K kategorija: Građevinski materijali

Glavne vrste keramičkih materijala i proizvoda

Keramikom se nazivaju umjetni kameni materijali izrađeni od prirodnih glina s mineralnim i organskim dodacima kalupljenjem, sušenjem i naknadnim pečenjem. Proizvodnja keramičkih materijala jedna je od najstarijih i najrasprostranjenijih, nastala je nekoliko milenijuma prije Krista. e.

Pozitivna svojstva keramičkih materijala su visoka čvrstoća, izdržljivost, visoka toplinska svojstva, lakoća proizvodnje, kao i široka distribucija sirovina za njihovu proizvodnju. Negativna svojstva uključuju njihovu krhkost, relativno veliku nasipnu gustinu i neindustrijski karakter zbog male veličine komadnih keramičkih materijala.

Klasifikacija keramičkih materijala i proizvoda. Klasifikacija se zasniva na namjeni, strukturi pečenog materijala i kvalitetu sirovine. Prema namjeni, keramički materijali i proizvodi se dijele na zidne (cigla, šuplji kamen); krovovi (crjepovi); toplinska izolacija (ekspandirana glina, agloporit); oblaganje (pločice, cigle, kamenje); cijevi (kanalizacija, drenaža); sanitarni i tehnički (umivaonici, lavaboi, itd.); za podove (pločice); cesta (klinker); vatrostalni proizvodi i proizvodi otporni na kiseline.

Prema strukturi krhotine nastale nakon pečenja, svi keramički građevinski materijali se dijele na porozne i guste. Porozne materijale karakterizira apsorpcija vode od 5% ili više, guste - manje od 5%.

Keramički proizvodi mogu biti glazirani i neglazirani. Glazure daju proizvodima otpornost na vanjske utjecaje, vodootpornost i visoke dekorativne kvalitete.Prema kvalitetu sirovina, keramički materijali i proizvodi se dijele na grube, tanke i vatrostalne.

sirovine. Glavna sirovina za proizvodnju keramičkih materijala i proizvoda su gline. zavisno od cigle. Šuplja opeka od plastičnog prešanja (GOST 6316-74) u tom pogledu ima prednosti u odnosu na običnu ciglu, jer prisustvo šupljina povećava njena svojstva toplinske izolacije. Prema zapreminskoj masi, cigla je podijeljena u dvije klase: A - težine ne više od 1300 kg / m3 i B - 1300-1450 kg / m3.

Cigla od tripolisa i dijatomita proizvodi se plastičnim i polusuhim presovanjem. Ovisno o nasipnoj gustoći, dijeli se u tri klase: A - 700-1000 kg / m3, B - 1000-1300 kg / m3, C - više od 1300 kg / m3.

Rice. 1. Šuplje keramičko kamenje a - dvostruka visina; b - uvećana cijela i polovina

Opeka od šljake se proizvodi polusuhim presovanjem sa nasipnom gustinom od 1400 kg/m3.

Keramički šuplji kamenčići od plastičnog kalupa (slika 1) proizvode se u veličini 250 X 120 X 138 mm i uvećanom - 250 X 250 X 138 mm (GOST 6316-74). Kamenje A ima bruto nasipnu težinu ne veću od 1350 kg/m3, kamenje B - do 1450 kg/m3. Prema čvrstoći na pritisak, keramičko kamenje se dijeli na četiri razreda: 75, 100, 125 i 150. Ebdoapsorpcija treba da bude najmanje 6%; otpornost na mraz - ne manje od 15 ciklusa.

Crep je keramički materijal koji se dobija od niskotopljivih glina presovanjem sirovine, sušenjem i naknadnim pečenjem. Trenutno, fabrike keramike proizvode pločice: žigosane žljebove, žljebljene trake, ravne trake i sljemena. Popločavanje je izdržljiv i kvalitetan materijal, ali se zbog velike zapreminske težine i krhkosti danas relativno rijetko koristi i to uglavnom samo za krovove jednokatnih stambenih i poljoprivrednih zgrada.

Toplotnoizolacijski keramički materijali. Takvi materijali uključuju: ekspandiranu glinu, aglotarit, dijatomit, tripoli, ekspandirani perlit.

Ekspandirana glina je lagani porozan materijal u obliku šljunka, rjeđe u obliku lomljenog kamena, koji se dobija pečenjem niskotopljivih glinenih stijena koje mogu nabubriti na temperaturi od 1050-1300 °C. Ekspandirana glina se peče u rotirajućim pećima prečnika 1,2-2,5 m i dužine 12-40 m. Kvalitet ekspandiranog šljunka karakteriše veličina zrna, nasipna gustina i čvrstoća. Prema veličini zrna ekspandirani glineni šljunak se dijeli na frakcije: 5-10, 10-20 i 20-40 mm, zrna manja od 5 mm klasificiraju se kao ekspandirani glineni pijesak. Ovisno o nasipnoj gustoći (kg / m3), ekspandirani glineni šljunak se dijeli na razrede: 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800.

Agloporit je umjetni porozni grudasti materijal. Dobiva se sinterovanjem (aglomeracijom) granula iz mješavine glinenih sirovina sa ugljem.

Istovremeno sa sagorevanjem uglja dolazi do delimičnog bubrenja celokupne mase. Porozni lagani blok agloporita se drobi u drobljeni kamen. Agloporit lomljeni kamen ima nasipnu gustinu od 300 do 1000 kg/m3 i čvrstoću od 0,3 do 3 MPa.

Dijatomejski i dijatomejski toplotnoizolacijski materijali dobivaju se od istoimenih sirovina konvencionalnom tehnologijom u obliku cigli, blokova, školjki i segmenata nasipne gustoće od 100-735 kg/m3.

Ekspandirani perlit se dobija termičkom obradom vodene vulkanske lave. Koristi se u obliku pijeska i šljunka. Zapreminska gustina perlitnog pijeska je 100-200 kg/m3, perlitnog drobljenog kamena je 300-500 kg/m3.

Keramikom se nazivaju umjetni kameni materijali izrađeni od prirodnih glina s mineralnim i organskim dodacima oblikovanjem, sušenjem i naknadnim pečenjem.

Pozitivna svojstva keramičkih materijala su visoka čvrstoća, izdržljivost, visoka toplinska svojstva, jednostavnost proizvodnje. Negativna svojstva uključuju njihovu krhkost, relativno veliku nasipnu gustinu i nesamostalnost zbog male veličine komadnih keramičkih materijala.

Klasifikacija keramičkih proizvoda zasniva se na: namjeni, strukturi pečenog materijala i kvaliteti sirovine. Prema namjeni, keramički proizvodi se dijele na osnovne (cigla damast), krovne (crepove), toplinsko izolacijske (ekspandirana glina, agloporit), oblaganje (pločice, cigla), cijevi (kanalizacija, drenaža), sanitarne (umivaonici, lavaboi) , za podove (pločice), puteve (klinker), vatrostalne i kiselootporne proizvode.

Prema strukturi formiranoj nakon pečenja, svi keramički građevinski materijali se dijele na porozne i guste. Porozne materijale karakterizira povrat vode od 5% ili više, guste - manje od 5%.

Keramički proizvodi mogu biti glazirani i neglazirani. Glazure daju proizvodima otpornost na vanjske utjecaje, vodootpornost i visoke dekorativne kvalitete. Prema kvaliteti sirovina, keramički materijali i proizvodi se dijele na grube, tanke, vatrostalne.

Glavna sirovina za proizvodnju keramičkih materijala i proizvoda je glina. U zavisnosti od sadržaja glinenih čestica, prirodne gline se dijele na teške, koje sadrže više od 60% čestica gline, vlastite gline - 30-60%, ilovače - 10-30% i pješčane - 5-10%.

Prema plastičnosti, gline su visoko plastične (masne), srednje plastične i niskoplastične (mršave); u pogledu otpornosti na vatru - vatrostalni sa tačkom omekšavanja iznad 1500°C, vatrostalni - 1350-1580°C i topljivi sa tačkom omekšavanja ispod 1350°C. Vatrootporne gline, porcelan i fajansa proizvodi se od vatrostalne gline, pod pločice, kanalizacijske cijevi i druge vrste građevinske keramike, od topljive - cigle i crijepa.

