Виды керамики и области ее применения

2

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ «Управление качеством»

К У Р С О В А Я     Р А Б О Т А

По предмету: Материаловедение

На тему: Виды керамики и области ее применения

Выполнил: Сахнов Иван Владимирович

Студент 2 курса

4 семестр

Новый Уренгой, 2010г.

Содержание

Введение

1. Состав, строение, свойства керамики

1.1 Физические свойства

1.2 Механические свойства

1.3 Термические свойства

1.4 Электрофизические свойства

1.5 Специальные свойства

2. Виды керамики и области её применения

2.1 Керамика на основе глины

2.2 Техническая керамика

3. Нанопорошковые керамические материалы как новый вид применения керамики

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Керамика - неорганический материал, получаемый из минеральных масс (глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов и других неорганических соединений) в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200-2500 оС) формируется структура материала (спекание), изделие приобретает необходимые физико-механические свойства.

Керамические материалы обычно непрозрачны, но в последнее время создана керамика специальной структуры, обладающая высокой прозрачностью. Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационной промышленности и др.), как строительный материал, художественный, как материал широко используемый в медицине, науке. В 20-ом столетии созданы новые керамические материалы широко применяемые в полупроводниковой индустрии, в электронном оборудовании, в фотографии (линз керамических, фотосенсоров), в медицине (стоматологии, ортопедии), лазерной технике и др. областях. В последнее время интенсивно развивается новое направление в области керамики — нанопоршковые керамические технологии, обладающие непредсказуемыми, новыми физикомеханическими свойствами.

Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом.

Россия в области керамики достойно занимает ведущее место в мире, несмотря на то, что в международной литературе вопрос о возникновении фарфорового и керамического производства часто умаляется. На примере появления чёрной керамики археологически даказано, что уже в 3-ем тысячелетии до н.э. чёрная лощённая керамика использовалась в ритуальных и обрядовых целях. Значительный ущерб развитию керамики в России нанесло только одно монголо-татарское нашествие, которое много уничтожило достижений русских гончаров IX—XII веков. Например, исчезли двуручные корчаги-амфоры, вертикальные светильники, более простым стал орнамент, искусство перегородчатой эмали, глазурь (самая простая — жёлтая, уцелела только в Новгороде).

Лишь в XV веке прдолжалось развитие керамики на Руси. В России и в настоящее время, особенно в сельской местности, каждый керамический сосуд незаменим. Пиша в керамических горшках самая ароматная и долго хранящаяся.

Изготовление керамической посуды на гончарном круге представлял и представляет особый интерес. Так называемые квасники (сосуды для кислых щей, браги, пива, дрожжевых или фруктовых квасов) появились в Москве в ХIX веке.

На примере появления первой керамики, чёрной лощённой керамики учёные предполагают, что не случайно чёрная, самая первая на земле керамика появилась не только в Этрурии, но и в Древней Руси и Грузии. Об этом заявил дешифровщик Г.С.Гриневич.

1. Состав, строение, свойства керамики

По строению черепка керамика делится на две группы: с пористой структурой (пористость более 5 %)- кирпич, черепица, архитектурно-отделочная керамика и др., и с плотной камневидной структурой (пористость менее 5 %)- плитки для полов, канализационные трубы и др. Изделия из грубой керамики могут быть неглазурованными и глазурованными (покрыты тонким слоем легкоплавкого стекла).

Керамика является многофазовой системой, в которой могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.

Кристаллическая фаза представляет определенные химические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значение механической прочности, термостойкости и других ее основных свойств.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде стекла, связывающего кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1-10 % стеклофазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели. Однако стеклообразующие компоненты облегчают технологию изготовления изделий.

Газовая фаза заполняет поры керамики, по этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор снижает механическую прочность керамики.

1.1 Физические свойства

Удельный вес керамических материалов, имеющих пористое строение (кирпич и ему подобные, а также строительный фаянс), находится в пределах от 2,5 до 2,65 г/см , а материалов, имеющих плотное строение (плитки для пола),- от 2,7 до 2,8 г/см для плотного клинкера, фарфора.

Кирпич глиняный обыкновенный имеет сравнительно большой объемный вес (до 1,9 г/см ), поэтому для его снижения делают кирпич повышенной пористости, пустотелым. Кирпич строительный легкий имеет объемный вес около 0,7 г/см .

