08.04.2020

Керамика строительные материалы из керамики презентация. Презентация на тему "керамика". Свойства глин как сырья для керамических изделий

История появления керамики. Керамика появилась 12-15 тыс. лет назад, ещё в каменном веке. Сосуды лепились руками. В глину, чтобы она не трескалась при обжиге, добавляли толчёные раковины и измельчённый гранит. Изделия обжигались на кострах. Позднее появились специальные печи. В медном веке (4 - 6 тысяч лет назад) формы сосудов становятся разнообразными, появляются скульптуры людей и животных. Изделия начинают украшать орнаментом. Вначале узоры выдавливали штампиком и остриём по сырой глине, потом научились делать росписи цветными глинами. Рисунки условными знаками отображали явления природы (молнию, луну, солнце, воду). Люди верили в магическую (колдовскую) силу этих знаков. Постепенно первоначальный смысл орнаментов забылся, и их стали делать просто для украшения.

Слайд 4 из презентации «Гончарное искусство»

Размеры: 720 х 540 пикселей, формат: .jpg. Чтобы бесплатно скачать слайд для использования на уроке, щёлкните на изображении правой кнопкой мышки и нажмите «Сохранить изображение как...». Скачать всю презентацию «Гончарное искусство.ppt» можно в zip-архиве размером 412 КБ.

Скачать презентацию

История искусств

«Причёски» - XIX века). Длинные золотые локоны спадали до бедер. Эпоха Европейского средневековья (V-XIV вв.). Великая французская буржуазная революция стала концом века "суетных маркиз". Локоны были обязательны. Парикмахерское искусство получило новое развитие. Иногда сбривали и брови. Молодые девушки носили волосы распущенными.

«Садовое искусство» - Основные стили в озеленении. Китай. Садово-парковое искусство англии второй половины xviii в. Екатерининский парк. Садово-парковое искусство китая и японии. Французское садово-парковое искусство xvii века. Древняя греция. Йеллоустонский парк. Эпоха возрождения. Япония. Вилла Ланте. Франция. Священные рощи? герооны Философские сады Частновладельческие сады.

«Эпохи культуры» - Кубизм. Эпохи мировой культуры. Сюрреализм. Романтизм. Неоклассицизм. Модернизм. Маньеризм. Северное Возрождение. Эпоха Возрождения. Импрессионизм. Рококо. Высокое Возрождение. Культурные эпохи. Раннее Возрождение. Авангард. Барокко. Эпохи. Дадаизм. Постимпрессионизм.

«Архитектура и живопись Германии и Нидерландов» - Старая церковь Делфта. Архитектура. Архитектура Нидерландов. Нидерландская живопись. Архитектура и живопись Германии и Нидерландов. Роспись алтаря церкви Святого Бавона. Скандинавия. Четыре всадника. Франс Хальс. Архитектура Германии. Альбрехт Дюрер. Живопись нидерландских мастеров. Живопись германских мастеров.

Слайд 2

Общие сведения

Керамическими называют изделия, получаемые из минерального сырья путем его формования и обжига при высоких температурах. Термин «керамика» происходит (по П.П. Будникову) от слова «керамейя», которым в Древней Греции называли искусство изготовления изделий из глины. И теперь в керамической технологии используют главным образом глины, но наряду с ними применяют и другие виды минерального сырья, например чистые оксиды (оксидная техническая керамика). Керамические материалы – самые древние из всех искусственных каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений, относящихся к каменному веку. Возраст керамического кирпича как строительного материала составляет более 5000 лет. Древняя керамическая кровля Керамическое панно Краснофигурная стеновая керамика

Слайд 3

В современном строительстве

Керамические изделия применяются: почти во всех конструктивных элементах зданий в сборном и индивидуальном домостроении (облицовочные материалы) в отделке фасадов зданий и внутренних помещений керамические пористые заполнители – это основа легких бетонов санитарно-технические изделия, посуда из фарфора и фаянса специальная керамика для химической и металлургической промышленности (кислотоупорные и огнеупорные изделия), электротехники и радиоэлектроники (электроизоляторы, полупроводники и др.), космической технике

Слайд 4

КЛАССИФИКАЦИЯ

По назначению: - стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни и панели из них); - кровельные изделия (черепица); - элементы перекрытий; - изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, малогабаритные и другие плитки, наборные панно, архитектурно-художественные детали); - изделия для внутренней облицовки стен (глазурованные плитки и фасонные детали к ним – карнизы, уголки, пояски); - заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); - теплоизоляционные изделия (перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые и др.); - санитарно-технические изделия (умывальные столы, ванны, унитазы); - плитка для пола; - дорожный кирпич; - кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и фасонные части к ним); - огнеупоры; - изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы).

Слайд 5

В зависимости от структуры: пористые плотные (спекшимся черепком). Пористые поглощают более 5 % воды (по массе), в среднем их водопоглощение составляет 8-20 % по массе или 14-36 % по объему. К ним относятся изделия как грубой керамики - керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы, так и тонкой керамики - облицовочные плитки, фаянсовые. Плотные поглощают менее 5 % воды, чаще 1-4 % по массе или 2-8 % по объему. К ним принадлежат также изделия из грубой керамики - клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты, и тонкой керамики - фаянс, полуфарфор, фарфор.

Слайд 6

По температуре плавления: на легкоплавкие - с температурой плавления ниже 1350 °С; тугоплавкие - с температурой плавления 1350°С-1580 °С; огнеупорные - 1580 -2000 °С; высшей огнеупорности - более 2000 °С.

Слайд 7

Сырьевые материалы

КАОЛИНЫ – состоят из минерала Al2O3 2SiO2 2H2O, содержат значительное количество частиц меньше 0,01 мм, после обжига сохраняют белый цвет; ГЛИНЫ – разнообразны по минеральному составу, больше загрязнены минеральными и органическими примесями; глинистое вещество (с частицами менее 0,005 мм) состоит преимущественно из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита Al2O3 4SiO2 nH2O, галлуазитаAl2O3 2SiO2 4H2O; содержание тонких частиц определяет пластичность и другие свойства глин; могут содержать примеси, снижающие температуру плавления (карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3); камневидные включения CaCO3 являются причиной появления «дутиков» трещин в керамических изделиях, т.к. гидратация получившегося при обжиге CaO сопровождается увеличением его объема; окраска глин зависит от примесей минерального и органического происхождения (от белой, коричневой, зеленой, серой до черной), привычную красную окраску глине придает примесь оксида железа; бентониты – высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита; трепелы и диатомиты – состоят в основном из аморфного кремнезема; используют для изготовления теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней.

Слайд 8

Отощающие материалы – для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин: шамот с зернами 0,14-2 мм (огнеупорная глина, каолин) - улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, применяется для получения высококачественных изделий - лицевого кирпича, огнеупоров и пр. дегидратированная глина - улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича песок с зернами 0,5-2 мм гранулированный доменный шлак с зернами до 2 мм - эффективный утолщительглин при производстве кирпича золы ТЭС выгорающие добавки Порообразующие материалы - для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа (молотые мел, доломит) или выгорают (выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин, они повышают пористость изделий и способствуют равномерному спеканию керамического черепка)

Слайд 9

Пластифицирующие добавки - высокопластичные глины, бентониты, ПАВ (сульфито-дрожжевая бражка) Плавни – снижение температуры спекания глины (полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и пр.) Глазурь или ангоб - придание декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям. Слой глазури (прозрачного и/или непрозрачного (глухого) стекла различного цвета) наносят на поверхность керамического материала и закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Главные сырьевые компоненты глазури (кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных щелочно-земельных металлов, оксиды свинца либо стронция, борная кислота, бура и пр.) применяют в сыром виде либо сплавленными – в виде фритты. Ангоб же приготавливают из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на поверхность еще не обожженного изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой. По своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

Слайд 10

ПРОИЗВОДСТВО КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Способы формования – пластический и полусухой При пластическом способе влажность формовочной смеси составляет 15-25%, при этом требуется обязательная сушка отформованных изделий перед обжигом При полусухом способе сушка не требуется, так как влажность глины составляет 6-7%, а изделия формуются на специальных прессах под значительным давлением 15-40 МПа. Такой кирпич имеет правильную форму и точные размеры, но меньшую морозостойкость. Пережог - изделия теряют форму, оплавляются с поверхности; Недожог (незавершенность процесса спекания («алый» цвет кирпича) - снижение прочности, сильное уменьшение водостойкости и морозостойкости

Слайд 11

Свойства глин как сырья для керамических изделий

Глина, замешенная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. При смачивании сухой глины ощущается характерный запах увлажняемой земли и выделение теплоты. Молекулы воды (диполи) втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их, вызывая набухание глины. Тонкие слои воды между пластинчатыми частицами глинистых минералов обуславливают характерные свойства глиняного теста. Пластичность глин объясняется тем, что при увлажнении на поверхности частиц появляются тонкие пленки адсорбированной воды, которые обеспечивают скольжение частиц и связывают их силами межмолекулярного взаимодействия. Пластичность оценивают количеством воды, необходимым для получения удобоформуемой массы. Глины бывают высокопластичные, средней пластичности и малопластичные. Чем больше в глине глинистых минералов, тем она больше требует воды, больше набухает, труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называют жирными. Глины, содержащие много песчаных частиц, называют тощими. Оптимальные смеси получают введением в жирные глины отощающих добавок – песков, зол ТЭС, шлаков, шамота и др.

Слайд 12

Связующая способность глины – проявляется в связывании зерен непластичных материалов (песка, шамота и др.), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца. Особенность глиняного теста – в способности отвердевать при высыхании на воздухе. Силы капиллярного давления стягивают частицы глины, препятствуют их разъединению, вследствие чего происходит воздушная усадка. Усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка) глин (а вместе – полная усадка); выражается в % от первоначального размера изделия. Спекаемость– способность глин при обжиге (900-1200 оС) переходить в камневидное состояние. Образование прочного черепка происходит за счет эффекта склеивания твердых частиц глины образовавшимся расплавом.

Слайд 13

Свойства керамических изделий

Пористость керамического черепка (пористых изделий) - 10-40 % возрастает при введении в керамическую массу порообразующих добавок. Стремясь снизить плотность и теплопроводность, прибегают к созданию пустот в кирпиче и керамических камнях Водопоглощение характеризует пористость керамического черепка Пористые керамические водопоглощение - 6-20% по массе, т.е. 12-40% по объему плотных изделий водопоглощение - 1-5 % по массе и 2-10 % по объему

Слайд 14

Теплопроводность абсолютно плотного керамического черепка большая – 1,16 Вт/(м·ᵒС). Воздушные поры и пустоты, создаваемые в керамических изделиях, снижают плотность и значительно уменьшают теплопроводность. Например, для стеновых керамических изделий с 1800 до 700 кг/м3 и с 0,8 до 0,21 Вт/(м·ᵒС) соответственно. Вследствие этого уменьшается толщина наружной стены и материалоемкость ограждающих конструкций. Прочность зависит от фазового состава керамического черепка, пористости и наличия трещин. Марка стенового керамического изделия (кирпича и др.) по прочности обозначает предел прочности при сжатии, однако при установлении марки кирпича наряду с прочностью при сжатии учитывают показатель прочности при изгибе, поскольку кирпич в кладке подвергается изгибу. Изделия с пористым черепком выпускаются марок М75-М300, а плотные изделия (дорожный кирпич и др.) – М400-М1000.