Kako bi se smanjilo skupljanje gline, eliminiralo pukotine i savijanje proizvoda, u sastav glinene sirove mješavine uvode se aditivi za obogaćivanje (pijesak, šljaka, pepeo), a dodaju se aditivi za stvaranje pora (piljevina, treset). smanjiti zapreminsku težinu proizvoda (piljevina, treset), koji izgaraju tokom procesa pečenja.

Za građevinarstvo industrija proizvodi veliki broj keramičkih materijala, a ovisno o namjeni, mogu se podijeliti na zidne, krovne, termoizolacijske, obložne, keramičke cijevi, sanitarne, kiselootporne i vatrostalne.

Zidni materijali. To uključuje glinenu ciglu, običnu plastiku i polusuvo presovanje, građevinsku laku, šuplju, poroznu šuplju; šuplje kamenje od plastičnog presovanja.

Građevinska cigla je proizvod čije dimenzije i težina omogućavaju polaganje u konstrukcije jednom rukom. Dimenzije opeke: jednostruka - 250 × 120 mm, modularna (debljana) - 250X120X88 mm. Da bi se smanjila masa, cigle se proizvode sa prolaznim i neprolaznim tehnološkim šupljinama.

Cigla od šljake proizvodi se polusuhim presovanjem.

Keramičko šuplje kamenje plastične formacije proizvodi se u veličini 250X120X138 mm i uvećanom 250X250X138 mm. Prema čvrstoći na pritisak, keramičko kamenje se dijeli u četiri razreda: 75, 100, 125, 150.

Krovni materijali.

Crep - keramički materijal koji se dobija od gline niskog taljenja presovanjem sirovina, sušenjem i naknadnim pečenjem.

Ekspandirana glina je lagani porozan materijal u obliku šljunka, rjeđe u obliku lomljenog kamena, koji se dobiva pečenjem niskotopljivih glinenih stijena. Ovisno o nasipnoj gustoći, ekspandirani glineni šljunak se dijeli na razrede: 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800.

Agloporit je umjetni porozni grudasti materijal. Dobiva se sinterovanjem granula iz mješavine glinenih sirovina sa ugljem. Istovremeno sa sagorevanjem uglja dolazi do delimičnog bubrenja celokupne mase. Porozni lagani blok agloporita se drobi u drobljeni kamen.

Termoizolacioni materijali. Toploizolacioni materijali dijatomita i dijatomejske zemlje proizvode se od iste sirovine konvencionalnom tehnologijom u obliku cigli, blokova školjki i segmenata nasipne gustine 100-735 kg/m3.

Proširena dozvola se dobija termičkom obradom vodene i vulkanske lave. Koristi se u obliku pijeska i šljunka.

Blokovi od opeke i keramičkog kamena su industrijski proizvodi zadanih dimenzija, u kojima se pojedinačne cigle ili keramički kamenčići cementiraju u monolit cementnim malterom za peći. Za proizvodnju velikih blokova koriste se glinene cigle, keramički šuplji kameni, cigle iz tripolisa i dijatomita.

Materijali za oblaganje. Prednja cigla i kamen se koriste za oblaganje fasada zgrada. Od toga se vanjski dio zida izvodi do dubine od 12 cm.Dimenzije opeke su 250X120XX65 mm, kamena 250×120×140 i 180X120X140 mm. Face cigle i kamenje se proizvode pune i šuplje pravokutnog oblika.

Po snazi ​​su podijeljeni u četiri razreda: 75, 100, 125, 150.

Keramičke pločice su fasadne, tepisone, obložne, za oblaganje unutrašnjih površina zidova, za podove.

Fasadne keramičke pločice se proizvode polusuvim presovanjem sa glaziranim i neglaziranim površinama. Dimenzije pločica, mm: 250X140, 140X120, 120×65, 68X68. Debljina 7-10 mm.

Tepih pločice se proizvode polusuvim presovanjem sa glaziranim i neglaziranim površinama u raznim bojama. Pločice se ukucavaju u "mat", zalijepite njihovu prednju površinu na papir. Pločice su 48X48 i 22×22 mm debljine 4 mm.

Keramičke pločice za oblaganje unutrašnjih površina zidova proizvode se u dvije vrste: glazirane (fajansa) i tepih-mozaik.

Glazirane pločice izrađuju se polusuhim presovanjem od vatrostalne gline uz dodatak kvarcnog pijeska i fluksa. Nakon sušenja, pločice se glaziraju i peče. Pločice dolaze u različitim bojama i oblicima - kvadratne i pravokutne. Dimenzije pločica su 150×150, 150×100, 150×75 mm debljine 4-6 mm.

Tepih-mozaik pločice se izrađuju livenjem dimenzija 50×150, 25×100 mm. Mogu imati prednju površinu raznih boja i tekstura.

Keramičke podne pločice izrađuju se presovanjem i daljim pečenjem pre sinterovanja. Oblik se proizvodi kvadratne, pravougaone, šestougaone i druge pločice. Dužina lica je od 50 do 100 mm, debljina od 10 do 13 mm. Po izgledu prednje površine pločice su glatke, hrapave, šine.

- Glavne vrste keramičkih materijala i proizvoda

Prema sastavu i svojstvima, keramički proizvodi se dijele na vrste, vrste i sorte.

Određuje se vrsta keramike

sastav i odnos pojedinih faza

Njihova obrada, posebno finoća mljevenja,

sastav glazure,

temperatura i vrijeme pečenja.

Sastav masa svih vrsta keramike uključuje plastične glinene tvari (glina, kaolin), materijale za razrjeđivanje (kvarc, kvarcni pijesak), poplavne ravnice (feldspat, pegmatit, perlit, koštani pepeo itd.) Prilikom pečenja oblikovanih proizvoda kao rezultat složenih fizičkih i hemijskih transformacija i interakcija komponenti masa i glazura, formira se njihova struktura.

Prema prirodi strukture, keramika se dijeli na grubu i finu.

Proizvodi od grube keramike (grnčarija, cigla, crijep) imaju poroznu krupnozrnu krhotinu nehomogene strukture, obojenu prirodnim nečistoćama u žućkasto-smeđe boje.

Finokeramičke proizvode odlikuju sitnozrnati bijeli ili svijetli, sinterirani ili fino porozni komadići homogene strukture.

Prema stepenu sinterovanja (gustine) krhotine, razlikuju se keramički proizvodi:

Gusti, sinterovani sa upijanjem vode manje od 5% - porculan, proizvodi od finog kamena, poluporculan;

Porozna sa upijanjem vode više od 5% - fajanca, majolika, keramika.

U zavisnosti od strukture, postoje:

Grubi ima poroznu, krupnozrnu krhotinu u lomu heterogene strukture, obojena prirodnim primesama u žućkasto-smeđe boje (poroznost 5-30%) - keramika - keramika, cigla, crijep. Gruba keramika uključuje mnoge građevinske keramičke materijale, poput opeke za oblaganje.

Fina keramika se odlikuje sitnozrnatim bijelim ili svijetlim, sinteriranim staklastim ili fino poroznim krhotinama homogene strukture (poroznost<5%) - фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика, керметы.

Posebnu grupu čini takozvana visokoporozna keramika (poroznost 30-90%), u koju najčešće spadaju toplotnoizolacioni keramički materijali.

Svojstva keramičkih proizvoda ovise kako o sastavu upotrijebljenih masa tako i o tehnološkim karakteristikama njihove proizvodnje.

Keramika je potrebna tamo gdje je potrebna visoka otpornost na vanjske utjecaje: visoke temperature, abraziju, agresivne medije itd.

Nepromjenjivost strukture i svojstava osiguravaju jake kemijske veze.

Zbog jedinstvenosti svojih svojstava, keramika je dobila zasluženo priznanje u raznim granama tehnike.

Fizička i mehanička svojstva keramika je određena prirodom hemijske veze i kristalnom strukturom.

U zavisnosti od namjene keramike, dobijanje navedenih svojstava proizvoda postiže se odabirom sirovina i aditiva i tehnoloških karakteristika.