Пористость колеблется в широких пределах - практически от 0,0 % для фарфора, до 60-80 % для легкого кирпича и керамзита. Пористость кирпича глиняного обыкновенного 20-40 %. Для керамических материалов и изделий водопоглощение может колебаться о 0,0 % для твердого фарфора до 60-70 % для легковесного кирпича. Водопроницаемость как показатель свойств имеет большое значение для кровельных (черепица), санитарно-строительных, посуды и других керамических материалов, может быть снижена обжигом до спекания, глазурованием и другими средствами. Газопроницаемость - способность материала пропускать (или не пропускать) газ. Это свойство в большей мере относится к пористой керамике, предназначенной для очистки газов и воздуха от пыли и других механических примесей. Она должна иметь пористость в пределах 30-50 % с равномерно распределенными порами диаметром 70-200 мк, высокую проницаемость. Например, пористые трубы внутренним диаметром 40-60 мм и длиной 300-1000 мм, пористостью 45-50 %, размером пор 80-100 мк имеют газопроницаемость 300-400 м /м ч при атмосферном давлении и температуре 20 оС.

1.2 Механические свойства

Предел прочности при сжатии для керамики колеблется в большом интервале: от 35 кг/см для кирпича строительного легкого до 5500 кг/см для технического фарфора. Кирпич глиняный обыкновенный пластического прессования марки 200 имеет прочность 200 кг/см2 и выше.

Предел изгиба керамики невысокий. Например, для кирпича глиняного обыкновенного марки 200 и=26-34 кг/см , для фарфоровых изделий – до 1200 кг/см2.

1.3 Термические свойства

Огнеупорность - способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур. Характеризуемые этим показателем материалы подразделяются на легкоплавкие (менее 1350 оС), тугоплавкие (1350-1580 оС) и огнеупорные (более 1580 оС), которые в свою очередь подразделяются на собственно угнеупорные (от 1770 до 2000 оС) и высшей огнеупорности (выше 2000 оС).

Из керамических материалов и изделий к огнеупорным можно отнести шамотные (огнеупорность 1610-1750 оС) огнеупоры.

Термостойкость - свойство материала не растрескиваться при резких и многократных изменениях температуры. Она повышается по мере уменьшения относительного температурного коэффициента линейного расширения материала и приобретения им однородной структуры. Термостойкость усиливается глазурованием. Надлежащей термической стойкостью должны обладать посуда, плитка для внутренней облицовки стен, встроенные детали, канализационные трубы и др.

Морозостойкость - способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое по условиям долговечности число циклов попеременного замораживания и оттаивания. Материал считается морозостойким, если он после испытания по заданному режиму не утратил свой прочности или снизил ее не более чем на 25 % и потерял в весе не более 5 %.

Для повышения морозостойкости весьма важное значение имеют однородность глиняной массы, отсутствие в ней легкорастворимых солей, отсутствие свилеватости (волнообразной слоистости) при формировании, правильно выбранные режимы сушки и обжига, обеспечивающие получение изделий без трещин.

Термическое расширение - свойство материала увеличивать свои размеры при нагревании.

В табл.1 приведены значения относительного температурного коэффициента линейного расширения для некоторых материалов.

Таблица 1. Значение коэффициента температурного расширения 

В интервале температур от 20 до 1000 оС средний относительный температурный коэффициент линейного расширения фарфора 30 10-7, фаянса 47-58 10-7 1/град.

1.4 Электрофизические свойства

Электрическая прочность - это способность керамического материала или изделия выдержать действия приложенного к нему электрического напряжения. За пределом этой способности происходит пробой. Наибольшее напряжение, при котором осуществляется пробой, называется пробивным (пробойным) напряжением и количественно определяет электрическую прочность материала или изделия (например, керамического изолятора).

Электрическая прочность (Епр) измеряется в киловольтах на миллиметр (кВ/мм), на сантиметр (кВ/см).

Пористые диэлектрики имеют значительно меньшую Епр, чем диэлектрики со сплошной структурой. Такой керамический материал, как фарфор и изделия из него, имеют очень высокую электрическую прочность и соответственно малую электропроводность - основное свойство этой группы материалов.

Рабочее напряжение керамического изолятора должно быть меньше его пробивного напряжения. Поэтому у каждого керамического изолятора должен быть определенный запас электрической прочности, определяемый коэффициентом запаса электрической прочности изоляции, равный отношению пробивного напряжения к рабочему.

Фарфоровые и фарфороподобные изолирующие изделия характеризуются средним пробивным напряжением (при 50Гц) в пределах 20-250 кВ/см.

Удельное электрическое сопротивление при 100 оС фарфоровых и фарфороподобных изолирующих 1011-1015 Ом/см2.

1.5 Специальные свойства

Химическая стойкость - способность материала в течение длительного времени сопротивляться действию химически активных веществ - кислот, щелочей, агрессивных газов, солей. Химически стойкие материалы должны обладать достаточными механической прочностью, газонепроницаемостью и термостойкостью.

Кислотостойкость большинства химически стойких керамических изделий составляет 90-98 %, термостойкость - 1-10 теплосмен. Щелочестойкость действующими стандартами на кислотостойкие изделия не предусматривается.

Химически стойкая керамика, работающая при отрицательных температурах, должна быть достаточно морозостойкой и выдерживать 25-кратное замораживание и оттаивание.

2. Виды керамики и области её применения

2.1 Керамика на основе глины