Слайд 15

Морозостойкость. Марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания оттаивания, которое выдерживает керамическое изделие в насыщенном водой состоянии без признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашивание). Изделия в зависимости от своей структуры имеют следующие марки: F15, F25, F35, F50, F75, F100. Паропроницаемостьстеновых керамических изделий способствует вентиляции помещений, зависит от пористости и характера пор. Малая паропроницаемость- причина отпотевания внутренней поверхности стен помещений с повышенной влажностью воздуха. Неодинаковая паропроницаемость слоев, из которых состоит наружная стена - накопление влаги. Так, фасадная облицовка стен глазурованными плитками может привести к накоплению влаги в контактном слое стена-плитка, а последующее замерзание влаги вызывает отслоение облицовки.

Слайд 16

Применение

К конструкционным изделиям, эксплуатируемым в условиях действия нагрузок, относятся стеновые материалы (кирпич и камни керамические), кровельные (черепица), трубы водопроводные, канализационные и дренажные. Кроме того, кирпич применяют для кладки столбчатых фундаментов в малоэтажных зданиях, а также для заводского изготовления крупноразмерных блоков и панелей, которые в зависимости от назначения (для внутренних или наружных стен) могут быть одно-, двух- и трехслойными. В многослойных для повышения теплозащитных свойств используют плитный утеплитель.

Слайд 17

К материалам специального назначения относятся: санитарно-технические, кислотостойкие, огнеупорные, теплоизоляционные. Применение Основным сырьем для получения санитарно-технических изделий служат беложгущиеся глины в смеси со стеклообразующими плавнями и отощающими добавками. Изменяя соотношение компонентов и технологию формования и обжига, получают фаянсовые, полуфарфоровые и фарфоровые изделия, которые соответственно перечислены в порядке возрастания их плотности и прочности. Наибольший объем в строительстве приходится на относительно пористые фаянсовые изделия, водонепроницае­мость которых обеспечивают глазурованием поверхности.

Слайд 18

Кислотостойкие материалы в виде плиток и кирпичей класса А, Б, В, полученные из кислотостойких глин, используют для защиты полов, стен, технологического оборудования на химических предприятиях. Основное назначение огнеупорных материалов - футеровка высокотемпературного технологического оборудования. Максимальная температура эксплуатации таких изделий определяется составом сырья: при повышенном содержании кремнезема (Si02) получают динасовые огнеупоры (до 1650 °С), огнеупорных глин - шамотные (до 1400 °), глинозема (А1203) - высокоглиноземи­стые (свыше 1750 °С). Применение

Слайд 19

Теплоизоляционные материалы и изделия на основе глинистого сырья производят в виде высокопористых пенодиатомитовых кирпичей, применяемых в основном для теплоизоляции технологического оборудования, и рыхлых сыпучих материалов: керамзитового гравия и аглопоритового щебня. Последние получают методом вспучивания при температуре свыше 1000°С отформованных гранул или дроблением спекшегося сырья с отходами угля и используют в качестве теплоизоляционных засыпок для утепления полов, потолков, стен, а также заполнителей легких бетонов различного назначения. Применение

Слайд 20

Стеновые и кровельные керамические материалы

Современные размеры кирпича были узаконены стандартом в 1927 г. В соответствии с ним кирпич выпускают размерами 250х120х65и 250х120х88. Масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг. Поэтому утолщенный кирпич обычно выпускают с пустотами. Приняты следующие названия граней кирпича: постель, ложок, тычок. 1–постель, 2–ложок, 3 -тычок

Слайд 21

Физические свойства обыкновенного полнотелого керамического кирпича: средняя плотность не должна превышать 1600-1800 кг/м3, пористость – 28-35%, водопоглощение – не менее 8%. Основная характеристика качества кирпича – марка по прочности на сжатие и изгиб. Установлено 8 марок от 75 до 300. По морозостойкости для кирпича установлены четыре марки F15,F25, F35, F50. Стандарт допускает большие отклонения в размерах и форме кирпича из-за большой неравномерной усадки при его изготовлении.

Слайд 22

Обыкновенный керамический кирпич благодаря достаточно высоким физико-механическим характеристикам широко применяется в современном строительстве для кладки стен, фундаментов, дымовых труб и других конструкций. Кирпич полусухого прессования нельзя применять для устройства фундаментов и стен влажных помещений. Более индустриальными по технологии изготовления и теплотехническим характеристикам являются пустотелые керамические кирпичи и блоки размерами: 250х120х138, 380х120х138, 250х250х138. Пустотелыми считают камни, объем пустот у которых составляет более 13%. Форма и размер пустот могут быть различными. Расположение пустот преимущественно вертикальное. Пустотелые камни нельзя применять для кладки конструкций, контактирующих с водой. Замерзание воды, попавшей в пустоты. может разрушить камень. Наличие пустот не только снижает массу изделий, но и ускоряет и облегчает процессы сушки и обжига. У них гораздо меньше дефектов, а прочность их такая же, как у полнотелого кирпича. Кирпич обыкновенный полнотелый Кирпич обыкновенный пустотелый Пустотелые кирпичные блоки

Слайд 23

Натуральная керамическая или глиняная черепица является одним из древнейших кровельных материалов. История ее применения насчитывает уже не одно тысячелетие. Керамическая черепица – самый популярный материал в Европе: более половины европейских скатных крыш – керамические. Такая популярность черепицы обусловлена, прежде всего, ее уникальными характеристиками: Привлекательный внешний вид; Долговечность; Огнестойкость; Экологичность; Устойчивость к агрессивным средам, ультрафиолету и ветровым нагрузкам; Низкая теплопроводность, способность поглощать шум. Сырьем для черепицы служат кирпичные глины с улучшенным качеством подготовки. Недостатком черепичной кровли является большая масса и трудоемкость укладки.

Слайд 24

АНГОБ НАТУРЬ ГЛАЗУРЬ

Слайд 25

Отделочные керамические материалы

Различают отделочную керамику для наружной, внутренней облицовки и для покрытия пола. Лицевой кирпич имеет повышенное качество поверхности, его готовят из бело- и красножгущихся глин. Иногда ему придают цвет окрашивающими добавками. Декорируют его ангобами и двухслойным формованием для экономии беложгущихся глин. Иногда применяют глазури, они декоративны и очень долговечны (сохраняют цвет сотни лет). Лицевой кирпич Коврово-мозаичные покрытия

Слайд 26

Керамические плитки в виде ковра утапливают в раствор или бетон стен с последующим смыванием бумажной основы. Этот процесс может осуществляться и на заводе и на стройке. Фасадные керамические плитки используют для наружной облицовки зданий и подземных сооружений. Их выпускают различных размеров от 65х120 до 600х1200 мм. Тыльная сторона плиток имеет рифление. Крупноразмерные крепят на фасадах при помощи металлических приспособлений. Один из вариантов таких плит называют керамическим гранитом. Терракота– классический старинный и современный материал, получаемой обжигом глины и последующими обработками поверхности. Крупноразмерные облицовочные изделия в виде плит, частей колонн, наличников и других архитектурных деталей применяли еще в Древней Греции. Её возродили при строительстве в Москве в 40-50 годы всех высотных зданий. Фасонные терракотовые изделия для фасадов Терракотовые пластины для дизайнерских проектов Терракотовая плитка ручного изготовления Ковровая терракотовая мозаика

Слайд 27

Плитки для внутренней облицовки стен выпускают самых различных размеров от 70х70 до 330х330. Также выпускают для нее различные доборные элементы – фризы, пояски и т.д Плитки имеют пористый черепок и с лицевой стороны покрыты глазурью, которая не только украшает их, но и придает им водо- и химическую стойкость. Такие плитки используют во влажных помещениях. Их нельзя применять для устройства полов и для наружной отделки. Плитки для полов изготавливают из тугоплавких глин. Они почти не имеют пор и практически водонепроницаемы. Их часто называют метлахские (от названия немецкого города Mettlach). Плитки могут быть окрашены по всей массе или иметь окрашенный верхний слой. У них высокая износостойкость и прочность. Такой пол называют холодным из-за высокого теплоусвоения керамического покрытия. В России полы из такой плитки принято устраивать в помещениях с сырым режимом эксплуатации.

Слайд 28

КЕРАМОГРАНИТ Этот материал относительно новый, но уже завоевал популярность у любителей строить-перестраивать. Керамогранит (грес) - неэмалированная керамическая плитка одинарного обжига, изготовленная из светлых глин, кварцевого песка, полевого шпата и минеральных пигментов-красителей. Керамогранит с основой из красной глины называется «красный грес». Достоинства: низкий коэффициент водопоглощения - меньше 0,05 % (для сравнения: у натурального гранита - 0,5 %) стойкость к перепадам температур твердость непористая структура ударопрочность стойкость к истиранию. Керамогранит под дерево

Слайд 29

Керамические плитки для отделки стен

Слайд 30

Фотокерамика

Слайд 31

Керамический плинтус для пола Стандартный керамический плинтус имеет в основании треугольную форму с вогнутой серединой или рельефом. Но не меньшей популярностью пользуют плоские фризы с узким основанием и мягкой фаской по верхнему краю. Применение таких плинтусов облегчает процесс установки мебели, поскольку ее можно придвинуть к стене практически вплотную. Высота изделий тоже различна - от узеньких в 1,5 см до широких в 8-10 см, однако с учетом высоты плитки в конкретной коллекции. Поверхность может быть однотонной, с узором или фактурной, как с матовым, так и с глянцевым покрытием. Плинтус подбирают не только для отделки стыка между полом и стеной, но и для того, чтобы закрыть зазор между стеной и ванной (раковиной), поскольку традиционно у нас сантехническое оборудование ставят вплотную к стене для экономии места. Плинтус, карандаши, фризы, пояски и бордюр

Слайд 32

Специальные виды керамических материалов

Санитарно-техническую керамику (раковины, унитазы, трубы) изготавливают из фаянса и фарфора. Фаянс– тонкая керамика, получаемая из беложгущихсяглин (60…65%), кварца(30…35%) и полевого шпата (3…5%). Отформованное и высушенное изделие дважды подвергают обжигу: первичному, и после нанесения глазури повторному. Глазурирование фаянса необходимо, так как он имеет пористый черепок (П=20…25%) и высокое водопоглощение.

Слайд 33

Фарфор – изделия тонкой керамики. Его получают так же, как и фаянс, несколько изменяя состав сырьевых компонентов (большее до 20…25% содержание полевых шпатов). Фарфор имеет плотный полностью спекшийся черепок, просвечивающий в тонком слое. Фарфоровые изделия санитарно-технического назначения также покрывают глазурью для придания им гладкости и улучшения санитарно-гигиенических свойств. Керамические санитарно-технические изделия отличаются декоративностью, универсальной химической стойкостью; благодаря твердой и гладкой поверхности они легко чистятся, длительное время сохраняя свои свойства. Недостаток таких изделий, как и керамики в целом, – хрупкость. Но несмотря на это керамика остается лучшим материалом для санитарно-технических изделий. Канализационные трубы изготавливают из пластичных тугоплавких глин и покрывают глазурью снаружи и изнутри, что обеспечивает их полную водонепроницаемость, химическую стойкость и высокую пропускную способность. Они рассчитаны на давление 0,2МПа. Длина их составляет 800-1200 мм, диаметр 150-600 мм.

Слайд 34

Огнеупорные керамические материалы

Огнеупорные материалы получают по керамической техноло-гиииз различных сырьевых компонентов. Их разделяют на огнеупорные (температура размягчения 1580…1770 о С), высокоогнеупорные (1770…2000 о С) и высшей огнеупорности (>2000 о С). В зависимости от химико-минералогического состава огнеупоры могут быть кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезиальные, хромитовые, графитовые. Кремнеземистые огнеупоры (основной компонент – (SiO 2) по строению могут быть стеклообразные (кварцевое стекло) и кристаллические (динасовые огнеупоры). Динасовыеогнеупоры получают обжигом при температуре около 900 о С кварцевого сырья (молотый кварцевый песок с добавкой известковой или другой связки) Огнеупорность этих материалов – 1600…1700о С. Их применяют для устройства сводов стеклоплавильных и стекловаренных печей.