Glavna svojstva uključuju gustinu, mehaničku čvrstoću, tvrdoću, poroznost, termičku stabilnost, hemijsku otpornost, bjelinu, prozirnost, brzinu širenja zvučnog talasa.

Keramiku karakterizira visoka tvrdoća, krutost, relativno visoka tlačna čvrstoća i nedostatak duktilnosti.

Tvrdoća. Čak i porozna grnčarska glina grebe staklo, jer. sadrži čestice kvarca (prema Mohsu 7) Tehnička keramika sadrži aluminijum oksid (prema Mohsu 9) - safir, rubin. Ovo svojstvo se najpotpunije koristi kod abrazivnih keramičkih materijala - silicijum karbida, aluminijum oksida, bora i ugljen nitrida - tvrdih i supertvrdih materijala.

Mehanička čvrstoća- jedno od najvažnijih svojstava o kojima ovisi trajnost proizvoda. Ima prilično visoku čvrstoću. Čvrstoća u velikoj mjeri ovisi o poroznosti keramike. glineni lonac, porculanska čaša tankih stijenki... Specifična mehanička čvrstoća, odnosno odnos primijenjene sile prema jedinici debljine dna, određuje se metodom slobodnog pada čelične kugle po dnu proizvoda. U fajansi je veći nego u porculanu. Udarna čvrstoća metode klatna je, naprotiv, manja za zemljano posuđe nego za porculan.

Dobro podnosi tlačna naprezanja, lošija od savijanja i vrlo loša vlačna naprezanja (35-350 MPa, obična cigla 5 MPa, klavirska čelična žica 3100 MPa, koža 40 MPa, ljudska kosa 190 MPa). Prilikom projektovanja oblika proizvoda, oblik se izračunava tako da sile koje nastaju tokom rada dovode do napona pritiska ili savijanja (slika).

Gustina b zavisi od sastava i poroznosti porculana je 2,25-2,4 g/cm³, a fajansa - 1,92-1,96 g/cm³.

Poroznost određena metodom upijanja vode, koja je 0,01-0,2% za porculan, a 9-12% za fajansu.

Otpornost na vatru - otpornost na visoke temperature Potreban u pećima i postrojenjima za topljenje metala. T 1000-3000. Pri T većem od 1000, jači je od bilo koje legure. Zavisi od sastava, tj. na tački topljenja njegovih glavnih komponenti. Nisu svi keramički materijali vatrostalni, sva građevinska keramika, keramika za domaćinstvo - niske radne temperature. Vatra će izdržati, ali glazurni premaz će biti prekriven cementom.

Vatrostalnost je svojstvo keramičkih materijala i proizvoda da izdrže visoke temperature bez topljenja. Pokazatelj (kvantitativna mjera) vatrostalnosti je temperatura na kojoj se uzorak datog materijala, koji ima oblik trodjelne krnje piramide (konvencionalno nazvan "konus"), deformiše pod utjecajem vlastite gravitacije, dok dodirujući keramički nosač svojim vrhom.

Otpornost na toplotu karakterizira sposobnost proizvoda da izdrži nagle promjene temperature. Za glazirane pločice = 125-150 C, što znači mogućnost oštrog pada sa ove temperature na 20 C bez pucanja.

Materijali otporni na toplinu moraju imati nizak temperaturni koeficijent. lin. ekst., visoka toplotna provodljivost i čvrstoća krzna.

Najotpornija je kvarcna keramika, keramika na bazi kordierita, spodumena.

Porculan i kamena keramika su najotporniji na toplinu od umjetničke keramike - izrađuju čajnike i šolje. Toplinska otpornost porculanskih proizvoda veća je od one od zemljanog posuđa. Dakle, u skladu sa važećim GOST-ovima 28390-89 i 28391-89, otpornost na toplinu porculanskih proizvoda trebala bi biti 185 ° C, fajansa - od 125 ° C (za bezbojne glazure) i 115 ° C (za obojene glazure).

Hemijske veze u keramici su veoma jake, pa se keramika odlikuje i visokim tačkama topljenja i hemijskom otpornošću.

Keramika tpl., °C

Titanijum karbid TiC 3120

Titanijum borid TiB2 2980

WC od volfram karbida ~2850

Aluminijum oksid Al2O3 2050

Krom oksid Cr2O3 1990

Torsterit 2MgO SiO2 1830

Mulit 3Al2O3 2SiO2 1810

Silicijum oksid (kristobalit) 1715

Titanijum oksid TiO2 1605

Nedostatak slobodnih elektrona razlog je zašto je keramika loš provodnik struje i toplote. Stoga se keramika široko koristi u elektrotehnici kao dielektrici.

Potrebe vakuumske tehnologije u keramici povezane su prvenstveno s njenim visokim dielektričnim svojstvima, visokom hemijskom otpornošću (uključujući i visoke temperature) i otpornošću na visoke temperature.

nedostatak higroskopnosti kod većine materijala,

dobra električna (piezoelektrična, feroelektrična)

i magnetne karakteristike sa dovoljnom mehaničkom čvrstoćom, stabilnošću performansi i pouzdanošću,

otpornost na visokoenergetska zračenja i upotreba prilično jeftinih i lako dostupnih sirovina omogućili su njihovu široku primjenu u raznim oblastima.

Higroskopnost - keramika je ekološki proizvod i ima kapilarnu strukturu koja omogućava zidu da "diše". Zid od takvog materijala obavlja funkciju prirodnog klima uređaja: upija vlagu kada je ima u višku, a odaje je u nedostatku, održavajući zdravu ravnotežu temperature i vlažnosti u dnevnoj sobi. Površina zida ostaje suha u bilo koje doba godine, što zauzvrat sprječava nastanak gljivica i plijesni.
U Evropi je keramički blok dobro poznat i omiljen. Danas je više od polovine objekata izgrađeno od ovog materijala. Sada je ovaj materijal došao na rusko tržište i samouvjereno nastavlja svoje osvajanje zbog svojih neospornih prednosti.

Estetska svojstva Keramičke materijale je teško jednoznačno okarakterizirati, jer su kompozicije, teksture površine i metode ukrašavanja previše različite.

Za keramiku i terakotu, tekstura površine i topli tonovi prirodnih prirodnih boja igraju važnu ulogu. boja terakote.

Dekorativnost majolike, fajanse, porculana povezana je prvenstveno sa glazurom i slikanjem. Fajansa - opipljiva debljina, hrapavost oblika, porculanska elegantna hladnoća, prozirnost.

Ocjenjujući estetska svojstva keramičkih proizvoda, može se naglasiti njihova plastičnost i prirodnost oblika, raznolikost tekstura i boja, odnosno visoke dekorativne mogućnosti.

Keramika je jedan od ekološki najprihvatljivijih materijala.

Bjelina je sposobnost materijala da reflektira svjetlost koja pada na njega. Bijela je posebno važna za porculanske proizvode. Bjelina se određuje vizualno poređenjem uzorka za ispitivanje sa standardom ili pomoću električnog fotometra, kao i na "Specol".

Brzina širenja zvučni valovi za porculanske proizvode su 3-4 puta veći nego za zemljano posuđe, stoga, kada se drveni štap udari po rubu, porculanski proizvodi daju visok zvuk, a zemljani - gluh.

Translucency karakteristično za porculan, koji se sjaji sa velikom debljinom proizvoda, jer ima sinterovanu krhotinu. Proizvodi od fajanse ne sijaju zbog porozne krhotine.

Tvrdoća sloja glazure mineraloška skala za porculan je 6,5-7,5, a za fajancu - 5,5-6,5, mikrotvrdoća se određuje uvlačenjem dijamantske piramide. Porcelanske glazure se smatraju tvrdim, majoličke glazure su mekane, a fajansa srednje.

Hemijska postojanost glazura i keramičkih boja koje se koriste za proizvode od porculana i fajanse u domaćinstvu trebala bi biti visoka, jer se ne smiju uništiti kada se tretiraju slabim kiselinama i alkalijama na uobičajenim temperaturama ili kada se zagrijavaju na 60-65 ° C.

boja "uživo" glina” je varljiva. Kada se osuši na zraku, samo malo posvijetli. Ali kada se peče, većina gline dramatično mijenja boju: zelena postaje ružičasta, smeđa - crvena, plava i crna - bijela. Na primjer, majstori iz sela Fnlimonovo kod Tule svoje poznate igračke vajaju od crne i plave gline, koja nakon pečenja postaje bijela, blago kremasta. Ovdje u peći, tokom pečenja, sve organske čestice sagorevaju, što joj daje „živu“ crnu boju. Samo bijela glina ostaje bijela i nakon pečenja.

