7.6. Керамічні вироби

Керамікою (від грецьк. —гончарство) називають вироби, виго­товлені, в основному, з глини і випалені при високих температурах.

Випалення надає виробам значноої твердості. Для поліпшен­ня властивостей кераміки до глини додають інші речовини.

Кераміка — це посуд і твори мистецтва, цегла і труби, деталі радіо — і телеапаратури, автомобільних двигунів та космічних кораблів тощо.

353

До керамічних виробів, відомих людству здавна, належить те­ракота, фаянс, порцеляна, цегла, лицювальні плитки тощо. їх ви­готовляють із природної мінеральної сировини.

Теракота (від італ. "terra" — земля і "cotta" — випалена) — це кераміка без поливи, має колір від світлого до насиченого черво­но-коричневого і навіть чорного.

Фаянс (франц. "faience" походить від назви італійського міста Фаенца) — на відміну від теракоти, це кераміка білого кольору, зверху покрита поливою.

Порцеляна — досконалий вид кераміки. Його батьківщиною є Китай. Виробляють порцеляну з каоліну, в який додають не­значну кількість польового шпату до кварцу.

Цегла — один з давніх штучних будівельних матеріалів. її ви­робляють з глини та випалюють за температур, нижчих від тих, які необхідні для випалення інших керамічних виробів.

Цей вид кераміки витримує нагрівання до високих темпера­тур. Залежно від сировини, з якої виробляють вогнетривку ке­раміку її поділяють на глиноземну, динасову, шамотову, до­ломітову, магнезитову, хромомагнезитову, шпарувату тощо.

Глиноземну кераміку виготовляють із вогнетривких глин, які містять до 3% . Вогнетривкість цієї кераміки змінюється в межах (1380...1580) °С.

Динасову (від назви скелі Динас, яка знаходиться у Велико­британії) кераміку виготовляють із сировини, яка містить (93...95)% , решта — СаО. Ця кераміка витримує нагрівання температури 1730 °С. В основному її використовують для викла­дення бесемерівських конвертерів і мартенівських печей.

Шамотову кераміку виробляють із якісних вогнетривких глин, які містять (50...70)% і (28...46)% . На сьогодні ша­мотова кераміка найпоширеніший і найдешевший вогнетривкий матеріал. її використовують в основному для футерування дом-нових печей і сталерозливних ковшів. Шамотові вогнетриви вит­римують нагрівання до (1600... 1750) °С.

Доломітову кераміку (від прізвища французького геолога Д.Долом'є) виробляють випаленням природного доломіту:

Отриманий порошок містить (35. ..40)% MgO і (52...58)% СаО. Доломітова кераміка витримує нагрівання до 2000°С. Нею ви­кладають черені металургійних печей, футерують конвертори тощо.

354

Магнезитову кераміку виробляють із природного магнезиту (від грецьк. — магнесійський), який складається в основному з оксиду магнію (MgO) та невеликої кількості оксиду кальцію (СаО). Магнезитовими вогнетривами футерують конвертери. Во­ни витримують нагрівання до (2000...2400)°С.

Хромомагнезитову кераміку отримують спіканням оксиду магнію (30...35)% і (65...70)% MgO). Цією керамікою викла­дають склепіння металургійних печей. Хромомагнезит витримує нагрівання до 2000°С.

Найбільшу вогнетривкість мають цирконієві вогнетриви.

Цирконієві вогнетриви — це майже чистий діоксид цирконію. Крім діоксиду цирконію вони містять деяку кількість кремнезему (). Вогнетривкість цих матеріалів 2500 °С. З них виробля­ють тиглі та високотемпературні ізолятори.

Шпаруваті вогнетриви набувають особливого значення за нагрівання до високих температур. У процесі виготовлення цієї кераміки до основної сировини додають речовини, які утворю­ють піну або згоряють. Шпарувату кераміку виготовляють з ко­рунду, оксиду магнію або діоксиду цирконію. Корундова піноке­раміка незамінна у комічній техніці, коли ракета входить у щільні шари атмосфери. У космічній техніці найчастіше використову­ють пінокварц.