Слайд 35

Кварцевое стекло хорошо работает при температурах до 1000 о С; при более высоких температурах оно расстекловывается (кристаллизуется) и крошится. Алюмосиликатныеогнеупоры делят на три группы: полукислые и шамотные и высокоглиноземистые. Полукислые огнеупоры изготавливают обжигом кварцевых пород на глиняной связке. Огнеупорность этих материалов – 1580…1700 оС. Шамотные огнеупоры получают обжигом смеси шамота и огнеупорной глины. Они отличаются термостойкостью и шлакоустойчивостью. Их огнеупорность составляет до 1500 оС. Высокоглиноземистые огнеупоры содержат более 45% глинозема. Их получают из бокситов. При повышении содержания глинозема до 60% огнеупорность этих материалов может достигать 2000 оС. Применяют их для кладки доменных и стекловаренных печей.

Посмотреть все слайды

• В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.
• Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как материал в промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), строительстве, искусстве, широко используется в медицине, науке. В XX столетии были созданы новые керамические материалы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.
• Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой.

• Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие основные фазы:

• Приготовление шликера;
• Формовка изделия;
• Сушка;
• Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка);
• Обжиг.

• Сырьё для керамических масс подразделяется на пластичное (глины и каолины) и непластичное. Добавки шамота и кварца уменьшают усадку изделий и вероятность растрескивания на стадии формования. В качестве стеклообразователей используют свинцовый сурик, буру.

Приготовление шликера идёт в три фазы:

• Первая фаза: помол полевого шпата и песка (помол ведётся от 10 до 12 часов);
• В первую фазу добавляется глина;
• Во вторую фазу добавляется каолин. Готовый шликер сливается в ёмкости и выдерживается.

Транспортировка из сырьевого склада производится при помощи погрузчика в приёмные бункера. Откуда по конвейеру отправляется либо в шаровую мельницу (для помола), либо в турборастворители (для роспуска глины и каолина)

Работа на ножном гончарном круге. Изображение на керамической плитке.

КЕРАМИЧЕСКАЯ УРНА - образец гончарного искусства майя.

История отечественной керамической плитки

• На Руси керамическая плитка появилась в IX веке с приходом христианства. В языческий период в качестве строительных материалов преимущественно использовались камень и древесина.

Слайд 2

Исторически под керамикой понимали изделия и материалы, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками. Позднее с целью придания глиняным изделиям твердости, водо- и огнестойкости стал широко применяться обжиг. Слово"керамика" пришло к нам из древнегреческого языка (керамос – обожженная глина, керамике – гончарное искусство).

Слайд 3

По мере технического прогресса формируется класс технической керамики. Понятие "керамика" начинает приобретать более широкое значение: помимо традиционных материалов, изготавливаемых из глин, к ней стали относить материалы, получаемые из чистых оксидов, карбидов, нитридов и т.д. Важнейшими компонентами современной технической керамики являются оксиды алюминия, циркония, нитриды кремния, бора, алюминия, карбиды кремния и бора и др.

Слайд 4

Достоинства и перспективность керамики исключительное многообразие свойств по сравнению с другими типами материалов доступность сырья низкая энергоемкость технологий экологичность производства биологическая совместимость Основными производителями керамики являются США и Япония (38 и 48% соответственно). США доминируют в области конструкционной керамики. В Японии наряду с производством конструкционной керамики, динамично развивается сфера функциональной керамики.

Слайд 5

Определение понятия «керамика»

Керамика – это поликристаллические материалы и изделия из них, состоящие из соединений неметаллов III–VI групп периодической системы с металлами или друг с другом и получаемые путем формования и обжига соответствующего исходного сырья. Исходным сырьем могут служить как вещества природного происхождения (силикаты, глины, кварц и др.), так и получаемые искусственно (чистые оксиды, карбиды, нитриды и др.).

Слайд 6

Классификация керамики по химическому составу

1. Оксидная керамика. Данные материалы состоят из чистых оксидов Al2O3, SiO2, ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, TiO2, UO2, оксидов редкоземельных металлов, их механических смесей (ZrO2-Al2O3 и др.), твердых растворов (ZrO2-Y2O3, ZrO2-MgO и др.), химических соединений (муллит 3Al2O32SiO2 и др.) 2. Безоксидная керамика. Этот класс составляют материалы на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, фосфидов, арсенидов и халькогенидов (кроме оксидов) переходных металлов и неметаллов III–VI групп периодической системы.

Слайд 7

Классификация керамики по назначению

1. Строительная керамика. 2. Тонкая керамика. 3. Химически стойкая керамика. 4. Огнеупоры. 5. Техническая керамика.

Слайд 8

Классификация технической керамики

1. Конструкционная керамика 2. Инструментальная керамика 3. Электрорадиотехническая керамика 4. Керамика с особыми свойствами

Слайд 9

Другие классификации технической керамики

Традиционная Новая Вязкая Нанокерамика

Слайд 10

Структура керамики

Кристаллическая фаза - химические соединения, твердые растворы, фазы внедрения. Аморфная фаза - стеклообразующий оксид SiO2. Закрытые поры – не сообщающиеся с окружающей средой. Открытые поры – сообщающиеся с окружающей средой.

Слайд 11

Показатели пористости и плотности керамик

1. Истинная (теоретическая) плотность и, г/см3 – плотность беспористого материала. 2. Кажущаяся плотность к, г/см3 – плотность материала, содержащего поры. 3. Относительная плотность  = (к/и)100% . 4. Истинная пористость Пи = (Vк-Vи)/Vк)100% = (1- к/и) 100% , – суммарный объем всех пор. 5. Кажущаяся (открытая) пористость Пк = (Vот/Vк) 100% – объем открытых пор, заполняемых водой при кипячении.

Слайд 12

Механические характеристики керамики

Типичная диаграмма  ­ для керамик при испытаниях до ~ 1000С

Слайд 13

сж, изг, HV, H, HRA, К1с, E, G Формула Вейбулла Формула Рышкевича – зависимость прочности от пористости, n=4…7 Модуль Юнга Модуль Гука Коэффициент Пуассона

Слайд 14

Лекция 2

Термомеханические, теплофизические и термические свойства керамики

Слайд 15

Термомеханические характеристики керамики

Кратковременная прочность при температуре службы Температура деформации под нагрузкой Ползучесть

Слайд 16

Схема определения температуры деформации керамики под нагрузкой Предельная температура эксплуатации tнр

Слайд 17

Условный предел ползучести – напряжение, которое вызывает за установленное время испытания при данной температуре заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) или заданную скорость ползучести на прямолинейном участке кривой ползучести

Слайд 18

Первичная кривая ползучести: н – удлинение при нагружении; п –полное (упругое + остаточное) удлинение на криволинейном участке); с – суммарное (упругое + остаточное) удлинение за время испытания; у – упругое удлинение; о –остаточное удлинение.

Слайд 19

Определение условного предела ползучести керамики испытывают серию образцов при tзад и 1-3 определяют среднее значение c, oи d/dна участке II для каждого  строят диаграммы  -  или  - d/dмежду на участке II в логарифмической системе координат по этим диаграммам находят предел ползучести 0,2 не менее, чем при трех tзад строят диаграмму 0,2 - t

Слайд 20

Теплофизические свойства

Теплоемкость Теплопроводность Температуропроводность Термическое расширение Имеют очень важное значение, т.к. определяют термостойкость керамики.

Слайд 21

Теплоемкость керамик

Cv=dE/dT Выше Д соответствует правилу Дюлонга-ПтиCv=n3R: -для двухатомных кристаллов Cv=6R50 Дж/мольК (MgO) -для трехатомных – 9R75 Дж/мольК (ZrO2) -для пятиатомных – 15R 125 Дж/мольК (Al2O3)

Слайд 22

Слайд 23

Теплопроводность керамик

dQ/dt = -  dT/dx В оксидных керамиках имеет фононную природу: ф = (1/3) Cvvф lф В безоксидных керамиках типа карбидов и нитридов переходных металлов, наряду с фононной теплопроводностью значительна и электронная: э = (1/3) Сvэ vэ lэ, гдеСvэ= Сат.э ne/zNa–теплоемкость единицы объема электронного газа, Сат.э= 3R/2, vэ– скорость электронов с энергией, близкой кEF

Слайд 24

Зависимость теплопроводности от температуры для большинства керамик Связь теплопроводности керамики с ее пористостью. n=1,5-2 Например, при пористости 0,5  уменьшается в 4 раза

Слайд 25

Характеристики термического расширения керамики Истинный ТКЛР Средний ТКЛР Линейное расширение Для керамик

Слайд 26

Термические свойства

Огнеупорность – способность противостоять действию высоких температур, не расплавляясь. Определяется температурой падения пироскопа. Важнейшее свойство огнеупоров

Слайд 27

Термостойкость – способность керамики выдерживать колебания температуры не разрушаясь, в процессе ее эксплуатации. Методы оценки - T= (1-)в/cE Для огнеупоров применяется непосредственный метод определения термостойкости: нагрев торца кирпича до 850С и 1300С с последующим охлаждением в проточной воде. Термостойкость оценивается числом теплосмен до потери изделием 20% веса за счет разрушения. По потере механической прочности при термоциклировании По предельному значению T, при котором образец разрушается

Слайд 28

Термическое старение керамики Увеличение размера зерна материала, обусловленное процессом рекристаллизации при высокотемпературной эксплуатации изделий. Размер зерна может достигать сотен микрон, в результате чего прочностные характеристики керамики резко снижаются. Рост размера зерна определяется по формуле где D0 – исходный размер зерна, Q – энергия активации рекристаллизации, n=const (для оксидов n=1/3),  - время выдержки при температуре Т,ч.

Слайд 29

Лекция 3

Электрофизические, химические свойства керамики

Слайд 30

Электрофизические свойства керамики диэлектрическая проницаемость , температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК, - удельное объемное и поверхностное сопротивление vи s, - диэлектрические потери tg, - электрическая прочность или пробивная напряженность Uпр.

Слайд 31

Диэлектрическая проницаемость Отношение зарядов Q и емкостей С на обкладках конденсатора при замене пластин из данного диэлектрика на вакуум. Qм– заряд конденсатора с пластинкой из диэлектрика; Qв– заряд конденсатора с вакуумом. Такое изменение электрической емкости конденсатора происходит в результате явления поляризации диэлектрика. +++++++++++++++ +++++++++++++++ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Обкладка Керамика

Слайд 32

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение центра тяжести и деформацию отрицательно заряженного электронного облака под влиянием электрического поля. Ионная поляризация– это относительное смещение упруго связанных ионов различных зарядов. Этот вид поляризации присущ всем видам керамики, содержащей кристаллические вещества ионного строения. Ионная поляризация также протекает мгновенно. Если же на возврат электронов или ионов требуется какой-либо заметный промежуток времени, т. е. релаксация протекает во времени, то различают электронно- и ионно-релаксационную поляризацию. Спонтанная поляризация представляет собой направленную в отношении внешнего электрического поля ориентацию электрических моментов, расположенных хаотически в отдельных областях кристалла (доменах) до наложения электрического поля. В большинстве оксидных, силикатных и алюмосиликатных керамических материалов составляет 6-12. Однако  некоторых керамик достигает нескольких тысяч (например, BaTiO3).

Слайд 33

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК. Наибольшую ценность представляет керамика с низким ТК, позволяющая обеспечить температурную стабильность электрических схем, включающих керамический диэлектрик.

Слайд 34

Наибольшую ценность представляет керамика с низким ТК, позволяющая обеспечить температурную стабильность электрических схем, включающих керамический диэлектрик.