) i njihove mješavine sa mineralnim dodacima, proizvedene pod utjecajem visoke temperature uz naknadno hlađenje.

U užem smislu, riječ keramika se odnosi na glinu koja je pečena. Međutim, moderna upotreba izraza proširuje njegovo značenje i uključuje sve neorganske nemetalne materijale. Keramički materijali mogu imati prozirnu ili djelomično prozirnu strukturu, mogu biti od stakla (vidi staklokeramika). Najranija keramika se koristila kao keramika od gline ili njene mješavine s drugim materijalima. Trenutno se keramika koristi kao industrijski materijal (mašinogradnja, izrada instrumenata, avijacija itd.), kao građevinski materijal, kao umjetnički materijal, kao materijal koji se široko koristi u medicini i nauci. U 20. stoljeću stvoreni su novi keramički materijali za upotrebu u industriji poluvodiča i drugim poljima.

Reč "keramika" takođe dolazi od indoevropskog Kerry, što znači toplota. Gdje se "keramika" može koristiti kao pridjev koji opisuje materijal, proizvod ili proces; ili kao samo imenica u množini "keramika".

Priča

Istorijski gledano, keramički proizvodi su bili tvrdi, porozni i lomljivi. Proučavanje keramike dovodi do razvoja sve više i više novih metoda za rješavanje ovih problema, fokusirajući se na snagu materijala, kao i na njihovu neobičnu upotrebu.

Keramika je poznata od davnina i možda je prvi materijal koji je stvorio čovjek. Pojava keramike pripisuje se epohi mezolita i neolita. Različite vrste keramike su terakota, majolika, fajansa, keramika, porcelan, staklokeramika.

Na osnovu porijekla riječi keramika podrazumijevamo proizvode za koje glina (u slučaju kaolina), pomiješana sa feldspatom, kvarcom ili vapnom, služi kao glavna sirovina. Ove sirovine se miješaju i prerađuju u masu koja se oblikuje slobodnom rukom ili gramofonom, a zatim peče.

Odvojeni tipovi keramike su se postepeno formirali kako su se proizvodni procesi unaprjeđivali, a razlikovali su se u zavisnosti od obrazovnih svojstava krhotine i užarene topline. Većina njih se i danas čuva. Najstarija vrsta je običan grnčarski proizvod sa zemljanim, obojenim i poroznim krhotinom. Riječ je o tipičnoj kućnoj keramici ili proizvodima koji su oplemenjeni na različite načine - štancanje i graviranje (na primjer, Bucchero nero), tanki obložni sloj (grčka keramika i rimska Terra - sigillata), obojena glazura („Hafnerkeramika“ renesanse). U početku se keramika lijevala ručno. Pronalazak grnčarskog točka u trećem milenijumu pre nove ere bio je veliki napredak, koji je omogućio izradu keramike sa tanjim zidovima.

Do kraja 16. veka keramika je prešla u Evropu majolika. Posjedujući poroznu krhotinu željeza i vapna, ali u isto vrijeme bijelu fajans masu ili crijepnu glinu, prekrivena je s dvije glazure: neprozirnom koja sadrži lim i prozirnom sjajnom olovnom glazurom. Majolika dolazi iz transalpskih zemalja i naziva se fajansa. Dekor je slikan na majolici na mokroj glazuri prije pečenja proizvoda na temperaturi od oko 1000°C. Boje za farbanje su uzete istog hemijskog sastava kao i glazura, međutim, njihov bitan deo su bili metalni oksidi koji su mogli da izdrže visoke temperature (tzv. vatrostalne boje - plave, zelene, žute i ljubičaste). Počevši od 18. stoljeća počele su se koristiti takozvane muffle boje koje su se nanosile na već pečenu glazuru. Uz njihovu pomoć, posebno na porculanu, postižu se visoki rezultati.

U 16. veku se u Nemačkoj proširila proizvodnja kamenog posuđa. Bijela (na primjer, u Siegburgu) ili obojena (na primjer, u Rerenu), vrlo gusta krhotina sastoji se od gline pomiješane s feldspatom i drugim tvarima. Pečen na temperaturi od 1200-1280°C, kamen je vrlo tvrd i praktično neporozan. U Holandiji su je, po uzoru na kinesku keramiku, počeli proizvoditi u crvenoj boji, a ista karakteristika nalazi se i u Bötgerovoj keramici.

Keramiku je također proizvodio Wedgwood u Engleskoj. Fina fajansa kao posebna vrsta keramike nastala je u Engleskoj u prvoj polovini 18. veka sa belom poroznom krhotinom prekrivenom belom glazurom. U zavisnosti od čvrstoće krhotine, deli se na meku tanku fajansu sa visokim sadržajem kreča, srednju fajansu sa manjim sadržajem kreča i tvrdu fajansu bez kreča. Ova posljednja po sastavu i snazi ​​krhotina često podsjeća na kamenu ili porcelan.

U građevinarstvu se široko koristi cement - jedna od vrsta keramike, čija je sirovina glina i krečnjak pomiješan s vodom.

Istorija pojave keramike u Rusiji

Keramika u Rusiji

Keramika je poznata od davnina i možda je prvi materijal koji je stvorio čovjek. U oblasti keramike, Rusija dostojno zauzima vodeću poziciju u svijetu, unatoč činjenici da se u međunarodnoj literaturi pitanje porijekla porculanske i keramičke proizvodnje često umanjuje. Na primjeru pojave crne keramike, arheološki je dokazano da je već u 3. milenijumu pr. e. crna glačana keramika korištena je u ritualne i ceremonijalne svrhe. Značajnu štetu razvoju keramike u Rusiji nanijela je samo jedna mongolo-tatarska invazija, koja je uništila mnoga dostignuća ruskih grnčara 9.-12. stoljeća. Na primjer, nestale su amfore s dvije drške i okomite svjetiljke, ornament, umjetnost emajla s kloasoneom i glazura su postali jednostavniji (najjednostavniji, žuti, opstao je samo u Novgorodu).

Tek u 15. veku se nastavlja razvoj keramike u Rusiji. U Rusiji iu današnje vrijeme, posebno u ruralnim područjima, svaka keramička posuda je nezamjenjiva. Hrana u keramičkim posudama je najmirisnija i dugotrajnija.

Proizvodnja keramičkog posuđa na grnčarskom kolu bila je i još uvijek je od posebnog interesa. Takozvani kvas (posude za kiselu čorbu od kupusa, kašu, pivo, kvasac ili voćni kvas) pojavio se u Moskvi u 19. veku.

Prozirna keramika

Istorijski gledano, keramički materijali su neprozirni zbog svojih strukturnih karakteristika. Međutim, sinterovanje čestica nanometarske veličine omogućilo je stvaranje prozirnih keramičkih materijala sa svojstvima (opseg valnih duljina radnog zračenja, disperzija, indeks loma) izvan standardnog raspona vrijednosti za optička stakla.

vidi takođe

• oparena keramika

Linkovi

Wikimedia fondacija. 2010 .

• Keramin-Minsk
• Kerar

Pogledajte šta su "keramički materijali" u drugim rječnicima:

Keramički materijali- nemetalni materijali od vatrostalnih neorganskih jedinjenja dobijenih sinterovanjem, plazma-hemijskim i drugim metodama. K. m. imaju visoku temperaturnu otpornost, otpornost na toplinu, tvrdoću, električnu izolaciju i druge vrijedne ... ... Enciklopedija tehnologije

keramičkih materijala Enciklopedija "Vazduhoplovstvo"

keramičkih materijala- keramički materijali nemetalni materijali od vatrostalnih neorganskih jedinjenja dobijenih sinterovanjem, plazma-hemijskim i drugim metodama. K. m. imaju visoku temperaturnu otpornost, otpornost na toplotu, tvrdoću, ... ... Enciklopedija "Vazduhoplovstvo"

Prozirni keramički materijali- Glavni članak: Optički materijali Talasovod na bazi prozirne keramike Prozirni keramički materijali materijali koji su providni za elektromagnetne ... Wikipedia

Abrazivni keramički materijali- (abrazivi) - materije povećane tvrdoće, koje se koriste u masivnom ili usitnjenom stanju za mehaničku obradu (brušenje, sečenje, abraziju, oštrenje, poliranje, itd.) drugih materijala. Prirodni abrazivni materijali - ... ...

