eag4a (1097120)
Текст из файла
Керамика и композиты-Что такое керамика?Формование и спеканиеВиды функциональной керамикиКерамические материалы сдиэлектрическими, магнитными, оптическими,химическими и ядерными функциями.- Перспективные керамические композиты.Лекция 4. КерамикаКерамикаКерамика –неметаллический поликристаллический материал(обычно получаемый спеканием порошков)«неметаллический»- оксиды, карбиды, нитриды и пр.«поликристаллический» - зерна микронного размера (иначе –область наноматериалов),«материал»- наличие связей (перешейков, границ)между зернами, определенныемеханические свойства (обычно но не всегда – твердость, хрупкость,достаточно высокая плотность)«получаемый спеканием» - спекание – лишь один из способов(традиционных), возможно использованиекристаллизации, ударного пресования...НЕ керамика – прессованные порошки металлов, стекло и аморфныематериалы, аэрогели, ситаллы, стекловата, асбесты,монокристаллы, прессованные гранулярныепластмассыЛекция 4.
КерамикаМикроструктураГрубая (5-30% пор)Высокопористая (~30% пор)Тонкая керамика (<5% пор)– строительные материалы, огнеупоры- теплоизоляционные материалы,- художественая (фарфор, фаянс),функциональная (пьезо-, сегнето-,магнитная, термоэлектрическая,сверхпроводящая, изоляционная,оптическая...)Свойства керамикиопределяются:- физическими свойствами кристаллитов,- размером и формой (анизотропией и пр.),кристаллитов,- природой связи между кристаллитами,- присутствием пор, жидких фаз и пр.Преимущество керамики:- относительно простые и выгодныеметоды получения из порошков (спекание),- уникальные свойства керамики икерамических композитных материаловЛекция 4.
КерамикаКлассификация по составу(силикатная керамика)Алюмосиликатная,SiO2 – Al2O3 (Тпл(SiO2)~17150C, (Тпл(Al2O3)~20600C, (Тпл(SiO2-60%Al2O3)~18500C (муллит), эвтектики муллит – SiO2 при 15950С, муллит-Al2O3 при 18400С)-кремнеземистая (>80% SiO2), кварцевая (чистый SiO2), динасовая (добавкиоксида кальция, оксидов железа),-xSiO2 – (1-x)Al2O3, увеличенная прочность и термостойкость, огнеупоры,художественная керамика-корундовая (>90% Al2O3) – высокая плотность вплоть до 15000С, пределпрочности: сжатие – 4 ГПа, изгиб – 1 ГПА, прозрачный Al2O3 (0.2% MgO),тигли, подложки, радиодетали, изоляция, огнеупорыДругие оксиды,-кордиеритовая, SiO2-Al2O3-MgO,-цирконовая, ZrSiO4,-сподуменовая, SiO2-Al2O3-Li2O,->80% MgO (добавки CaO,Cr2O3, Al2O3) – огнеупоры, изоляторы,носители для катализаторовЛекция 4.
КерамикаКлассификация по составу(огнеупорная керамика)Материалы тиглей,-оксиды - Al2O3, MgO, ZrO2 (YSZ), BeO,R2O3 (R=Y, Nd, стабилизацияспекания 0.5-1% TiO2)-сложные системы – BaZrO3,(аэрогели)Тугоплавкая керамика,-нитриды BN, AlN, Si3N4, сиалоныSi3N4+Al2O3, Y-Zr-O-N,-карбиды Si, Ti, Nb, W.Температуры плавления, 0С:SiC(~2700), Si3N4 (1900), BN (~3000),B4C (~2350), NbB2 (2900), HfC (3890),HfN(3305), TaN(3350), TaC (3880), ZrC(3540) – высокая прочность, электро итеплопроводность, огнеупорность,химическая стабильность (без О2) –конструккционные материалы,огнеупоры, высокотемпературныенагреватели, металлообработкаЛекция 4.
КерамикаКлассификация по составу(магнитная и электротехническая керамика)Оксиды IV и V группы,-TiO2, ZrO2 (YSZ, стабилизация оксидами иттрия или кальция), титанаты,цирконаты, ниобаты, танталлаты Ba, Sr, Pb, K, Na, титанат-цирконат свинца(PZT) – высокая плотность, необходимые диэлектрическая проницаемость итангенс потерь, пьезоэлектроника и радиотехника, ионная проводимость идатчики кислорода (ZrO2)-Al2O3, MgO, SiO2 - электроизоляцияФерриты,-шпинели, ферриты Ni, Co, Mn, Ca, Mg, Zn, Li – магнитопроводы, сердечники,устройства памятиСилициды,-MoSi2, сопротивление ~200мкОм*см, устойчивость в окислительной атмосфередо 16500С – электронагревателиВысокотемпературные сверхпроводники,-перовскиты (и структуры срастания) REEBa2Cu3O7, Bi2Sr2CaCu2O8 (2212, 2223)– токовводы, ограничители предельно допустимого тока, сверхпроводящиеленты, соленоиды, магнитная левитация-MgB2Лекция 4. КерамикаКлассификация по составу(ядерные функции)Изоляция,-теплоизоляция - Al2O3, SiO2, в плазменной камере – SiC, Si3N4,-ограничители плазмы – SiC, Al2O3-окна плазменной камеры – Al2O3, BeO-электроизоляция – Al2O3, MgO, SiO2Ядерное топливо,-UO2, UC, UN, PuO2-оболочка тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) – SiC, Si3N4Замедление и отражение нейтронов,-замедлители и отражатели нейтронов – BeO, ZrO2, Be2C-нейтронная защита – B4C, HfO2, Sm2O3Лекция 4.