Слайд 35

Удельное объемное и поверхностное сопротивление vи s I I S n l d

Слайд 36

Электропроводность керамики где  – удельная электропроводность, q - заряд носителя в кулонах; n– число носителей в единице объема, =v/E – подвижность носителей заряда, см2/(сВ) В подавляющем большинстве случаев электропроводность керамики носит ионный характер. Ионы стекловидной фазы более подвижны, чем ионы кристаллической фазы. Именно они и являются основным источником электропроводности. Большой подвижностью обладают ионы щелочных металлов, особенно Na+, Li+. Поэтому в электроизоляционной керамике содержание щелочных оксидов должно быть минимальным.

Слайд 37

Зависимость электропроводности и электросопротивления оксидной керамики от температуры где 0, 0, – значения электропроводности и удельного объемного сопротивления при 0°С; – температурный коэффициент. С повышением температуры электропроводность оксидной керамики увеличивается, так как подвижность ионов в результате нагрева возрастает.

Слайд 38

Диэлектрические потери При воздействии на керамический материал электрического поля поглощается некоторое количество электрической энергии. Эту энергию, затраченную на работу перемещения структурных элементов кристаллической решетки, называют диэлектрическими потерями. Диэлектрические потери сопровождаются нагревом керамики, в некоторых случаях значительным. Диэлектрические потери оценивают по углу диэлектрических потерь или тангесу этого угла. Углом диэлектрических потерь  называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз  между током и напряжением в емкостной цепи.

Слайд 39

U I j jr ja   В результате емкостного и активного сопротивления керамическим конденсатором поглощается энергии. Поглощенная мощностьсоставит Q = UIcos. В идеальном диэлектрике =90°, cos90°=0, следовательно, Q=0. В реальных диэлектриках  = (90°-). cos(90°-) =sin. ТогдаQ = UIsin. При малых  sintg. Итак, Q = UItg и tg = I/U = ja/jr.Этой величиной (tg ) и оценивают диэлектрические потери. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках складываются из затрат энергии на: сквозную электропроводность, поляризацию, ионизацию газообразной фазы.

Слайд 40

Диэлектрические потери, связанные со сквозной электропроводностью, могут быть вычислены по формуле tg = (l,81012)/(f), где  – диэлектрическая проницаемость; f– частота;  – удельное сопротивление. Диэлектрические потери, обусловленные поляризацией, наиболее значительны у легкополяризуемых видов керамики, обладающих релаксационной поляризацией. Особенно значительны эти потери у сегнетокерамики, для которой характерна спонтанная поляризация. Также источником потерь является газовая фаза, на ионизацию которой затрачивается некоторое количество энергии. Наименьшими диэлектрическими потерями обладает керамика с кристаллической структурой плотной упаковки и минимальным содержанием стекловидной фазы.

Слайд 41

Электрическая прочность керамики

Способность противостоять действию электрического поля. Характеризуется пробивным напряжением ипробивной напряженностью. Пробивная напряженность позволяет сравнивать свойства различных материалов: Епр= Unp/h, где Unp – пробивное напряжение, h – толщина испытуемого образца. Пробой керамического материала в полях высокой напряженности может происходить путем электрического или теплового пробоя. Электрический пробой имеет электронную природу - создается электронная лавина и материал теряет электроизолирующую способность. Тепловой пробой – результат резкого повышения температуры, сопровождающегося локальным проплавлением керамики под влиянием увеличения проводимости и диэлектрических потерь.

Слайд 42

Радиационная стойкость керамики

Способность сохранять свойства под действием определенной дозы ионизирующего излучения (потока -квантов и нейтронов). Оценивается интегральной дозой излучения, которая не приводит к изменению свойств керамики в определенных пределах, а также мощностью дозы облучения. Интегральная доза облучения - произведение величины потока нейтронов на время облучения (н/см2). Мощность облучения - величина потока нейтронов, проходящих через единицу поверхности облучаемой керамики в единицу времени н/(см2с). Нейтроны подразделяются по своей энергии на тепловые (с энергией от 0,025 до 1 эв), промежуточные (с энергией от 1 до нескольких тысяч эв) и быстрые (с энергией более 100 кэв).

Слайд 43

Нейтроны взаимодействуют с керамикой по механизму рассеивания или захвата. Различают упругое рассеивание нейтронов сопровождаемое только потерей ими кинетической энергии и неупругое, сопровождаемое распадом ядра с испусканием вторичного нейтрона и образованием стабильного радиоактивного ядра отдачи и испусканием гамма-квантов. Захват нейтронов вызывает распад ядра и сопровождается испусканием вторичных нейтронов, протонов, - и -частиц и ядерных осколков, образованием новых изотопов. Рассеивание и захват характеризуются поперечным «сечением рассеивания» и «сечением захвата», которые выражают вероятность данной ядерной реакции. Поперечное сечение имеет размерность площади и выражается в барнах (1 барн= 10-24см2).

Слайд 44

С уменьшением поперечного сечения вероятность реакции снижается.

Слайд 45

Изменение свойств керамики при интегральном потоке облучения 1020 н/см2 расширение кристаллической решетки на 0,1-0,3% снижение плотности на 0,2-0,5%, увеличение пористости фазовые переходы теплопроводность некоторых видов керамики снижается на порядок, уменьшается термостойкость увеличение коэффициента линейного расширения на 110-6 К-1 вследствие нарушения межкристаллических связей происходит прочности и твердости диэлектрические потери возрастают, диэлектрическая проницаемость и пробивная напряженность изменяются мало. возможно протекание ряда химических реакций, сопровождающихся выделением газов (СО, СO2, Н2O, O2, Не)

Слайд 46

Химические свойства керамики

Наиболее распространенными случаями химического взаимодействия между керамикой и другими веществами являются следующие: взаимодействие с кислотами и щелочами – коррозия в растворах. взаимодействие с расплавами, чаще металлическими – коррозия в расплавах. взаимодействие с газами – газовая коррозия.

Слайд 47

Коррозия в растворах Исследование коррозионной стойкости керамики в различных растворах кислот и щелочей необходимо для оценки возможности изготовления из нее деталей химической аппаратуры, насосов для перекачки кислот, подшипников, работающих в агрессивных средах и т.д. Для оценки стойкости обычно подсчитывется убыль массы керамического образца после его выдержки в растворе заданной концентрации. Часто образец выдерживается в кипящем растворе. Допустимая потеря массы в течение заданного времени для кислотоупорной керамики не должна превышать 2–3%.

Слайд 48

Коррозия в расплавах При плавке металла в тиглях из оксидной керамики возможно ее восстановление. Безоксидные керамики также используют для изготовления деталей, работающих в контакте с расплавами металлов. Правило выбора оксида материала тигля: теплота его образования должна быть больше, чем теплота образования оксида переплавляемого металла. При взаимодействии безоксидных керамик с расплавами металлов имеет место образование химических соединений, фаз внедрения, интерметаллидов. Коррозия керамики в расплавах определяется методами микроскопического, химического, фазового анализа, позволяющими определить наличие и количество продуктов взаимодействия.

Слайд 49

Газовая коррозия При эксплуатации керамика должна противостоять действию газообразных галогенов, сернистого газа, оксидов азота, различных углеводородов и др. Если в состав керамики входят элементы с переменной валентностью, то при некоторых условиях газовой среды возможны окислительно-восстановительные реакции с образованием более легкоплавких соединений. Особенно усиливается воздействие газов во влажной среде и при повышенных температурах. Стойкость керамики против газообразных агентов зависит во от химического и фазового состава.

Слайд 50

Оксидные керамики не подвержены окислению. Безоксидная керамика окисляется при нагреве на воздухе до высоких температур. В реальных условиях эксплуатации изделий из безоксидной керамики в двигателях к процессу окисления добавляется коррозионное воздействие продуктов сгорания топлива, содержащих Na, S, V. По окислительной способности SО2 примерно в 15 раз превосходит воздух. Высокую коррозионную активность имеют образующиеся при сгорании топлива Nа2SО4 и V2О5. Однако окисление керамики в некоторых случаях приводит к повышению ее прочности.

Слайд 51

Ввиду довольно высокой коррозионной стойкости керамики трудно оценивать степень ее коррозионного повреждения по изменению массы образцов, глубине проникновения коррозии, количеству очагов коррозии, и т.п., как это делается для металлов. Поэтому действие коррозии керамики оценивают по изменению ее механических характеристик. Имеется еще большое количество случаев, когда керамика вступает в ту или иную реакцию с соприкасающимися материалами. Например, взаимодействие керамики с расплавленными стеклами при их плавке, шлаками, различными солевыми расплавами и т. д. Подобное многообразие вариантов химического взаимодействия керамики с другими средами не дает возможности создать единой методики оценки химической устойчивости керамики.

Слайд 52

Традиционное использование керамики

строительная керамика огнеупоры химически стойкая керамика тонкая керамика

Слайд 53

Исходные материалы традиционных керамик

глинистые материалы – глины и каолины непластичные материалы –кварц, полевой шпат, мел и др. Глины представляют собой смесь глинистых минералов, каолин - мономинеральная глина. Наиболее распространенными глинистыми минералами являются каолинит Al2O32SiO22H2O, монтмориллонит Al2O34SiO2Na2OnH2O, гидрослюда (иллит) K2OMgO4Al2O37SiO22H2O. Видно, что глинистые минералы являются алюмосиликатами, в некоторых случаях содержащими оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов.

Слайд 54

Все глинистые минералы обладают слоистой структурой, похожей на структуру слюды. При смешивании глины с водой последняя входит в межслоевые пространства глинистого минерала, и его слои получают возможность сдвигаться один относительно другого по водяной пленке и закрепляться в новом положении. Такая способность минералов объясняет важнейшее свойство глины – ее пластичность.

Слайд 55

Непластичные материалы разделяются на так называемые отощители, плавни, органические и специальные добавки. Отощители предназначены для снижения пластичности глин. Они могут быть природными – кварц, кварцевый песок и искусственными – шамот (обожженная размолотая глина). Плавни применяются для снижения температуры спекания и повышения плотности спеченного материала. Самыми распространенными плавнями являются полевые шпаты, представляющие собой алюмосиликаты, содержащие оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. Органические добавки служат для активации процесса спекания, а также для получения пористой структуры, специальные добавки применяются для достижения заданных физико-химических характеристик материала.

Слайд 56

Строительная керамика - стеновая - фасадная - керамика для изделий для подземных коммуникаций керамические заполнители К стеновым материалам относят, прежде всего, кирпич. Для его изготовления используются легкоплавкие глины: гидрослюды с примесями каолинита, монтмориллонита, гематита и др. Фасадная керамика – лицевые кирпичи, фасадные плитки изготавливаются в основном из тугоплавких глин (с преобладанием каолинита) и некоторых легкоплавких глин.

Слайд 57

Высокая коррозионная стойкость керамики позволяет использовать изделия из нее для прокладки подземных коммуникаций. К таким изделиям относятся дренажные и канализационные трубы. Дренажные трубы применяют для устройства водоотводных сетей. Для их производства используются легкоплавкие глины, аналогичные применяемым в производстве кирпича. Канализационные керамические трубы должны быть плотными и химически стойкими. Основное сырье для их производства – тугоплавкие или огнеупорные глины, а также смеси различных глин. К керамическим заполнителям относят керамзит – гранулированный вспученный материал, имеющий в изломе структуру застывшей пены. Изготавливается керамзит из гидрослюд с добавками железной руды, каменного угля, торфа, мазута. Основное назначение добавок – повышение вспучиваемости глин в процессе обжига.

Слайд 58

Тонкая керамика Разделяют на фарфор и фаянс. Фарфор изготавливают из тонкой смеси каолина и огнеупорной глины (20–65%), кварца (9–40%) и полевого шпата (18– 52%). Структура фарфора: стеклофаза (до 60%) кристаллическая фаза - муллит 3Al2O32SiO2 (до 25%). Пористость составляет 3–5%. Изделия из фарфора, как правило, глазуруют. Фарфор применяется для изготовления химически стойкой посуды, электрических изоляторов различного назначения (электрофарфор).