Діелектриками називають речовини, які мають великий еле­ктричний опір (понад ).

До таких речовин належать порцеляна, п'эзо-, сегнето- та піроелектрики. Ці речовини не проводять електричного струму. їх використовують в електро- та радіотехніці, металообробній промисловості, побуті тощо. Для електро- та радіотехніки з них виробляють ізолятори, конденсатори тощо. Основним ма­теріалом, з якого виробляють ці вироби є порцеляна.

Запальнички для газових плит, голки для стереопрогравачів, деталі для звукових генераторів виготовляють із п'єзоелектриків. Найперспективнішою п'єзоелектричною керамікою є тверді роз­чини титанату та цирконату свинцю.

У металообробній промисловості використовують ультразву­кові свердла, виготовлені з п'єзокераміки. Для виготовлення кон­денсаторів великої ємності, запам'ятовуючих пристроїв для ком­п'ютерів, терморезисторів тощо використовують сегнетоелектрики — сегнетову сіль, титанат барію тощо. Для виготовлення чутливих інфрачервоних детекторів використовують піроелектрики.

355

Металокераміка. Металокераміку виготовляють з по­рошків металів і оксидів, карбідів, нітридів, силіцидів, боридів тощо. Металокераміка добре поєднує властивості сировини (ме­талу та кераміки): теплопровідність металу з великою твердістю, туго плавкістю, хімічною стійкістю кераміки.

Для виготовлення металокераміки використовують залізо, кольбат, нікель, ванадій, хром, молібден, вольфрам, цирконій і титан з одного боку і оксиди, карбіди, бориди та нітриди пе­рехідних металів — з іншого.

Компоненти вибирають так, щоб вони не взаємодіяли між со­бою з утворенням твердих розчинів або хімічних сполук. Напри­клад, якщо беруть карбід, то вибраний метал не повинен взаємодіяти з вуглецем.

Металокерамічні вироби отримують порошковою мета­лургією. Перший металокерамічний матеріал було виготовлено із суміші порошків оксиду алюмінію й алюмінію. Особливого значення набули матеріали, виготовлені на основі карбідів (воль­фраму, титану, танталу) і кольбат. Із порошків цих речовин виго­товляють леза різальних інструментів у вигляді пластин. Вольф-ралі-кольбатові сплави дорогі, оскільки до їх складу входять спо­луки вольфраму, а він дорогий. Тому на зміну вольфрамовим сплавам прийшли безвольфрамові.

Особливої уваги заслуговують матеріали, виготовлені на ос­нові карбідів силіцію (SiC) та бору (). Вони мають значну твердість. Прикладом безвольфрамових складів є стеліт і хасте-лой. Основа цих сплавів — карбід силіцію. Ці сплави мають більшу ударну в'язкість, ніж вольфрамові; довговічність їх у кілька разів більша.

У 70 pp. XX ст. Створено керамічний матеріал сіалон (за літе­рами хімічних елементів Si, Al, О, N). Він має дуже добрі різальні властивості. Із нього виготовляють різальну частину різців.

Мінералокераміка. Мінералокераміку виготовляють на основі оксиду алюмінію (). Вона має велику теплостійкість, яка зберігається і при нагріванні до 1200 °С. Це дуже важливо оскільки різальні інструменти, виготовлені з мінералокераміки, можуть обробляти конструкційні матеріали за значних швидкос­тей різання.

До мінер ало-керамічних матеріалів належать електрокорунд та карборунд. Електрокорунд — це кришталевий оксид алюмінію (). Карборунд — це карбід силіцію (SiC).

356

Електрокорундові інструменти використовують для різання загартованої сталі, чавуну, бронзи тощо. Карборунд порівняно з електрокорундом має вищу твердість і меншу в'язкість, тому йо­го використовують для виготовлення шліфувальних кругів, яки­ми шліфують крихкі матеріали, а також деякі кольорові сплави.

Для підвищення міцності пластин, виготовлених із мінералоке-рамки, до сировини додають W, Мо, Ті, В тощо. Отримані мінера-локерамічні матеріали називають керметами (керамікометалами.)