КерамикаФормование и спеканиеЦель – получение механически прочного изделия заданныхгеометрических размеров за счет предварительного механическогокомпактирования (формования, прессования, шликерного литья)полидисперсного порошка и придания ему определенной формы,а также последующей (высокотемпературной) обработкисформированной заготовки путем спекания, реакционного спекания,микроволновой обработки, кристаллизации из расплава и пр.Подготовкапорошков- подвод механической энергии, создание ансамблякристаллитов заданного гранулометрического состава.Формование– подвод механической энергии, придание формы,формирование пространственного ансамблякристаллитов для спекания(промежуточные стадии – сушка, отжиг органических связующих)Спекание- подвод тепловой энергии, «фиксация» формы,образование перешейков между кристаллитами,рост кристаллитов, уменьшение пористостиЛекция 4. КерамикаПодготовка порошков(помол)Промышленность:-турбомельницы-шаровые мельницы-вибромельницы-струйные мельницыЛаборатории:-мельницы планетарноготипа-дезинтеграторы-криодиспергированиеЛекция 4.
КерамикаКривая формования∆l/lop2p1p0p1 –p1p2 –p2p3 –p3свободное скольжение (проскальзывание) частицдеформационное «проскальзывание»упруго-деформационная область(«последействие», «перепрессовывание»)pp0Процессы:- укаладка частиц, смещение, скольжение частиц- разрушение агрегатов частиц, «мостиков», «арок»- деформацияПрактическое определение p2 – по упругому последействиюЛекция 4.
КерамикаОдноосное прессованиеЛекция 4. КерамикаУлучшение процесса формованияХимическое модифицирование поверхности порошковИзменение свойств поверхности частиц и реологических свойств прессуемоймассы-смазки-связки (клеи – ПАВ, ...)-пластификаторы (парафин, ...)-суммарное воздействие (шликерное литье для получения изделий сложной формы)Механическое модифицирование порошков и агрегатной структуры-оптимальное время помола-ультразвуковое диспергирование-криодиспергирование-двойное брикетированиеИзменение методов формования-двуосное формование-всестороннее обжатие-«теплое» формование-вакуумное формование-виброукладка-горячее изостатическое прессование в газостатахЛекция 4. КерамикаОрганические связующиеСодержание ПВА <5 масс.%Лекция 4. КерамикаСпеканиеСпекание – уплотнение поликристаллических веществ при термообработке(Исключение – уменьшение плотности при аномальном росте зерен прирекристаллизации, например - керамических и «литых» образцовBi2212 ВТСП при «спекании» за счет роста длинных игольчатых кристаллов)Процессы, протекающие при спекании (повышение прочности и плотности):-Уменьшение объема пор,-Увеличение площади контакта между кристаллитами,-Рост зерен, изменение их формы и укладкиОсновной вклад в движущую силу – уменьшение свободной энергиимежфазных границ σ (кристалл-газ, жидкость-кристалл, кристалл-кристалл):σ = σхим + σнапр.
+ σэл + σстр + σадс.«хим»«напр»«эл»«стр»- разность химических потенциалов, реакционное спекание,- пространственные дефекты (дислокации и пр. в перешейке)- электронные составляющие (уровни Ферми)- форма, огранка, размер кристалловЛекция 4. КерамикаОсновные механизмы спекания-Жидкостное спекание: плавни, минерализаторы, эвтектики, перитектики(стягивание частиц за счет высокого радиуса кривизны жидкостнойпрослойки – перешейка между частицами, быстрый диффузионный переноскомпонентов через жидкость, рекристаллизация кристаллитов, изменениереологических свойств во время спекания – ползучесть и пр., часто - понижениетемпературы спекания)-Твердофазное спекание (пластическая деформация частиц (обычноэффективен при приложении внешнего давления), испарение-конденсация –перемещение вещества с поверхности к вогнутой поверхности перешейкамежду кристаллитами и его «залечивание» – может протекать практическибез усадки, диффузионный перенос вещества через перешеек – важно наличиеПространственных и точечных дефектов)-Спекание под давлением («горячее прессование»)-Реакционное спекание (протекание химической реакции и образованиеновых фаз)Лекция 4.
КерамикаОписание процесса припеканияЛекция 4. КерамикаИнтенсификация диффузионногоспекания••••Повышение степени измельчения исходного материала (увеличениеобщей величины поверхности раздела фаз, уменьшение радиусавыпуклых участков, рост избыточной поверхностной энергии,уменьшение расстояний между источниками и «поглотителямивакансий» )Применение исходных материалов в «активном» состоянии(механоактивация и пр., ведущие к увеличению концентрациидефектов и размера кристаллитов, использование неравновесныхмодификаций фаз)Введение добавок, образующих твердые растворы с основнымкомпонентом (создание повышенной концентрации вакансий),изменение газовой атмосферы для повышения дефектности твердойфазы (анионные вакансии)Введение добавок, влияющих на рост кристаллитов (увеличивающихскорост роста или, наоборот, предотвращающих вторичнуюрекристаллизацию)Лекция 4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