Super tvrdi keramički materijali- - kompozitni keramički materijali dobijeni uvođenjem raznih legirajućih aditiva i punila u originalni bor nitrid. Strukturu takvih materijala čine čvrsto vezani sićušni kristaliti i stoga su ... ... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

Keramičke pločice i ploče- - proizvodi tankih zidova od keramičke mase i/ili drugih neorganskih materijala. Napomena 1. Keramičke pločice i ploče se uglavnom koriste za podove i zidne obloge. Po pravilu se formiraju na ... ... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

Građevinski materijali, keramika- - dobiveno u procesu tehnološke obrade mineralnih sirovina (uglavnom gline), sposobne da formiraju plastično tijesto kada se miješaju s vodom, koje u osušenom stanju ima malu čvrstoću, a nakon pečenja dobiva ... ... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

Keramički proizvodi za oblaganje- – proizvode se glazirane i neglazirane. To uključuje obložene cigle i pločice za oblaganje tepiha. Opeka i keramički kamen za oblaganje imaju stepen čvrstoće 75,100,125,150; upijanje vode 6…14%. [Pojmovnik građevinskih materijala i ... ... Enciklopedija pojmova, definicija i objašnjenja građevinskih materijala

Keramički materijali su uzrokovani širokom primjenom u različitim područjima ljudske djelatnosti.

Keramika je temelj medicinske tehnologije. Dijelovi napravljeni od keramičkih materijala ključne su komponente pojačivača rendgenske slike i izvora rendgenskih zraka. Pojačivači rendgenskih zraka su srce CT skenera. Omogućava liječnicima da s povjerenjem postave ispravnu dijagnozu, a minimiziraju izloženost pacijenata.

Svojstva koja posjeduju keramički elementi pod opterećenjem savijanjem čine ih nezamjenjivim komponentama mjernih sistema u zrakoplovnoj i svemirskoj tehnici. Nagle promene pritiska su glavno testno opterećenje za svaki avion. Senzorske membrane od keramičkih materijala prepoznaju kritične vrijednosti, prenose alarme i pouzdana su zaštita za sigurnost posade i putnika. Visoka rezolucija snimljenog signala postiže se zbog otklona ultra tanke senzorske membrane.

Keramika se koristi u vakuum komorama za akceleratore čestica, a garantuje precizan i kvalitetan rad zahvaljujući stabilnosti geometrijskog oblika, u kombinaciji sa visokim električnim izolacionim svojstvima. Uređaji za fokusiranje u elektronskim mikroskopima izrađuju se s preciznošću od nekoliko mikrona. Samo sa takvom preciznošću moguće je pod mikroskopom, sa visokom rezolucijom i visokom jasnoćom, sprovesti studije različitih lekova iz oblasti nauke i tehnologije.

U postrojenjima za proizvodnju fotonaponskih ćelija i poluvodiča koriste se posebni procesi koji se odvijaju isključivo u uvjetima visokog vakuuma. Materijali kao što su staklo i porcelan sa sopstvenim svojstvima, u ovim ekstremnim uslovima, prevazilaze njihove mogućnosti. Električne čahure i izolacijske cijevi od keramike pomažu u implementaciji širokog spektra procesa.

Prilikom tehnološke obrade štamparske folije i papira susreće se tehnička keramika. Prije svega, to su vodilice izrađene od keramičkih materijala, uz pomoć kojih se postiže vrlo velika brzina kretanja filma i papira zbog površine tla, kao i male tolerancije geometrijskih dimenzija i pozicioniranja. Koristeći keramičke dijelove, moguće je obraditi i abrazivne, pa čak i mehanički osjetljive vrste filma. Velike brzine putovanja u kombinaciji s visokim kvalitetom čine upotrebu tehničke keramike u digitalnoj štampi neizostavnom.

U proizvodnji staklokeramike. Njegova temperaturna otpornost je do 1950°C. Zahvaljujući upotrebi keramike, postiže se visoka tačnost mjerenja temperature u topljenju stakla iu proizvodnji staklokeramike. Keramika je hemijski inertan materijal, čime je u potpunosti osigurana tehnološka sigurnost u preradi svih hemijskih materijala.

U slučaju nestanka struje iz mreže ili u autonomnim sistemima, keramičke gorivne ćelije obezbjeđuju struju. Izolacija pojedinačnih površina gorivne ćelije jedna od druge i osiguravanje razmaka između njih provodi se pomoću keramičkih okvira.

U proizvodnji električnih svjetiljki otpornost na toplinu igra odlučujuću ulogu. Zbog svoje visoke otpornosti na koroziju, stezne glave i valjci za formiranje od keramičkog materijala garantuju konstantno visoku preciznost.

Igle za zavarivanje od keramike obezbeđuju visoku tačnost relativnog pozicioniranja delova karoserije automobila koji se zavaruju. Upotreba keramičkih kalupa za izvlačenje čini nepotrebnom skupu preradu dijelova nakon procesa deformacije metala.

Keramički proizvodi ugrađeni u opremu za hemijsku industriju značajno smanjuju gubitke zbog curenja tečnih materijala. Dok je keramički zaštitni ekran u magnetnoj spojnici odgovoran za osiguravanje visoke nepropusnosti kemijske pumpe, svojstva protiv trenja keramičkih klipova visokotlačnih pumpi osiguravaju dug vijek trajanja elemenata koji osiguravaju nepropusnost.

Keramički alati u obradi tvrdih površina imaju neosporne prednosti. Trajnost ovih visokokvalitetnih alata posebno je poznata kod proizvođača visoko preciznih mehaničkih instrumenata i uređaja, na primjer u industriji satova, optičkoj i staklenoj industriji. Polikristalni sinterirani rubin (rubinski aglomerat) ima tvrdoću blisku dijamantu i može se koristiti za različite vrste površinske obrade dijelova.

Keramika ima izuzetnu raznolikost svojstava u odnosu na druge vrste materijala. Među vrstama keramike uvijek se mogu naći one koje uspješno zamjenjuju metale i polimere, dok je suprotno daleko od mogućeg u svim slučajevima. Upotreba keramike otvara mogućnost stvaranja materijala različitih svojstava unutar istog hemijskog sastava.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Uvod

Zaključak

Uvod

Keramika je treći materijal po upotrebi u industriji nakon metala i polimera. To je najkonkurentnija klasa materijala u poređenju sa metalima za upotrebu na visokim temperaturama. Velike perspektive otvaraju primjena transportnih motora sa dijelovima od keramike, keramičkih materijala za rezanje i optičke keramike za prijenos informacija. To će smanjiti potrošnju skupih i oskudnih metala: titanijuma i tantala u kondenzatorima, volframa i kobalta u reznim alatima, kobalta, hroma i nikla u toplotnim mašinama.

Glavni programeri i proizvođači keramičkih materijala su SAD i Japan.

Keramički materijali koji se koriste u inženjerstvu kao tehnička keramika ili visokokvalitetna keramika moraju ispunjavati najviše zahtjeve za svojstva materijala. Ova svojstva uključuju:

Konačna čvrstoća na savijanje;

Biološka kompatibilnost;

Otpornost na hemijske napade;

Gustina i krutost (Youngov modul);

Kompresivna snaga;

električna izolaciona svojstva;

dielektrična čvrstoća;

tvrdoća;

Otpornost na koroziju;

Pogodnost za prehrambene svrhe;

Piezoelektrična svojstva i dinamičke karakteristike;

Otpornost na toplinu;

Otporan na termičke udare i temperaturne fluktuacije;

Metalizacija (tehnologija vezivanja);

otpornost na habanje;

Koeficijent toplinske ekspanzije;

Toplinska izolacija;

Toplotna provodljivost;

Ova raznovrsna svojstva omogućavaju upotrebu tehničke keramike u različitim aplikacijama u automobilskoj industriji, elektronskoj industriji, medicinskoj tehnologiji, energetici i industrijskoj ekologiji, kao iu mašinstvu i proizvodnji opreme.

