Продолжаем изучать конструкционные материалы.
Герой этой заметки - материал, который очень часто нам встречается, но воспринимается скорее как шутка. Это керамика. Правильнее будет сказать техническая керамика.
Что мы знаем про керамику? Наверное, сразу приходят на ум унитазы. Ведь именно унитазы делают из керамики :) Как же воспринимать серьезно этот материал после заявлений про унитазы? Разве он годится для чего-то кроме, как раз-таки унитазов да кушинов? Будут ли делать из такого материала что-то серьезное?
Однозначно да! Ещё как годится.
Материаловедению известны два типа этого рода материалов, применительно к инженерному делу. Это конструкционная керамика и функциональная керамика.
Что для конструкционной, что для функциональной керамики, характерен набор специфических уникальных свойств, присущих только этому классу материалов. Подобные характеристики не могут быть достигнуты ни у одного другого класса материалов.
Керамические материалы отличает:
- высокая жаростойкость
- высокая износостойкость
- высочайшая твердость
В качестве побочных характеристик выступают:
- высокая хрупкость
- отсутствие стойкости к термоудару
- сложность изготовления изделий, поскольку ни одна из методик обработки изделий из металлов тут не годится
Примером функциональных материалов может служить прозрачная керамика или люминесцентная керамика, которая сегодня используется в фонариках и светодиодах. Такие материалы изготавливают на базе алюмоиттриевого граната. Конструкционных же керамик существует настолько много, что всё и не перечислить. Примеров может быть множество. В частности, это материалы для изготовления изделий с антифрикционными свойствами.
Что же такое техническая керамика?
Это собирательное название целого класса материалов, обладающего специфическими особенностями.
Их получают путем спекания глин или порошков неорганических веществ. Соответственно ,выделяют оксидную керамику, нитридную керамику, карбидную, силицидную...Да...И вспомните всё, что можно спечь, вот вам и будет класс технической керамики.
Изделия из керамических материалов получают двумя стандартными методами.
Это прессование оксидного порошка с последующим спеканием и шликерное литье. Обе методики используются довольно широко. Правда шликерное литье применяется чаще всего для менее ответственных изделий типа, как раз-таки, унитазов.
На первый взгляд кажется, что керамика обладает примитивными показателями механических свойств. Но это совсем не так!
Да, действительно, техническая керамика обладает рядом недостатков.
Она не держит термоудар, хрупкая, плохо обрабатывается.
Но ведь только керамика обладает рядом таких свойств, которые невозможно получить ни у одного из типов материалов!
Например, высокая жаростойкость позволяет использовать керамические материалы для изготовления сопел двигателей. Это единственный материал, который может выдержать такой температурный диапазон без повреждения.
Высокая химическая стойкость позволяет использовать керамические материалы для работы в агрессивных средах и не разлагаться. Других таких материалов тоже нет.
Высочайшая твердость позволяет использовать керамические материалы для изготовления сверх-твердых резцов для обработки металлов и материалов резанием.
Низкая теплопроводность позволяет изготавливать из пористых керамических материалов для футеровки печей. Причем, материал этот будет стоек для воздействия агрессивных газов.
Из технической керамики получаются очень неплохие антифрикционные изделия. Это подшипники скольжения и подшипники качения. Износостойкость у них гораздо более высока, чем у аналогов из стальных сплавов.
Ряд функциональных свойств позволяет использовать керамические материалы в качестве люминесцентных материалов. Тонкая керамическая пластинка из алюмо-иттриевого граната может генерировать яркий свет, усиливая "небольшое количество" света даже от небольшого источника. Кроме того, подобный материал используется и для лазеров в качестве материала для изготовления накопителя. Про лазеры, кстати говоря, мы уже писали тут. Советуем прочитать!
Из керамики изготавливают и композитные материалы. Например, если мы вспомним старый добрый глиняный кирпич, то в стародавние времена в кирпич закатывали солому. Да, да - кирпич тоже керамика. Только так называемая грубая керамика. А солому в кирпич добавляли для того, чтобы она выгорела при обжиге и образовала пустые полости. Так получался воздушно-керамический композит. Интересно будет отметить, что подобная технология используется и сейчас и называется использованием выгораемых включений.
Как вы видите, ряд свойств присущ только таком классу материалов, как керамики. Однако, всегда нужно помнить про ограничения материала, которые мы описали ранее.