Глава восьмая
КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ
ТУГОПЛАВКИХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
МАТЕРИАЛЫ ИЗ ТУГОПЛАВКИХ ОКСИДОВ
Общие сведения
Оксидная керамика характеризуется высокими показателями электрических и механических свойств при 20 °С и в большинстве случаев сохраняет их при высоких температурах. Достоинствами этих материалов являются также возможность достижения высокой степени чистоты поверхности, устойчивость в агрессивных средах и в вакууме, а также способность образовывать герметичные спаи с металлами [2, 69].
Керамические материалы на основе оксидов — поликристаллические с преобладанием одной кристаллической фазы, которая в основном определяет технические показатели материалов. Свойства кристаллических оксидов, составляющих основу рассматриваемых керамических материалов, показаны в табл. 8.1 [51] и на рис. 8.1 [52]. Небольшие добавки, которые вводятся для улучшения технологических свойств керамических материалов (повышения пластичности массы, улучшения формуемости, снижения температуры спекания и др.), несколько снижают их свойства. Поэтому свойства керамических материалов находятся в зависимости от химического состава и количества технологических добавок и примесей. Кроме того, технические характеристики плотного поликристаллического материала зависят от структуры (величины и формы кристаллов, наличия закрытой пористости, количества и распределения стеклофазы), которая определяется технологическими параметрами: режимом измельчения сырьевых материалов и массы, методом формования, температурным режимом отекания и др. [78].
Недостатком керамических материалов является хрупкость. Эти материалы имеют сравнительно низкую механическую прочность при ударных нагрузках. Значение разрушающего напряжения при испытаниях зависит от способа проведения испытания.
Таблица 8.1. Свойства кристаллических тугоплавких оксидов [51]
Большой разброс результатов не позволяет характеризовать материал по средней измеряемой прочности или по коэффициенту запаса, как принято для металлов. При расчетах безопасности конструкции рекомендуется использовать статистическую кривую распределения значений прочности и отношение средней прочности к минимальной. Возможность применения керамических материалов в высокотемпературных газовых средах, вакууме, среде расплавленных металлов и других средах определяется устойчивостью оксидов в этих условиях. Тугоплавкие оксиды характеризуются сравнительно низкой упругостью паров при высоких температурах (рис. 8.2), поэтому материалы на их основе могут успешно работать в вакууме [53].
Рис. 8.1. Температурная зависимость р тугоплавких оксидов:
1 - А12Оз; 2 - ВеО; 3 - MgO; 4 - ZrО2 + + 6%MgO [1]
Рис. 8.2. Зависимость потери массы керамических материалов (диаметром 12- 13 мм, высотой 1-2 мм) из тугоплавких оксидов от температуры в вакууме 10-2 Па (а) и в среде гелия при давлении 2· 104 Па (б):
1 - MgO; 2 - А12О3; 3 - ZrО2, стабилизированный 10% СаО (в молярных долях); 4 - ZiО2, стабилизированный 10% MgO (в молярных долях); 5 - ВеО [53]
Таблица 8.2. Свойства керамических материалов на основе тугоплавких оксидов
Таблица 8.3. Зависимость ТК1 керамических материалов от температуры
Благодаря высоким электрическим, статическим механическим характеристикам и ряду других специфических свойств изоляционные детали из керамики на основе тугоплавких оксидов несмотря на технологические трудности их изготовления и относительно высокую стоимость находят широкое применение в электротехнике, ядерной энергетике, электронике, радиоэлектронике и других областях техники, главным образом в особо жестких условиях эксплуатации.
Исследованы общие свойства керамических материалов на основе различных высокоогнеупорных оксидов (табл. 8.2), а также температурная зависимость термического коэффициента длины (табл. 8.3).