1. Tehnologija keramike i klasifikacija keramike

Keramička tehnologija predviđa sljedeće glavne faze: dobijanje početnih prahova, konsolidaciju praha, odnosno proizvodnju kompaktnih materijala, njihovu obradu i kontrolu proizvoda.

U proizvodnji visokokvalitetne keramike visoke strukturne uniformnosti koriste se prahovi sirovina veličine čestica do 1 μm. Brušenje se vrši mehaničkim putem uz pomoć sredstava za mlevenje, kao i prskanjem mlevenog materijala u tečnom stanju, taloženjem na hladne površine iz parno-gasne faze, vibro-kavitacionim dejstvom na čestice u tečnosti, korišćenjem samopropagirajuće visokotemperaturne sinteza i druge metode. Za ultra fino mljevenje (čestice manje od 1 mikrona) najviše obećavaju vibracioni mlinovi ili atritori.

Konsolidacija keramičkih materijala sastoji se od procesa kalupljenja i sinterovanja. Postoje sljedeće glavne grupe metoda oblikovanja:

1) Prešanje pod dejstvom pritiska pritiska, pri čemu dolazi do zbijanja praha usled smanjenja poroznosti;

2) plastično oblikovanje ekstruzijom šipki i cijevi kroz usnik (ekstruzija) kalupnih masa sa plastifikatorima koji povećavaju njihovu fluidnost;

3) Klizno lijevanje za proizvodnju proizvoda tankih stijenki bilo kojeg složenog oblika, u kojima se za oblikovanje koriste tekuće suspenzije praha.

U prijelazu sa prešanja na plastično prešanje i livenje kliznim lijevanjem povećavaju se mogućnosti za izradu proizvoda složenog oblika, ali se proces sušenja proizvoda i uklanjanja plastifikatora s keramičkog materijala usložnjava. Stoga se za proizvodnju proizvoda relativno jednostavnog oblika daje prednost prešanju, a složenijim - ekstruziji i kliznom lijevanju.

Prilikom sinterovanja pojedinačne čestice praha pretvaraju se u monolit i formiraju se konačna svojstva keramike. Proces sinterovanja je praćen smanjenjem poroznosti i skupljanjem.

U tabeli 1 prikazana je klasifikacija glavnih vrsta keramike.

Koriste se peći za sinterovanje pod atmosferskim pritiskom, postrojenja za toplo izostatičko presovanje (gasostatske prese), preše za vruće prešanje sa silom pritiska do 1500 kN. Temperatura sinterovanja, zavisno od sastava, može biti do 2000 - 2200°C.

Često se koriste kombinirane metode konsolidacije, kombinirajući oblikovanje sa sinteriranjem, a u nekim slučajevima i sintezu dobivenog spoja uz istovremeno oblikovanje i sinteriranje.

Obrada i kontrola keramike su glavne komponente u bilansu troškova keramičkih proizvoda. Prema nekim izvještajima, cijena sirovina i konsolidacije iznosi samo 11% (za metale 43%), dok prerada čini 38% (za metale 43%), a kontrola 51% (za metale 14%). Glavne metode obrade keramike uključuju toplinsku obradu i dimenzionalnu površinsku obradu. Termička obrada keramike se vrši u cilju kristalizacije intergranularne staklene faze. Istovremeno, tvrdoća i lomna žilavost materijala se povećavaju za 20-30%.

Većina keramičkih materijala se teško obrađuje. Stoga je glavni uslov za keramičku tehnologiju da se tokom konsolidacije dobiju praktično gotovi proizvodi. Za završnu obradu površina keramičkih proizvoda koriste se abrazivna obrada dijamantskim točkovima, elektrohemijska, ultrazvučna i laserska obrada. Upotreba zaštitnih premaza je efikasna, omogućavajući saniranje i najmanjih površinskih nedostataka - neravnina, rizika itd.

Za kontrolu keramičkih dijelova najčešće se koristi rendgenska i ultrazvučna detekcija grešaka.

Čvrstoća hemijskih međuatomskih veza, zbog kojih keramički materijali imaju visoku tvrdoću, hemijsku i termičku otpornost, istovremeno određuje njihov niski kapacitet plastične deformacije i sklonost krtom lomu. Većina keramičkih materijala ima nisku žilavost i duktilnost i, shodno tome, nisku žilavost loma. Žilavost loma kristalne keramike je oko 1 - 2 MPa/m 1/2, dok je za metale više od 40 MPa/m 1/2.

Postoje dva moguća pristupa povećanju otpornosti na lom keramičkih materijala. Jedna od njih je tradicionalna, povezana sa unapređenjem metoda mlevenja i pročišćavanja prahova, njihovog zbijanja i sinterovanja. Drugi pristup je inhibiranje rasta pukotina pod opterećenjem. Postoji nekoliko načina za rješavanje ovog problema. Jedna od njih temelji se na činjenici da se u nekim keramičkim materijalima, na primjer, u cirkonijum dioksidu ZrO 2 , kristalna struktura preuređuje pod pritiskom. Početna tetragonalna struktura ZrO 2 transformira se u monokliničku sa zapreminom većom za 3–5%. Šireći se, zrna ZrO 2 stisnu pukotinu i ona gubi sposobnost širenja (slika 1, a). U tom slučaju, otpornost na krto lomljenje raste na 15 MPa/m 1/2.

Slika 1 - Šema očvršćavanja strukturalne keramike sa inkluzijama ZrO 2 (a), vlaknima (b) i malim pukotinama (c): 1 - tetragonalni ZrO 2; 2 - monoklinički ZrO 2

tehnologija tehničke viskoznosti keramike

Druga metoda (slika 1, b) sastoji se u stvaranju kompozitnog materijala uvođenjem vlakana od jačeg keramičkog materijala, kao što je silicijum karbid SiC, u keramiku. Pukotina u razvoju nailazi na vlakno na svom putu i ne širi se dalje. Otpornost na lom staklokeramike sa SiC vlaknima raste na 18 - 20 MPa/m 1/2, značajno se približava odgovarajućim vrijednostima za metale.

Treći način je da se uz pomoć posebnih tehnologija cijeli keramički materijal probije mikropukotinama (slika 1, c). Kada se glavna pukotina susreće sa mikropuklinom, ugao na vrhu pukotine se povećava, pukotina postaje tupa i ne širi se dalje.

Posebno je zanimljiva fizikalno-hemijska metoda za povećanje pouzdanosti keramike. Implementiran je za jedan od najperspektivnijih keramičkih materijala na bazi silicijum nitrida Si 3 N 4 . Metoda se zasniva na formiranju određenog stehiometrijskog sastava čvrstih rastvora metalnih oksida u silicijum nitridu, koji se nazivaju sialoni. Primer keramike visoke čvrstoće formirane u ovom sistemu su sialoni sastava Si 3-x Al x N 4-x O x, gde je x broj supstituisanih atoma silicijuma i azota u silicijum nitridu, u rasponu od 0 do 2,1. Važno svojstvo sialon keramike je otpornost na oksidaciju na visokim temperaturama, koja je mnogo veća od otpornosti silicijum nitrida.

2. Svojstva i primjena keramičkih materijala

Osnovni nedostaci keramike su njihova krhkost i složenost obrade. Keramički materijali imaju loš učinak pod mehaničkim ili termičkim udarima, kao i pod uvjetima cikličkog opterećenja. Odlikuje ih visoka osjetljivost na posjekotine. Istovremeno, keramički materijali imaju visoku otpornost na toplinu, odličnu otpornost na koroziju i nisku toplinsku provodljivost, što im omogućava da se uspješno koriste kao elementi toplinske zaštite.

Na temperaturama iznad 1000°C, keramika je jača od bilo koje legure, uključujući superlegure, a njena otpornost na puzanje i toplinu je veća.