Слайд 59

Фаянс отличается от фарфора большей пористостью (до 14%), низкими физико-механическими характеристиками, в связи с чем его применение в технике ограничено. Структура фаянса представлена зернами глинистого дегидратированного вещества и кварца, сцементированными небольшим количеством стекловидной фазы, которая образуется при взаимодействии плавней с глиной, каолином, кварцем. Из фаянса изготавливают изделия хозяйственного, санитарно-технического назначения, а также облицовочные плитки.

Слайд 60

Огнеупоры Материалы и изделия, способные выдерживать механические и физико-химические воздействия при высоких температурах и применяемые для кладки различных теплотехнических агрегатов. Виды огнеупоров: кремнеземистые алюмосиликатные магнезиальные К кремнеземистым огнеупорам относятся динас и кварцевая керамика. Основным компонентом в них является кремнезем SiO2.

Слайд 61

Динас содержит не менее 93% SiO2 в форме тридимита (до 70%) или кристобалита. Динас получают из кварцитов, реже из кварцевого песка. Огнеупорность до1710–1730°С, высокая жаропрочность, стойкость к кислым расплавам. Применяется для кладки сводов и стен мартеновских и стекловаренных печей. Кварцевая керамика – аморфный материал белого цвета, состоящий из спеченных зерен кварцевого стекла, имеет огнеупорность до 2200°С (кратковременно), чрезвычайно высокую термостойкость (t свыше 1000°С) вследствие низкого ЛКТР. Применяется как огнеупор в металлургии, стекловаренной промышленности. Как техническая керамика – в ракетной технике для изготовления обтекателей антенн.

Слайд 62

Алюмосиликатные огнеупоры получают на основе двухкомпонентной системы Al2O3-SiO2. Основные виды: шамотные и высокоглиноземистые Шамотные огнеупоры содержат 28-45% Al2O3. Изготавливают из огнеупорных глин и каолинов и шамота (40-85%). Имеют огнеупорность 1580–1750°С и применяются для кладки большинства теплотехнических агрегатов. Высокоглиноземистые огнеупоры содержат более 45% Al2O3. Вследствие этого данные материалы имеют повышенные физико-механические свойства и огнеупорность до 2000°С. Высокоглиноземистые изделия применяются для кладки доменных печей.

Слайд 63

Магнезиальные огнеупоры подразделяются на магнезитовые и доломитовые. Магнезитовые огнеупоры состоят из минерала периклаза MgO. Их огнеупорность превышает 2000°С. Применяются в сталеплавильной промышленности. Сырьем для их производства служит магнезит MgCO3. Доломитовые огнеупоры получают путем спекания смеси доломита CaCO3MgCO3 и кварцитов. Они имеют огнеупорность до 1780°С, характеризуются длительностью службы и применяются для кладки мартеновских и вращающихся печей.

Слайд 64

Общая схема технологии традиционной керамики Получение исходного сырья Формование изделий Сушка Обжиг (спекание)

Слайд 65

Получение и подготовка исходных материалов В технологии традиционной керамики используется природное сырье (глины, полевой шпат, пески), подвергнутое соответствующей обработке. Обработка включает в себя измельчение и смешивание компонентов. Глинистые материалы обрабатывают в глинорезательных машинах, подсушивают и затем измельчают в дезинтеграторах. Отощители, плавни измельчают в дробилках, шаровых, вибрационных мельницы. После измельчения порошки просеивают для получения нужных фракций. Компоненты шихты должны быть тщательно перемешаны и иметь необходимую степень влажности.

Слайд 66

Формование Используют метод полусухого прессования, методы формования пластичных масс. Прессование осуществляется на прессах различных конструкций в металлических пресс-формах либо на установках для гидростатического прессования. В первом случае достигается высокая производительность процесса, во втором – возможность получения равноплотных изделий сложной конфигурации. Полусухое прессование используется в технологии огнеупоров, стеновой керамики, электрофарфора.

Слайд 67

Пластическое формование наиболее распространено в технологии традиционной керамики. Методы пластического формования: экструзия (выдавливание), штампование и вытачивание. Во всех методах сырье содержит воду в количестве 30–50 об. %. Экструзия осуществляется на непрерывных прессах через профильные мундштуки. Этот способ используется в производстве кирпича, труб, а также некоторых изделий технической керамики (стержни, трубки). Штампование применяется для получения изделий с более точными размерами, хорошей поверхностью. Таким способом формуют огнеупоры, кислотоупорные кирпичи. Метод вытачивания используется в производстве фарфора и фаянса.

Слайд 68

В производстве традиционной керамики важной операцией является сушка отформованных изделий, поскольку они содержат значительное количество временной связки (до 25%). Сушка происходит в туннельных сушилках с воздушным, газовым или паровоздушным теплоносителем. Содержание влаги после сушки не превышает 1–3%. Время сушки в зависимости от вида изделия может колебаться от 6 мин до нескольких суток.

Слайд 69

Обжиг является определяющей операцией в технологии керамики. Во время обжига протекают следующие процессы: - спекание спрессованных частиц - усадка или рост изделия - полиморфные превращения - химические реакции - стеклообразование - кристаллизация Движущей силой спекания является избыточная поверхностная энергия на границе раздела фаз порошковой системы. Различают следующие виды спекания: жидкофазное и твердофазное.

Слайд 70

При твердофазном спекании перенос вещества происходит за счет диффузии дефектов кристаллической решетки, главным образом вакансий. Контур места контакта частиц является источником вакансий вследствие их повышенной концентрации, а сама поверхность контакта и выпуклые поверхности частиц – стоком. Основными признаками спекания керамики являются повышение плотности и механической прочности изделия. При жидкофазном спекании компактирование происходит за счет сил поверхностного натяжения образующейся жидкой фазы.

Слайд 71

Модель твердофазного спекания частиц x y

Слайд 72

Модель жидкофазного спекания частиц x y Жидкая фаза не растворяет твердую Жидкая фаза растворяет твердую ж. ф. тв. ф. тв. ф. тв. ф. тв. ф. ж. ф.

Слайд 73

Техническаякерамика

Класс технической керамики объединяет большое количество керамических материалов, отличающихся как по химическому составу, так и по назначению. В то же время существуют признаки, общие для всех технических керамик, принципиально отличающие их от традиционных видов керамики: 1. Использование в основном, а для некоторых керамик исключительно синтезированного сырья (порошков). 2. Применение новых технологий (ПМ, ХИП, ГП, ГИП и др.) Свойства технических керамикв решающей степени зависят от технологии получения исходного сырья, компактирования и спекания изделий. Поэтому материалы одного и того же химического состава, но полученные различными способами, могут иметь качественно разные уровни физико-химических и механических характеристик и самые разнообразные области применения.

Слайд 74

Керамика на основе силикатов и алюмосиликатов

Основа - двойные или тройные силикаты или алюмосиликаты системы МgО-Аl2О3-SiO2. Таких соединений в этой системе четыре: 1. ЗАl2О3·2SiO2 – муллит, 2. МgО·SiO2 – клиноэнстатит, 3. 2МgО·SiO2 – форстерит, 4. МgО·2Аl2О3·5SiO2 – кордиерит. Соответственно называют и керамику - муллитовая, - муллито-корундовая, - клиноэнстатитовая (стеатитовая), - форстеритовая - кордиеритовая.

Слайд 75

Муллитовая и муллито-корундовая керамика (высокоглиноземистая)

Основа - муллит ЗАl2О3·2SiO2 и корунд α-Аl2О3.Cодержание α-Аl2О3 от 45 до 100%. 3 группы: Муллито-кремнеземистaя (45-70% Аl2O3). 2. Муллито-корундовая (70-95% Аl2O3). 3. Корундовая (95-100% Аl2O3).

Слайд 76

Технология высокоглиноземистой керамики

Сырье: - минералы андалузит, кианит, каолин, - добавки технического глинозема и электрокорунда. Муллито-кремнеземистую керамику получают из природного сырья без обогащения Al2O3 . Для получения муллитовой и муллито-корундовой керамики требуется предварительный синтез муллита в виде брикета, спека. Различают синтез: первичного муллита путем превращения каолинита или других глинистых минералов при t1200°С. Этот муллит составляет основную массу керамики. вторичного муллита взаимодействия вводимого Al2O3 с выделившимся при нагреве кремнеземом при t=1300–1600°С. В обожженном изделии различить эти виды муллита невозможно.

Слайд 77

Спеченный муллит подвергается помолу в шаровых мельницах, после чего следуют операции формования изделий: пластическое формование, горячее литье под давлением, прессование. Далее следует спекание отформованных изделий при температуре 1350–1450°С. Для снижения температуры спекания массы обычно вводят добавки в виде мрамора, доломита, магнезита, талька, углекислого бария и других веществ. При получении муллито-корундовой керамики в шихту обязательно вводят 10–15% предварительно обожженного глинозема, проводят мокрый помол, затем формование и спекание.

Слайд 78

Свойства и применение высокоглиноземистой керамики

Механические свойства спеченнойвысокоглиноземистой керамики возрастают с увеличением содержания Al2O3 и кристаллических фаз. изг200МПа, E250ГПа, HV=1000-2000.  муллито-кремнеземистых керамик 5,5-6,5, муллито-корундовых 6,5-9, корундовых 10,5-12 v зависит от фазового состава керамики и количества и состава стекловидной фазы, возрастает с увеличением содержания Al2O3. tg возрастают с увеличением содержания стекловидная фазы. Eпр=30-35кВт/мм. Основное применение: - вакуумная техника, - изоляторы запальных свечей ДВС, - детали электро- и радиоаппаратуры.

Слайд 79

Клиноэнстатитовая керамика

Основа - метасиликат магния MgO·SiO2 – клиноэнстатит. Сырьем является минерал тальк - водный силикат магния. Плотные разновидности талька называют стеатитом. Поэтому клиноэнстатитовая керамика часто называется стеатитовой или просто стеатитом. Клиноэнстатит существует в трех модификациях: энстатит при 1100-1260°С необратимо переходит в протоэнстатит, при охлаждении протоэнстатит при 800-1000°С переходит в клиноэнстатит. При неполном переходе протоэнстатита в клиноэнстатит в изделиях возникают объемные изменения керамики (до 6%), которые приводят к деградации механических и электрофизических свойств – происходит старение стеатита. Необходимо повышать вязкость стекловидной фазы, тормозящей рост кристаллов протоэнстатита.

Слайд 80

Технология, свойства и применение клиноэнстатитовой керамики

дегидратация талька при 850–1300°С смешивание и мокрый помол компонентов в шаровых мельницах, обезвоживание массы на фильтрпрессе до влажности 18–22%, получение заготовок на вакуумных прессах пластическое формования: обтачивание на токарных станках, лепка в гипсовых формах, экструзия и др. Применяется также сухое прессование, штамповка, горячее литье термопластичных шликеров. спекание при 1170–1340°С в зависимости от состава в электрических печах с карбидокремниевыми нагревателями Имеет малые tg, высокую Eпр. Применяется как высокочастотный диэлектрик, изолятор для электровакуумной аппаратуры, в высоковольтной технике.

Слайд 81

Форстеритовая и кордиеритовая керамики

Форстеритовой называется керамика на основе ортосиликата магния 2МgО·SiO2 – форстеритa. Достоинство - вследствие отсутствия полиморфных превращений не подвержена старению. Керамика на основе кордиерита 2МgО·2Аl2О3·5SiO2 называется кордиеритовой. Состав кордиерита в масс.%: МgО-13,7; Аl2О3-34,9; SiO2- 51,4. Сырье - тальк, огнеупорные глины, технический глинозем. Изделия из форстерита и кордиерита формуют горячим литьем, прессованием, экструзией, штамповкой. Температура спекания форстеритовой керамики составляет 1220 – 1380°С, кордиеритовой - 1300–1410°С. Для расширения интервала спекания кордиерита рекомендуется вводить 2–4% оксидов щелочных металлов.

