследований триботехнических характеристик керамических материалов. Тип керамики Контртело Схема испытаний Условия эксперимента Нагрузка F, Среда испытаний скорость V Результаты эксперимента: J 1—износ; f-коэффициент трения Si 3 N 4 алмаз К вращающемуся диску ф=40 мм, Т=7 мм прижимается алмазный индентор ф=2 мм F=10 Н 1. Сухой азот 1. J 1=6, 3·10 -6 мм 3/(м·Н); V=150 мм/с 2. Воздух (влажность 50%) f =0, 65 3. Воздух (влажность 90%) 4. дистиллированная вода Si. C Железо чистотой 99, 99% Железный стержень R=0, 79 F=0, 2 Н мм скользит по поверхности V=5·10 -2 мм/с плоского образца Вакуум в интервале температур 250 -12000 С Образуются трещины и ямки разрушения на поверхности Si. C; наличие массопереноса Fe на Si. C f =0, 11 -0, 4 B 4 C алмаз Стеклокерам Одноименн ика ые материалы : Si. O 2 -Li. Al. O 2 Mg(Al. O 2)2 Na 2 O-Al 2 O 32 Si. O 2 К вращающемуся диску прижимается алмазный индентор Торцевое трение колец ф=45 мм х ф=25 мм х 6 мм F=4 -20 Н V=0, 1 см/с F=225 Н V=1, 8 м/с V=0, 5 м/с При комнатной температуре Отношение нагрузки к площади 500 -1020 ГПа Без смазки при комнатной Скорость износа и коэффициент температуре трения удалось определить только у материала 1, второй быстро износился. J 1=43·10 -14 м 3/(м·Н); f =0, 07 -0, 5

Диаграммы деформации некоторых видов поликристаллической керамики 800 Si 3 N 4 Прочность при изгибе, МПа 600 Al 2 O 3 400 Zr. O 2 Si. C 200 0 0, 1 0, 2 0, 3 Деформация, % 0, 4 0, 5 0, 6

Прочность при растяжении монокристаллического Al 2 O 3 Предыстория образцов и состояние поверхности В состоянии поставки σв, МПа σр/σтеор 420 0, 015 Бесцентровая шлифовка Отжиг, мех. обработка 630 0, 02 840 0, 028 Мех. полировка, отжиг 1050 0, 035 Травление бурой 7000 0, 24 Пламенная полировка 7700 0, 26 Нитевидные кристаллы 16200 0, 61

Типы керамики По структуре подразделяются: • на грубую, имеющую крупнозернистую неоднородную в из структуру (пористость 5 - 30 %) (многие строительные керамические материалы); • тонкую с однородной мелкозернистой структурой (пористость <5 %) (фарфор, пьезо- и сегнетокерамику, ферриты, керметы, некоторые огнеупоры и т. д. ) • высокопористую керамику (пористость 30 -90 %), к которой относят теплоизоляционные керамики.

Керметы. Керметы классифицируют: • по природе керамической составляющей (оксидные, карбидные, нитридные, боридные); • по свойствам и применению: -высокотемпературные керметы (материалы из Al 2 O 3 -Cr, Al 2 O 3 -Th. O 2 -Cr-Mo, Al 2 O 3 -W-Cr), а также большая группа керметов на основе карбида Ti с Ni, Co, Cr, Mo, W, Al и их сплавов; -твердые износостойкие керметы (материалы на основе карбидов и нитридов Ti, Te, Hf и др. ); -керметы, используемые в областях техники: в атомных реакторах (тепловыделяющие элементы из композиций ), в электротехнике и электронной технике (C-Cu для электрощеток, Th. O 2 -Mo или Th. O 2 -W для усиления эмиссионной способности катодов и т. д. ), в тормозных устройствах (некоторые фрикционные материалы, содержащие металлические и неметаллические компоненты: Fe, Ni, Co, Al 2 O 3, Si. O 2 и др.

Микроструктура керметов может представлять собой: • керамическую матрицу, внутри которой расположены металлические включения; • металлическую матрицу с изолированными между собой керамическими частицами; • два равноправных каркаса из металла и керамики; • статистическую смесь керамических и металлических частиц. • Прессование; • Твердофазное спекание; • Жидкофазное спекание; • Экструзия; • Горячее прессование; • Прокатка и др. Методы получения

Пропитка порошковых формовок • Самопроизвольная пропитка; • Вакуумная пропитка(вакуумное всасывание); • Пропитка под давлением; • Ультразвуковая пропитка; • магнитно-динамическая пропитка. Схема ультразвуковой пропитки 1 – сосуд с жидкостью; 2 – пропитываемая заготовка; 3 – пропитывающая жидкость; 4 – нагреватель; 5 – мембрана; 6 – магнитостриктор.

Работоспособность кермета контролируется: • свойствами его составляющих; • относительной концентрацией; • прочностью их связи; • структурой тугоплавкого каркаса, формирующегося на стадии предварительного спекания под пропитку.

Схема пропитки карбида вольфрама чистым кобальтом (а – г) и сплавами кобальта с карбидом вольфрама эвтектического (д, е) и заэвтектического состава (ж, з): а, д, ж – 293 -1553 К; б – 1553 К; в – 1673 -1753 К; г, е. з – 293 К.