Glavna područja primjene keramičkih materijala uključuju:

1) Keramički alat za sečenje - karakteriše ga visoka tvrdoća, uključujući i zagrevanje, otpornost na habanje, hemijska inertnost prema većini metala tokom procesa rezanja. Po kompleksu ovih svojstava keramika znatno nadmašuje tradicionalne materijale za rezanje - brzorezne čelike i tvrde legure (tablica 2).

Visoka svojstva rezne keramike omogućila su značajno povećanje brzine obrade čelika i lijevanog željeza (tablica 3).

Za proizvodnju reznih alata koristi se keramika na bazi aluminijum oksida sa aditivima cirkonijum dioksida, titan karbida i nitrida, kao i na bazi jedinjenja bez kiseonika - kubni bor nitrid (-BN), koji se obično naziva kubni bor nitrid, i silicijum nitrid Si 3 N se široko koriste. Rezni elementi na bazi kubnog bor nitrida, zavisno od tehnologije proizvodnje, proizvode se pod nazivima elbor, borazon, kompozit 09 itd., imaju tvrdoću blisku tvrdoći dijamantskog alata, i ostaju otporni na zagrijavanje na zraku do 1300 - 1400°C. Za razliku od dijamantskih alata, kubni bor nitrid je hemijski inertan na legure na bazi gvožđa. Može se koristiti za grubo i završno struganje kaljenih čelika i livenog gvožđa gotovo svake tvrdoće.

Sastav i svojstva glavnih vrsta rezne keramike prikazani su u tabeli 4.

Keramički rezni umetci se koriste za opremanje raznih glodala, alata za tokarenje, glava za bušenje, specijalnih alata.

2) Keramički motori - iz drugog zakona termodinamike proizilazi da je za povećanje efikasnosti bilo kojeg termodinamičkog procesa potrebno povećati temperaturu na ulazu u energetski pretvarač: efikasnost = 1 - T 2 /T 1, gdje su T 1 i T 2 ulazna i izlazna temperatura uređaja za konverziju energije, respektivno. Što je viša temperatura T 1 to je veća efikasnost. Međutim, maksimalne dopuštene temperature određene su toplinskom otpornošću materijala. Strukturna keramika omogućava upotrebu viših temperatura u odnosu na metal i stoga je obećavajući materijal za motore sa unutrašnjim sagorevanjem i gasnoturbinske motore. Pored veće efikasnosti motora zbog povećanja radne temperature, prednost keramike je niska gustina i toplotna provodljivost, povećana toplotna i otpornost na habanje. Osim toga, kada se koristi, trošak rashladnog sistema se smanjuje ili eliminira.

Istovremeno, treba napomenuti da ostaje niz neriješenih problema u tehnologiji proizvodnje keramičkih motora. To prvenstveno uključuje probleme osiguranja pouzdanosti, otpornosti na termičke udare, te razvoj metoda spajanja keramičkih dijelova s ​​metalnim i plastičnim. Najefikasnija upotreba keramike za proizvodnju dizel adijabatskih klipnih motora sa keramičkom izolacijom i visokotemperaturnih gasnoturbinskih motora.

Konstrukcijski materijali adijabatskih motora moraju biti stabilni u opsegu radnih temperatura od 1300 - 1500 K, imati čvrstoću na savijanje od najmanje 800 MPa i faktor intenziteta naprezanja od najmanje 8 MPa*m 1/2. Keramika na bazi cirkonijum dioksida ZrO 2 i silicijum nitrida u najvećoj meri zadovoljava ove zahteve. Najobimniji radovi na keramičkim motorima izvode se u Japanu i SAD-u. Japanska kompanija Isuzu Motors Ltd savladala je proizvodnju mehanizma predkomora i ventila adijabatskog motora, Nissan Motors Ltd - rotora turbopunjača, Mazda Motors Ltd - predkomora i potisnog klina.

Kompanija Cammin Engine (SAD) savladala je alternativnu verziju kamionskog motora sa ZrO 2 plazma premazima nanesenim na krunu klipa, unutrašnju površinu cilindra, ulazne i izlazne kanale. Ušteda goriva na 100 km staze bila je više od 30%.

Isuzu (Japan) najavio je uspješan razvoj keramičkog motora koji radi na benzin i dizel gorivo. Motor razvija brzinu do 150 km/h, efikasnost sagorevanja goriva je 30 - 50% veća od one kod konvencionalnih motora, a težina je 30% manja.

Strukturna keramika za gasnoturbinske motore, za razliku od adijabatskog motora, ne zahteva nisku toplotnu provodljivost. S obzirom da keramički dijelovi plinskoturbinskih motora rade na višim temperaturama, moraju održavati čvrstoću na nivou od 600 MPa na temperaturama do 1470–1670 K (u budućnosti do 1770–1920 K) uz plastičnu deformaciju ne više od 1% za 500 sati rada. Silicijum nitridi i karbidi visoke otpornosti na toplotu koriste se kao materijal za takve kritične delove gasnoturbinskih motora kao što su komora za sagorevanje, delovi ventila, rotor turbopunjača, stator.

Poboljšanje performansi motora aviona nemoguće je bez upotrebe keramičkih materijala.

3) Keramika specijalne namene - keramika specijalne namene obuhvata supravodljivu keramiku, keramiku za izradu kontejnera sa radioaktivnim otpadom, oklopnu zaštitu vojne opreme i termičku zaštitu bojevih glava raketa i svemirskih letelica.

4) Kontejneri za skladištenje radioaktivnog otpada – jedan od ograničavajućih faktora u razvoju nuklearne energije je složenost odlaganja radioaktivnog otpada. Za proizvodnju posuda koristi se keramika na bazi B 2 O 3 oksida i B4C bor karbida pomiješanog s PbO olovnim oksidom ili spojevima tipa 2PbO * PbSO 4. Nakon sinterovanja, takve mješavine formiraju gustu keramiku niske poroznosti. Odlikuje se jakim kapacitetom upijanja nuklearnih čestica - neutrona i -kvanta.

5) Oklopna keramika visokog uticaja - Po svojoj prirodi, keramički materijali su krti. Međutim, pri velikoj brzini opterećenja, na primjer, u slučaju eksplozivnog udara, kada ova brzina premašuje brzinu kretanja dislokacija u metalu, plastična svojstva metala neće igrati nikakvu ulogu i metal će biti kao krt kao keramika. U ovom konkretnom slučaju, keramika je znatno jača od metala.

Važna svojstva keramičkih materijala, koja su dovela do njihove upotrebe kao oklopa, su visoka tvrdoća, modul elastičnosti, temperatura topljenja (raspadanja) pri gustoći koja je 2-3 puta manja. Očuvanje čvrstoće pri zagrijavanju omogućava korištenje keramike za zaštitu od oklopnih projektila.

Kao kriterij prikladnosti materijala za oklopnu zaštitu M može se koristiti sljedeći omjer:

gdje je E modul elastičnosti, GPa; H do - Knoop tvrdoća, GPa; - zatezna čvrstoća, MPa; T pl - tačka topljenja, K; - gustina, g/cm 3 .

U tabeli 5 prikazana su glavna svojstva široko korištenih oklopnih keramičkih materijala u usporedbi sa svojstvima oklopnog čelika.

Materijali na bazi karbida bora imaju najveća zaštitna svojstva. Njihova masovna primjena ograničena je visokim troškovima metode presovanja. Stoga se pločice od karbida bora koriste kada je potrebno značajno smanjiti masu oklopne zaštite, na primjer, za zaštitu sjedišta i automatskih upravljačkih sistema helikoptera, posade i trupa. Keramika titan diborida, koja ima najveću tvrdoću i modul elastičnosti, koristi se za zaštitu od teških oklopnih i oklopnih tenkova.

Za masovnu proizvodnju keramike, relativno jeftin aluminij oksid je najperspektivniji. Keramika na njenoj osnovi koristi se za zaštitu ljudstva, kopnene i pomorske vojne opreme.