Слайд 82

Свойства и применение форстеритовой и кордиеритовой керамики

Плотная спеченная форстеритовая керамика обладает высокими электрофизическими характеристиками. Благодаря высокому коэффициенту линейного расширения форстеритовая керамика находит применение в элекровакуумной технике как изолятор на контакте с металлами, главным образом с титаном. Спеченная кордиеритовая керамика имеет очень низкий коэффициент термического расширения и, как следствие, высокую термостойкость. Это позволяет применять ее для изготовления дугогасительных камер в высоковольтных выключателях, а также для изготовления термостойкой посуды.

Слайд 83

Другие виды алюмосиликатной и силикатной керамики

Цельзиановая керамика Основа - алюмосиликат бария ВаО2·Аl2O3·2SiO2 – цельзиан. Цельзиан кристаллизуется в моноклинной сингонии. При температуре выше 1100°С он переходит в гексагональную модификацию. Технология: - синтез цельзиана в брикете при t=1250-1300°С, размол и измельчение. - пластификация порошка, прессование. - спекание при t=1380-1400°С в слабоокислительной и нейтральной средах. Цельзиановая керамика имеет низкие tg, высокое v и малый ЛКТР. Благодаря этим свойствам цельзиановая керамика находит применение для изготовления некоторых радиотехнических деталей.

Слайд 84

Литиевая керамика Основа - алюмосиликаты лития, преимущественно сподумен Li2О·Аl2O3·4SiO2. Изделия можно получать практически всеми способами керамической технологии. Температура синтеза литиевой керамики и спекания изделий составляет 1200-1250°С. Литиевая керамика имеет низкий, а отдельные ее составы отрицательный ЛКТР до 700°С, который обуславливает ее хорошую термостойкость. Также литиевая керамика обладает достаточно высокими электроизоляционными свойствами, благодаря чему ее применяют в производстве некоторых видов изделий для радиотехники, работающих в условиях повышенных или переменных температур, а также других изделий, например воздухоподогревателей, работающих в условиях резких смен температур.

Слайд 85

Волластонитовая керамика Основа - природный минерал волластонит - метасиликат кальция СаО·SiO2 . Технология. - пластификация масс небольшим количеством глинистых и флюсующих добавок. - прессование. - спекание при t=1200–1300°С. Усадка невелика, что дает возможность изготавливать изделия с точными размерами. Волластонитовая керамика из чистых разновидностей природного волластонита имеет высокий уровень электрофизических характеристик и хорошую термостойкость.

Слайд 86

Керамика на основе Al2O3 Химическое соединение с ионно-ковалентным типом связи кристаллической решетки. Имеет α-, β- и γ-модификации глинозема, причем α- и γ-Аl2O3 представляют собой чистый оксид алюминия, а β- модификация – соединение оксида алюминия со щелочными и щелочно-земельными оксидами. В природе встречается только α-Al2O3 в виде минералов корунда, рубина, сапфира, который кристаллизуется в тригональной сингонии. Кубический γ- и гексагональный β-Al2O3 являются нестабильными модификациями, которые при нагреве свыше 1500°С переходят в α-Al2O3. Корундовой технической керамикой называется керамика, содержащая более 95% α-Аl2О3. В литературе встречаются частные названия корундовой керамики: алюминооксид, корундиз, синоксоль, миналунд, М-7, 22ХС, микролит, сапфирит, поликор и др.

Слайд 87

Исходные материалы 1. Глинозем. Его получают путем разложения минерала боксита, представляющего собой смесь гидроксидов алюминия раствором едкой щелочи с образованием алюмината натрия, который переходит в раствор. NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOH. Гидроксид алюминия прокаливают при температуре 1150–1200°С. В результате образуется порошок технического глинозема. Полученные порошки представляют собой шарообразные (сферолитные) агломераты кристаллов γ-Аl2O3 размером менее 0,1мкм. Средний размер сферолитов составляет 40–70мкм. 2. Электроплавленый корунд. Белый электрокорунд (корракс, алунд) получают путем плавки в электрических дуговых печах технического глинозема. Содержание α-Аl2О3 в белом электрокорунде составляет 98% и более.

Слайд 88

Для получения ультрадисперсных порошков Аl2O3, которые используются в технологии конструкционной и инструментальной керамики, широкое распространение получили способы совместного осаждения гидроксидов (СОГ) и плазмохимического синтеза (ПХС). Сущность метода СОГ заключается в растворении солей алюминия, например AlCl3 в растворе аммиака и последующем выпадении образующихся гидратов в осадок. Процесс ведут при низких температурах и больших сроках выдержки. Полученные гидроксиды сушат и прокаливают, в результате образуется порошок Аl2O3 с размером частиц 10–100нм. В технологии ПХС водный раствор Al(NO3)3 подается в сопло плазмотрона. В каплях раствора возникают чрезвычайно высокие температурные градиенты, происходит очень быстрый процесс синтеза и кристаллизации Аl2O3. Частицы порошка имеют сферическую форму и размер 0,1–1мкм.

Слайд 89

Порошки Аl2O3перед формованием подвергают прокаливанию при температуре 1500°С с целью обезвоживания и перевода в устойчивую и более плотную α-модификацию. Затем глинозем и электрокорунд измельчают до частиц размером 1–2мкмв шаровых, вибрационных мельницах. Формование корундовых изделий производят путем литья из водных суспензий, литья под давлением, одноосного статического прессования, гидростатического прессования, горячего прессования. Глиноземистые шликеры разжижаются как в кислой, так и в щелочной среде, причем имеются определенные интервалы значения рН, которым соответствует наибольшее разжижение. Перед литьем приготовленный шликер вакуумируют при остаточном давлении 15–20мм рт.ст. Изделия отливают в гипсовых формах. Отлитые изделия сушат при комнатной температуре. Литье используется для формования тонкостенных корундовых изделий сложной формы, не испытывающих в процессе эксплуатации значительных механических воздействий.

Слайд 90

Для фомования изделий из Аl2O3 простой формы, например, втулок, режущих вставок, форсунок, фильер используется одноосное статическое прессование в металлических пресс-формах. В этом случае в порошок добавляется пластификатор, чаще всего каучук, в количестве 1–2% мас. Метод гидростатического прессования позволяет получать крупногабаритные керамические заготовки сложной формы. Равномерное распределение плотности в прессовке благоприятно сказывается на равномерности усадки при спекании. Наиболее прочные изделия из Аl2O3 получаются методом горячего прессования (ГП) в графитовых пресс-формах с покрытием из BN и горячего изостатического прессования (ГИП) в газостатах. При этом одновременно происходит уплотнение порошка в изделие и спекание. Давление прессования составляет 20–40МПа, температура спекания 1200–1300°С. Методы ГП и ГИП являются технологически сложными и энергоемкими.

Слайд 91

Спекание корундовой керамики в большинстве случаев является твердофазным. Температура спекания зависит от дисперсности и активности исходных порошков, условий спекания, вида и количества добавок. Максимальный размер частиц порошка Аl2О3 не должен превышать 3–5мкм. Температура спекания находится в пределах 1700–1850°С. Ультра- и нанодисперсные порошки Аl2О3 следствие высокой поверхностной энергии и дефектности могут спекаться до высокой плотности (0,95) при температуре 1600°С. Во многих случаях в корундовую шихту вводятся различные добавки. Добавка ТiO2 снижает температуру спекания корунда до 1500–1550°С. При этом образуется твердый раствор ТiO2 в Аl2О3, что вызывает искажение кристаллической решетки корунда, активное спекание и рекристаллизацию. Добавка 0,5–1%МgО сдерживает рекристаллизацию: размер кристаллов спеченной керамики не превышает 2–10мкм. Мелкозернистая структура корунда с добавкой МgО улучшает механические свойства корунда. Снижение температуры спекания корунда при введении МgО не наблюдается.

Слайд 92

Свойства корундовой керамики

Слайд 93

Традиционные сферы ее применения корундовой керамики: огнеупорная, химическая промышленность, электро- и радиотехника. С появлением новых технологий получения исходных порошков, формования и спекания изделий область применения корундовой керамики существенно расширилась. В настоящее время высокопрочные керамики на основе Аl2О3 используются для изготовления изделий конструкционного назначения, применяемых в машиностроении, авиационной и космической технике. Корунд является основным материалом в технологии минералокерамики, которая используются для чистовой обработки чугунов и некоторых сталей. Основой минералокерамики является Аl2О3 или его смесь с карбидами, нитридами и др.

Слайд 94

Физико-механические свойства инструментальной керамики на основе Аl2О3

Слайд 95

Керамика на основе диоксида циркония Особенностью диоксида циркония является его полиморфизм. Чистый ZrO2 при комнатной температуре находится в моноклинной фазе и при нагреве испытывает фазовые превращения. Переход t-ZrO2↔c-ZrO2 имеет диффузионную природу и играет очень важную роль при производстве так называемого частично стабилизированного диоксида циркония. Превращение m-ZrO2↔t-ZrO2 протекает по мартенситному механизму и сопровождается объемными изменениями 5–9%. Поэтому получать компактные изделия из чистого ZrO2 невозможно.

Слайд 96

Для повышения устойчивости t-фазы в ZrO2вводят добавки оксидов стабилизаторов: MgO, CaO, Y2O3 Рис.5. Диаграмма состояния системы ZrO2-Y2O3: T0 – температура перехода m-ZrO2↔t-ZrO2

Слайд 97

Помимо образования твердых растворов на основе ZrO2 используется другой способ стабилизации высокотемпературной модификации t-ZrO2в жесткой корундовой матрице.

Слайд 98

Эффект трансформационного упрочнения циркониевой керамики Реализуется в том случае, когда спеченный материал имеет в своем составе частицы t-ZrO2, способные превращаться в m-ZrO2. Возникающие при нагружении трещины распространяются в материале до тех пор, пока в их фронте не оказываются частицы t-ZrO2. Такая частица, находящаяся в сжатом (в корундовой матрице) или в когерентносвязанном с матрицей (при преобладании в составе материала c-ZrO2) состоянии устойчива к t→m - переходу даже при низких температурах. Попав в поле напряжений в вершине распространяющейся трещины, частица получает энергию, достаточную для превращения. Таким образом, энергия распространяющейся трещины переходит в энергию t→m - перехода и катастрофический рост трещины прекращается.

Слайд 99

Трещина t-ZrO2 t-ZrO2→m-ZrO2 Матрица (-Al2O3, c-ZrO2и др.) Схема трансформационного упрочнения циркониевых керамик

Слайд 100

Основные типы структур циркониевых керамик а – CSZ, б – ZTA, в – PSZ, г – TZP

Слайд 101

1. Стабилизированный диоксид циркония CSZ: кубический твердый раствор на основе ZrO2. Для реализации этого материала количество добавки MgO, CaO должно быть более 15–20мол.%, Y2O3 – более 10мол.%. CSZ имеет низкие прочностные характеристики: σизг не более 250МПа и К1с до 3МПаּм0,5 и находит применение как огнеупорный материал, а также в технологии твердых электролитов. 2. Керамика, упрочненная диоксидом циркония ZTC (Zirconia Toughened Ceramic): дисперсные частицы t-ZrO2 распределены в керамической матрице и стабилизируются сжимающими напряжениями. Наибольшее техническое значение имеют композиции Al2O3-ZrO2 (ZTA: Zirconia Toughened Alumina), которые используются, прежде всего, как инструментальные материалы. Оптимальные механические характеристики достигаются при содержании ZrO2 около 15об.%: σизг до 1000МПа и К1с до 7МПаּм0,5.

