- •Введение
- •1. