Керамика

Для керамики характерна ковалентная или ионная связь. Керамические материалы подразделяют на техническую керамику и материалы для приборов, которые обычно являются полупроводниками.

Керамика — неорганический материал, получаемый в процессе высокотемпературного обжига минеральных масс (глины, полевого шпата, каолина), а также оксидов, карбидов, нитридов, боридов. Для производства технической керамики используют ультрадисперсные порошки (с размерами фрагментов на субмикронном уровне). Их обрабатывают с помощью технологических операций порошковой металлургии: компактированием, брикетированием, спеканием, горячим прессованием. При такой технологии производства окончательные размеры детали могут быть сформированы на этапе деформации, что исключает последующую механическую обработку.

В настоящее время керамические материалы можно получать методом синтеза. К промышленно изготовляемым синтетическим материалам относятся корунд Al2O3, кварц SiO2, такие оксиды, как TiO2, ZrO2, карбиды WC, TiC, SiC, нитрид TiN, борид TiB2 и др.

Керамические материалы подразделяют на бескислородные соединения (SiC, Si3N4) и кислородсодержащие (ZrO2, Al2O3). Для бескислородных соединений характерна ковалентная связь, а для оксидов — ионная. Материалы каждой группы отличаются соответствующим комплексом свойств (рис. 2.3, 2.4).

Благодаря физической природе керамических материалов они имеют ряд преимуществ перед металлическими сплавами:

- по физическим свойствам — пониженная плотность, низкий коэффициент линейного расширения, широкий диапазон радиотехнических, электрических и теплоизоляционных свойств;

- по механическим свойствам — высокие твердость и модуль упругости, сочетание жаропрочности и жаростойкости, термостойкость, повышенная износостойкость и эрозионная стойкость, которые определяются высокой твердостью составляющих керамику минералов;

- по химическим свойствам — высокая химическая стойкость.

К недостаткам керамики относят хрупкость и связанную с ней пониженную трещиностойкость (т.е. повышенную склонность к образованию трещин); теплопроводность ниже, чем у металлов; высокую трудоемкость изготовления деталей вследствие низких технологических свойств; сложность получения беспористых изделий.

В качестве конструкционного материала керамику применяют в двигателестроении. Так, детали из нитрида кремния Si3N4 используют при температурах до 1500 °С, из карбида кремния SiC — до 1800 °С. На лопатки газотурбинных двигателей наносят жаростойкое покрытие из кислородсодержащей керамики (оксид циркония ZrO2 или алюминия Al2O3).

В самолетостроении в конструкции планера керамика служит как бронезащита вертолетов и самолетов военного назначения — штурмовиков.

Широко применяется керамика в качестве инструментального материала. Из сверхтвердых синтетических алмазов, нитрида бора и композиционных материалов на их основе изготавливают абразивный инструмент и впаиваемые вставки для лезвийных инструментов. Материалы на основе алмаза имеют теплостойкость до 800 °С, на основе нитрида бора (эльбор) — до 1500 °С.

Режущая керамика (в виде напаиваемых пластин) может быть оксидной (на основе Al2O3, MgO, Cr2O3) и оксидно-карбидной (WC, Mo2C, Cr2O3) с теплостойкостью до 1250...1400 °C. Такая керамика предназначена для обработки закаленных и цементованных сталей, характеризующихся высокой твердостью. Нитридная керамика (Si3N4, TiN) имеет теплостойкость до 1200 °C.