Слайд 102

3. Частично стабилизированный диоксид циркония PSZ (Partialy Stabilized Zirconia). Образуется при добавлении в ZrO2 оксидов Mg, Ca, Y и др. При спекании в области гомогенности кубической фазы образуются крупные зерна c-ZrO2 (60мкм). После отжига в двухфазной области появляются тетрагональные частицы, когерентно связанные с кубической фазой. В системах ZrO2-MgO(CaO) размер t-частиц должен быть менее 0,25мкм. Объемное содержание t-фазы составляет около 40%. PSZ имеет К1с до 10МПаּм0,5 и σизг до 1500МПа. 4. Тетрагональный диоксид циркония TZP (Tetragonal Zirconia Policrystals). Данный материал реализуется в системах ZrO2–Y2O3. Спекание происходит в области гомогенности t-фазы, затем следует закалка. TZP имеет σизг до 2400МПа при К1с около 15МПаּм0,5, применяется в производстве изделий конструкционного и инструментального назначения.

Слайд 103

Технология циркониевой керамики Предварительный помол УДП с целью раздробления микросфер. Формование порошков ZrO2 методом одноосного статического прессования и прессованием в гидростатах при давлении 400–600МПа. Спекание при температуре 1500–2000°С в зависимости от вида и количества оксида стабилизатора. Термическая обработка - отжиг при 1400–1500°С с целью выделения упрочняющих дисперсных включений t-фазы. При изготовлении изделий из тетрагонального ZrO2 применяется закалка с температуры спекания 1600°С. Максимально высокие прочностные характеристики имеют изделия из ZrO2, получаемые методами ГП и ГИП.

Слайд 104

Применение циркониевой керамики Традиционно керамика на основе ZrO2 применялась в металлургической промышленности для изготовления тиглей для плавки металлов. Сегодня циркониевая керамика является одним из наиболее перспективных керамических материалов конструкционного и инструментального назначения и используется в технологии получения деталей газотурбинных и дизельных двигателей, узлов трения, уплотнительных колец насосов, элементов запорной арматуры, форсунок распылительных камер, фильер для протяжки проволоки, режущего инструмента. Также керамика на основе ZrO2 находит применение в медицине для изготовления имплантантов в костные ткани.

Слайд 105

Безоксидная техническая керамика Безоксидными керамиками называются поликристаллические материалы на основе соеинений неметаллов III–VI групп периодической системы элементов, исключая кислород, руг с другом и с переходными металлами, обладающими недостроенными электронными слоями. По своей кристаллической структуре безоксидные керамики образуют два основных класса: 1. Металлокерамика: соединения указанных выше неметаллов с переходными металлами, имеющие структуру фаз внедрения. 2. Неметаллическая керамика: соединения B, C, N, Si, халькогенов (кроме О) друг с другом, а также с некоторыми переходными металлами. Обладают сложной кристаллической структурой с ковалентным типом межатомной связи.

Слайд 106

Металлокерамика Карбиды и нитриды Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W. Условие образования фазы внедрения определяется правилом Хэгга: rX:rМе

Слайд 107

Отличие фаз внедрения от твердых растворов состоит в том, что последние образуются при значительно меньших концентрациях углерода и азота, например, феррит и аустенит, и имеют кристаллическую решетку металла, тогда как фазы внедрения образуют решетку, отличную от решетки металла. В этом смысле фазы внедрения можно считать разновидностью химических соединений. В то же время фазы внедрения имеют широкие области гомогенности, например в TiC может содержаться от 20 до 50% мол. углерода, что нехарактерно для химических соединений.

Слайд 108

Карбиды переходных металлов Наибольшее распространение в промышленности получили WC, TiC, TaC и ZrC. Интерес к этим материалам обусловлен их очень высокой твердостью (от 20 до 35ГПа), которую они сохраняют до температур свыше 1000°С. Причины высокой твердости карбидов: Металлы, образующие карбиды, имеют очень высокие температуры плавления и малопластичны, т.е. силы межатомных связей данных металлов очень велики. 2. Торможение дислокаций атомами углерода и снижение пластичности. Например, в ГЦК-решетке TiC и TaC атомы углерода располагаются параллельно плоскостям скольжения (111), в ГПУ-решетке WC – параллельно (001). При высокой твердости, карбиды достаточно хрупки.

Слайд 109

Карбиды переходных металлов в природе не существуют, поэтому первой стадией в их технологии является синтез. Порошки карбидов получают либо прямым синтезом углерода и металла по формуле Me+C→MeC, либо восстановлением металла из оксида с одновременной карбидизацией. Второй способ является предпочтительным, т.к. оксиды соответствующих металлов гораздо дешевле порошков чистых металлов.

Слайд 110

В общем виде процесс получения получения порошков карбидов происходит по следующей схеме: порошок оксида соответствующего металла смешивается с сажей или измельченным коксом и нагревается до температуры, при которой происходит карбидизация. Например, для карбида титана процесс происходит по реакции: t=2100-2300°С TiO2+3C=TiC+2CO. Полученные порошки измельчаются, просеиваются, смешиваются с необходимыми компонентами, прессуются в изделия, которые спекаются при соответствующих температурах.

Слайд 111

В чистом виде рассматриваемые карбиды находят весьма ограниченное применение. Это обусловлено, в первую очередь, технологическими проблемами получения компактных изделий, например, чтобы спечь изделие из TiC, который имеет температуру плавления 3200°С, необходима температура спекания не менее 2500°С. Во-вторых, как уже отмечалось, чистые карбиды весьма хрупки. Основное применение карбиды переходных металлов находят в инструментальном производстве в составе твердых сплавов. Стандартные марки твердых сплавов выполнены на основе карбидов вольфрама, титана, тантала. В качестве связки используются кобальт, никель, молибден. Твердые сплавы производятся методами порошковой металлургии путем жидкофазного спекания.

Слайд 112

Слайд 113

Безвольфрамовые твердые сплавы БВТС Маркировка: карбидообразователь (В – вольфрам, Т – титан, вторая буква Т – тантал), связка (К– кобальт). Массовый процент связки – последняя цифра. В двухкарбидных и трехкарбидных сплавах цифра в середине показывает массовый процент карбидов титана и тантала. В БВТС цифра показывает суммарный массовый процент связки Ni+Mo.

Слайд 114

Твердые сплавы выпускаются в виде пластин: напайных (наклеиваемых), многогранных, фильер, волок и др. Многогранные пластины выпускаются как из стандартных марок твердых сплавов, так и из этих же сплавов с однослойными или многослойными сверхтвердыми покрытиями из TiC, TiN и др. Пластины с покрытиями обладают повышенной стойкостью. К обозначению пластин из стандартных марок твердых сплавов с покрытием нитридов титана добавляют маркировку букв КИБ (метод нанесения покрытий конденсацией ионной бомбардировкой). Также рассматриваемые карбиды широко используются в качестве материала для нанесения коррозионно- и износостойких покрытий деталей. Например, покрытия из TiC используют для защиты поверхностей оборудования в химической промышленности, покрытия из WC наносят на валы гребных винтов судов.

Слайд 115

Нитриды переходных металлов Из всех нитридов переходных металлов наибольшее распространение в технике получили TiN и ZrN. Так же, как и карбиды, нитриды имеют очень высокие температуры плавления. Твердость нитридов несколько уступает твердости карбидов, например, ZrN имеет микротвердость около 25ГПа. Причина высокой твердости нитридов, так же, как и карбидов, обусловлена особенностями структуры фаз внедрения. Нитриды являются синтетическими веществами. Порошки нитридов получают прямым синтезом металла с азотом путем азотирования металлических порошков при соответствующих температурах: 2Ме+N2→2MeN. Нитриды получают также путем взаимодействия металлов с аммиаком и другими способами, включая осаждением из газовой фазы.

Слайд 116

Основное применение нитриды переходных металлов находят в качестве добавок к специальным сплавам, а так же как материалы для нанесения износостойких покрытий. В инструментальном производстве очень широкое распространение получил способ ионно-плазменного напыления покрытий из TiN и (Zr,Hf)N на разнообразный режущий инструмент. ZrN применяется для нанесения покрытий на электроды свечей зажигания ДВС для повышения их эксплуатационных характеристик. Пластины из TiN и ZrN применяются в ракетной технике для защиты корпусов ракет и космических кораблей.

Слайд 117

Неметаллическая безоксидная керамика К неметаллическим безоксидным керамикам относятся материалы на основе боридов ZrB2, CrB2, TiB2, карбидов B4C, SiC и некоторых переходных металлов, нитридов BN, Si3N4, AlN, силицидов, фосфидов, арсенидов и халькогенидов (кроме оксидов). Керамики на основе фосфидов, арсенидов и халькогенидов в курсе не рассматриваются по причине ограниченного применения в современном машиностроении. Наиболее перспективной для конструкционного применения считается керамика на основе SiC, Si3N4 и AlN - соединений с большой долей ковалентной связи, кристаллы которых характеризуются значительными напряжениями Пайерлса. В таких кристаллах перемещение дислокаций затруднено, потому данные соединения сохраняют свою прочность до очень высоких температур.

Слайд 118

Наиболее целесообразным считается применение SiC, Si3N4 и AlN вместо металлов в двигателестроении. Это связано с тем, что изготовление проточной части газотурбинного двигателя (ГТД) из керамики и повышение его рабочей температуры до 1400°С и выше позволит увеличить КПД с 26 до 45%. При использовании керамики в дизельном двигателе его можно сделать неохлаждаемым, снизить массу и повысить экономичность. Целесообразность применения керамики для двигателестроения объясняется не только ее высокой жаропрочностью, но и тем, что благодаря ее более высокой, по сравнению с металлами, коррозионной стойкости можно использовать низкосортное топливо. Применение керамики для изготовления деталей двигателей снижает их стоимость, что обусловлено низкой стоимостью керамики по сравнению с Ni, Cr, Co, Nb и др.

Слайд 119

Керамика на основе SiC Карбид кремния (карборунд) SiC является единственным соединением кремния и углерода. В природе этот материал встречается крайне редко. Существует в двух модификациях: политипная гексагональная α-модификация (около 20 структур), кубическая β. Переход β-SiC→α-SiC происходит примерно при 2100°С. Свыше 2600–2700°С α-SiC возгоняется. Чистый SiC стехиометрического состава бесцветен. При превышении содержания кремния SiC становится зеленым, углерода – черным. Свойства SiC: Hμ до 45ГПа, σизг до 700МПа, Тхр2000°С. При комнатной температуре разрушение SiC транскристаллитное и носит характер скола. При 1050°С характер разрушения становится межкристаллитным.

Слайд 120

SiC устойчив против воздействия всех кислот, за исключением HF и HF+HNO3. К действию щелочей SiC менее устойчив. Установлено, что SiC смачивается металлами группы железа и марганцем. При изготовлении абразивных, огнеупорных изделий и электронагревателей из SiC, исходными материалами служат кремнезем (кварцевый песок) и кокс. Их нагревают до высокой температуры в электрических печах, осуществляя синтез методом Ачесона: SiO2+3C=SiC+2CO2. Вокруг нагревательного элемента (керна) получается зона синтезированного продукта, а за ней – зоны кристаллов низкой чистоты и непрореагировавших компонентов. Полученные в печи продукты разделяют по этим зонам, измельчают, обрабатывают и получают порошок карбида кремния общего назначения. Недостатком данных порошков SiC являeтся высокая загрязненность примесями.

Слайд 121

Для получения конструкционной керамики необходимо использовать высокочистые, гомогенные, высокодисперсные порошки SiC, которые получают метод синтеза: Исходный металлургический Si подвергают дробят и мелют, отмывают от примесей в кислоте, измельчают. Синтез SiC осуществляется в реакторе подачей Si в специальные сопла, газ – пропан: t>1100°С 3Si+C3H8=3SiC+4H2. Изделия из SiC формуют прессованием, экструзией, литьем под давлением. В технологии карбидокремниевой керамики обычно используют горячее прессование, реакционное и активированное спекание.