Prema Morgan M. Ltd (SAD), ploča od bora karbida debljine 6,5 mm ili ploča od aluminij-oksida debljine 8 mm zaustavlja metak od 7,62 mm koji leti brzinom većom od 800 m/s kada je ispaljen iz blizine. Da bi se postigao isti efekat, čelični oklop mora imati debljinu od 10 mm, dok će njegova masa biti 4 puta veća od keramike. Najefikasnija upotreba kompozitnog oklopa, koji se sastoji od nekoliko heterogenih slojeva. Vanjski keramički sloj percipira glavni udar i toplinsko opterećenje, drobi se u male čestice i raspršuje kinetičku energiju projektila. Preostala kinetička energija projektila apsorbira se elastičnom deformacijom podloge, koja može biti čelična, duraluminijska ili kevlar tkanina u nekoliko slojeva. Efikasno je premazati keramiku topljivim inertnim materijalom, koji igra ulogu svojevrsnog maziva i donekle mijenja smjer projektila, što daje rikošet.

Dizajn keramičkog oklopa prikazan je na slici 2.

Slika 2 - Dizajn keramičke oklopne ploče: a, b - sastavni elementi oklopne ploče za zaštitu od oklopnih metaka različitih kalibara; c - fragment oklopne ploče sastavljene od elemenata a i b; 1 - oklopni metak kalibra 12,7 mm; 2 - metak kalibra 7,62 mm; 3 - zaštitni premaz djelomično uklonjen

Oklopni panel se sastoji od odvojenih serijski povezanih keramičkih ploča dimenzija 50*50 ili 100*100 mm. Za zaštitu od oklopnih metaka kalibra 12,6 mm koriste se ploče od Al 2 O 3 debljine 15 mm i 35 slojeva kevlara, a od metaka kalibra 7,62 mm - ploče od Al 2 O 3 debljine 6 mm i 12 slojeva kevlara.

Tokom Zaljevskog rata, široka upotreba keramičkog oklopa napravljenog od Al 2 O 3 , SiC i B 4 C od strane američke vojske pokazala je njegovu visoku efikasnost. Za zaštitu oklopa obećava se i upotreba materijala na bazi AlN, TiB 2 i poliamidnih smola ojačanih keramičkim vlaknima.

6) Keramika u raketnoj i svemirskoj tehnici - pri letenju u gustim slojevima atmosfere, glavnim dijelovima raketa, svemirskih letjelica, vozila za višekratnu upotrebu, zagrijanim na visoku temperaturu, potrebna je pouzdana termička zaštita.

Materijali za termičku zaštitu moraju imati visoku otpornost na toplinu i čvrstoću, u kombinaciji s minimalnim vrijednostima koeficijenta toplinske ekspanzije, toplinske provodljivosti i gustoće.

Istraživački centar NASA (NASA Ames Research Center) razvio je kompozicije toplotno zaštićenih vlaknastih keramičkih ploča namijenjenih za višekratnu upotrebu svemirskih letjelica. Svojstva ploča većeg broja sastava prikazana su u tabeli 6. Prosječni prečnik vlakana je 3 - 11 mikrona.

Kako bi se povećala čvrstoća, reflektivnost i ablativne karakteristike vanjske površine materijala za zaštitu od topline, oni su prekriveni slojem emajla debljine oko 300 µm. Emajl koji sadrži SiC ili 94% SiO 2 i 6% B 2 O 3 nanosi se kao klizanje na površinu i zatim sinteruje na 1470 K. Obložene ploče se koriste na najzagrejanijim mestima svemirskih letelica, balističkih projektila i hipersoničnih letelica. Izdrže do 500 desetominutnih zagrevanja u plazmi električnog luka na temperaturi od 1670 K. Varijante keramičkog sistema termičke zaštite za prednje površine aviona prikazane su na slici 3.

Slika 14.3 - Sistem keramičke termičke zaštite prednjih površina aviona za temperature od 1250 do 1700 °C: 1 - keramika na bazi SiC ili Si 3 N 4; 2 - toplotna izolacija; 3 - sinterirana keramika

Visokoporozni vlaknasti termoizolacioni sloj na bazi FRCI, AETB ili HTR zaštićen je slojem silicijum karbidnog sloja. Obložni sloj štiti toplinski izolacijski sloj od ablativnog i erozivnog razaranja i percipira glavno toplinsko opterećenje.

Zaključak

Industrijska keramika se već decenijama koristi u mašinstvu, metalurgiji, hemijskoj industriji, preradi drveta i vazduhoplovnoj industriji. Često preduzeća, firme, fabrike jednostavno ne mogu bez proizvoda koji bi mogli da rade u ekstremnim radnim uslovima.

Razvoj ove industrije ima velike izglede, što podrazumijeva povećanje kvalitete materijala za obradu, njihov vijek trajanja, produktivnost, otpornost na habanje i mnoge druge faktore.

Spisak korištenih izvora

1. Lakhtin Yu.M. „Udžbenik o materijalima za visokotehničke obrazovne ustanove“.: 1990. - 514str.

2. Knunyants I.L. "Kratka hemijska enciklopedija" tom 2. - M.: Hemija, 1963. - 539s.

3. Karabasov Yu.S. "Novi materijali" 2002. - 255 str.

4. Balkevich V.L. "Tehnička keramika".: 1984.

Hostirano na Allbest.ru

Slični dokumenti

Povijesni podaci o nastanku keramičkih materijala, opsegu njihove primjene. Glavna fizička i hemijska svojstva keramike, sirovine koje se koriste. Opća shema tehnoloških faza proizvodnje keramičkih materijala, njegove karakteristike.

seminarski rad, dodan 02.03.2011


Povijesni podaci o nastanku keramike, opsegu njene primjene. Savremene tehnologije keramičkih materijala. Proizvodnja keramičkih materijala, proizvoda u Kazahstanu, ZND i inostranstvu. Proizvodnja i upotreba zidnih i obložnih proizvoda.

seminarski rad, dodan 06.06.2014


Proučavanje pojma, vrsta i svojstava keramičkih materijala i proizvoda. Karakteristike sirovina i procesa proizvodnje keramičkih proizvoda. Studija upotrebe u gradnji kako zidnih, krovnih, obložnih materijala tako i betonskih agregata.

sažetak, dodan 26.04.2011


Metalurgija praha. Glavni elementi tehnologije metalurgije praha. Metode za proizvodnju praškastih materijala. Metode za kontrolu svojstava prahova. Hemijska, fizička, tehnološka svojstva. Osnovne zakonitosti presovanja.

seminarski rad, dodan 17.10.2008


Keramika na bazi ZrO2: struktura i mehanička svojstva. Keramika na bazi ultrafinog praha. Tehnologija dobijanja keramičkih materijala. Metoda akustične emisije. Struktura, fazni sastav i mehanička svojstva ZrO2 keramike.

teza, dodana 04.08.2012


Vrste keramike, karakteristike materijala koji se koriste za oblikovanje keramičkih proizvoda. Priprema keramičke mase. Polusuho i hidrostatičko presovanje. Različite opcije vibracionog kalupa. Specifičnosti upotrebe kliznog livenja.

sažetak, dodan 13.12.2015


Tehnologija raznih vrsta korundne keramike. Utjecaj vanjskog pritiska i aditiva na temperaturu sinteriranja keramike. Fizičko-mehanička i fizička svojstva keramike na bazi cirkonijum dioksida. Sastav Premo Sculpey polimerne gline, njeno pečenje.

seminarski rad, dodan 27.05.2015


Analiza postojećih tehnoloških procesa dijamantsko-abrazivne obrade prskanih premaza i tehničke mineralne keramike. Fizička i mehanička svojstva keramičkih materijala. Utjecaj tehnoloških faktora na obradu prskane keramike.

disertacije, dodato 28.08.2011


Proučavanje komercijalnih proizvoda u obliku keramičkih pločica za podove i njihova primjena u građevinarstvu. Potrošačka svojstva keramičkih pločica. Opis tehnologije njegove proizvodnje. Karakteristike polusuhih sirovina. Kontrola kvaliteta.

sažetak, dodan 03.11.2011


Proučavanje tehnologije izrade keramike - materijala dobivenih od glinenih tvari s mineralnim ili organskim dodacima ili bez njih kalupljenjem i naknadnim pečenjem. Faze proizvodnje: oblikovanje proizvoda, ukrašavanje, sušenje, pečenje.