Слайд 122

Метод ГП позволяет получать высокопрочныю керамику на основе SiC. Прессование проводят обычно в прессформах из графита или нитрида бора при давлениях 10-50МПа и температурах 1700-2000°С. ГП позволяет получать только изделия довольно простой формы и относительно небольших размеров. Изделия сложной формы с высокой плотностью получают методом горячего изостатического прессования (ГИП). Метод активированного спекания позволяет спечь SiC до плотности свыше 90% благодаря добавкам B, C, Al, за счет образования диффузионного слоя на поверхности частиц.

Слайд 123

Метод реакционного спекания позволяет проводить процесс при более низких температурах и получать изделия сложной формы. Для получения так называемого "самосвязанного" карбида кремния проводят спекание прессовок из SiC и углерода в присутствии кремния. При этом происходит образование вторичного SiC и перекристаллизация SiC через кремниевый расплав. В итоге образуются беспористые материалы, содержащие 5–15% свободного кремния в карбидокремниевой матрице. Реакционное спекание является экономичным процессом благодаря применению недорогого термического оборудования, температура спекания снижается с обычно применяемой 1600–2000°C до 1100–1300°C.

Слайд 124

Метод реакционного спекания используется в производстве нагревательных элементов из карбида кремния. SiC является термистором, т. е. меняет сопротивление под влиянием температуры. Черный SiC имеет высокое сопротивление при комнатной температуре и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Зеленый SiC имеет низкое начальное сопротивление и слабоотрицательный температурный коэффициент, переходящий в положительный при температурах 500–800°С. Карбидокремниевые нагревательные элёменты (КНЭ) обычно представляют собой стержень или трубку, имеющую среднюю рабочую часть с относительно высоким электрическим сопротивлением («горячая» зона) и выводные («холодные») концы с более низким электросопротивлением, которые не нагреваются в процессе эксплуатации печи.

Слайд 125

Промышленность выпускает два типа нагревательных элементов из SiC: 1. Карборундовые. Имеют рабочий стержень и два отдельных более коротких контактных вывода в виде пропитанных металлом карборундовых стержней. 2. Силитовые. Нагреватели с утолщенными выводными концами (манжетами). Составные карборундовые нагреватели формуют из крупнозернистого порошка зеленого SiC с добавками сажи (1,5%) и жидкого стекла, затем обжигают в засыпке из углепесочной смеси при температуре около 2000°С. Нагреватель предварительно обмазывают токопроводящей пастой, состоящей из кокса, графита и кварцевого песка. Изделие спекают прямым электротермическим нагревом в специальных печах при пропускании через заготовку тока в 80–100Ав течение 40–50 мин.

Слайд 126

Силитовые нагреватели формуют экструзией из смеси мелкозернистого SiC, сажи (20%) и фенолформальдегидной смолы. Формуются раздельно рабочая часть и манжеты. Состав манжетной части рассчитан на большую проводимость и в него входит около 40% Si. При спекании силитовых нагревателей имеющиеся в массе углерод и кремний превращаются во «вторичный» SiC по механизму реакционного спекания. В качестве засыпки используют смесь из молотого песка, нефтяного кокса и карбида кремния. Эта смесь при температуре 1800–2000°С выделяет парообразный кремний и СО, проникающие внутрь заготовки и реагирующие с твердыми Si и С. Одновременно происходит синтез вторичного карбида кремния путем взаимодействия кремния, содержащегося в шихте, с углеродом.

Слайд 127

Материалы на основе SiC начали применяться значительно раньше, чем материалы на основе Si3N4, АlN, В4С и ВN. Уже в 20-е годы использовались карбидокремниевые огнеупоры на связке из диоксида кремния (90%SiC+10%SiO2), а в 50-е годы из карбида кремния на нитридокремниевой связке (75%SiC+25%Si3N4) изготавливали сопла ракет. В настоящее время керамика на основе карбида кремния применяется для изготовления уплотнительных колец для насосов, компрессоров, смесителей, подшипников и гильз для валов, дозирующей и регулирующей арматуры для коррозионных и абразивных сред, деталей двигателей, металлопроводов для жидких металлов. Разработаны новые композиционные материалы с карбидокремниевой матрицей.

Посмотреть все слайды

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Керамика (др.-греч. κέραμος - глина) - изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг. КЕРАМИКА фарфор фаянс майолика гончарная керамика

3 слайд

Описание слайда:

Фарфор имеет плотный спёкшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издаёт высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 - 12 %. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования.

4 слайд

Описание слайда:

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками - ангобами.

5 слайд

Описание слайда:

ГЖЕЛЬ Старинный гончарный промысел, расположенный недалеко от Москвы, самый крупный из всех художественных промыслов. Сувенир "Сани". Гжельский фарфор.

6 слайд

Описание слайда:

Гжельские мастера создали нарядную посуду: квасники - декоративные кувшины с кольцевидным туловом, высокой куполообразной крышкой, длинным изогнутым носиком, скульптурной ручкой, часто на четырех массивных округлых ножках; кумганы, подобные же сосуды, но без сквозного отверстия в корпусе; кувшины, рукомои, кружки-шутихи, «напейся - не облейся», блюда, тарелки и другие изделия, украшенные орнаментальной и сюжетной росписью, исполненной зеленой, желтой, синей и фиолетово-коричневой красками по белому фону. КУМГАН КВАСНИК «напейся – не облейся»

7 слайд

Описание слайда:

СКОПИНО Среди очагов народного художественного гончарства уникален промысел декоративной керамики, находящийся в г. Скопин Рязанской области. Первое упоминание о Скопинском гончарном промысле встречается в 1640 году. Свой неповторимый стиль искусство скопинских мастеров приобрело к 1860 годам.

8 слайд

Описание слайда:

До середины XIX в. глазури здесь не применялись, а делали обычные черные (синюшки) и обварные горшки. С освоением глазурования скопинские изделия стали более яркими, декоративными. Обычная бытовая посуда скопинских гончаров XIX - начала XX веков выполнена из светлой глины, имеет мягкие очертания, края часто заканчивают фестончатые «оборочки».

9 слайд

Описание слайда:

КЕРАМИЧЕСКИЕ ИГРУШКИ История русской глиняной игрушки начинается со II тысячелетия до н.э.

10 слайд

Описание слайда:

ДЫМКОВСКАЯ ИГРУШКА Русская глиняная игрушка, расписанная и обожжённая в печи. Название происходит от места производства - слобода Дымково Вятской губернии (ныне Кировской области). Наряду с другими продуктами народных промыслов считается одним из символов русского ремесла. Возник в XV-XVI веках.

11 слайд

Описание слайда:

Возникновение игрушки связывают с весенним праздником Свистунья, к которому женское население слободы Дымково лепило свистульки из глины в виде коней, баранов, козлов, уток и других животных; их красили в разные яркие цвета. Позднее, когда праздник потерял своё значение, промысел не только сохранился, но и получил дальнейшее развитие.

12 слайд

Описание слайда:

Русская глиняная игрушка. Художественный промысел, сформировавшийся в Спасском уезде, ныне Спасском районе Пензенской области. Производство игрушки возникло в XIX в. на базе местного гончарного промысла. АБАШЕВСКАЯ ИГРУШКА

13 слайд

Описание слайда:

Это свистульки, изображающие животных, нередко принимающих фантасмагорический сказочный облик. Фигурки имеют удлиненное туловище с короткими, широко расставленными ногами и длинной изящной шеей. Головы козлов, оленей, баранов увенчаны изогнутыми, иногда многоярусными рогами. Пышные челки, кудрявые бороды и гривы четко моделированы, их контуры, очерченные стекой, имеют строгий рисунок и высокий рельеф. Свистульки раскрашены яркими эмалевыми красками - синими, зелеными, красными, в самых неожиданных сочетаниях. Отдельные детали, например, рога, могут быть расписаны серебром или золотом. Порой части фигурок остаются незакрашенными и резко контрастируют с броскими пятнами эмали.

14 слайд

Описание слайда:

КАРГОПОЛЬСКАЯ ИГРУШКА Русская глиняная игрушка. Художественный промысел, распространённый в районе города Каргополя Архангельской области.

15 слайд

Описание слайда:

Каргопольская игрушка выглядит достаточно архаично. Тем не менее, она имеет узнаваемый стиль, типажи и роспись. Сюжеты условно делятся на две категории. Первая – это архаичные типы, например, Берегиня (женцина, держащая в руках голубей), полкан, лошадки и другие животные. Вторая категория – это сюжетная игрушка, вольно демонстрирующая сцены деревенской жизни, а также иллюстрирующая сказочные сюжеты. Это композиции, например, такой тематики: «Мужики на рыбалке», «Девушка за стиркой», «Тройка», «Репка» и так далее.

17 слайд

Описание слайда:

После обжига глина изменяет цвет на бледно-розовый или телесный и, если Дымковскую игрушку мастера подбеливают, подкрашивают, то Кожлянскую – нет. Ещё одна отличительная черта игрушки из Кожли – на ней нет “налепов”, то есть отдельно сделанных деталей, прилепленных на игрушку. Фигурки игрушек разнообразны - это барыни, всадники на конях и множество зверушек. Весной игрушками-свистульками прогоняли зиму и закликали солнышко.

18 слайд

Описание слайда:

ЖБАННИКОВСКАЯ ИГРУШКА Русский народный промысел в деревнях Жбанниково, Роймино, Рыжухино и других Городецкого района Нижегородской области. Особенность этой игрушки в том, что туловище всех фигурок напоминает глиняную пирамиду на трёх ногах-основах.

19 слайд

Описание слайда:

Промысел возник в начале XX в. Местная свистулька получила известность в 1930-е гг., тогда же появились новые типы игрушки, помимо традиционных (например, всадники) и сложился характер росписи, сохраняющийся и в современной игрушке. Причудливое сочетание красок в росписи создается использованием темной эмалевой краски в качестве фона, по которому наносятся пятна более светлых тонов. Отдельные детали фигур «серебрятся» с помощью алюминиевого порошка.

20 слайд

Описание слайда:

ФИЛИМОНОВСКАЯ ИГРУШКА Русская глиняная игрушка. Древнерусский прикладной художественный промысел, сформировавшийся в деревне Филимоново Одоевского района Тульской области. По данным археологов филимоновскому промыслу более 700 лет. По другим данным около 1 тыс. лет.

21 слайд

Описание слайда:

Основную массу изделий филимоновских мастериц составляют традиционные свистульки: барыни, всадники, коровы, медведи, петухи и т. п. Изображения людей - монолитные, скупые на детали - близки древним примитивным фигуркам. Неширокая юбка-колокол у филимоновских барынь плавно переходит в короткое узкое тело и завершается конусообразной головой, составляющей одно целое с шеей. Кавалеры похожи на дам, но вместо юбки у них толстые цилиндрические ноги, обутые в неуклюжие сапоги.

22 слайд

Описание слайда:

Все персонажи животного мира имеют тонкую талию и длинную, с изящным изгибом шею, плавно переходящую в маленькую голову. Только форма головы да наличие или отсутствие рогов и ушей позволяют отличить одно животное от другого. У барана рога - круглые завитки-баранки, у коровы - полумесяцем торчат вверх, и т.д. Медведь с зеркалом

23 слайд

Описание слайда:

СТАРООСКОЛЬСКАЯ ИГРУШКА Русский народный художественный промысел в Старооскольском районе Белгородской области. Известен с начала XVIII века.

24 слайд

Описание слайда:

Искусствоведы делят эту народную игрушку на крестьянскую, посадскую и городскую. Старооскольскую относят к довольно редкой посадской. Посадская игрушка представляет собой нечто среднее между городской и крестьянской. В ней нет яркости и тщательности отделки, которая присуща городской игрушки, нет и примитивности пластики и грубой раскраски крестьянской игрушки.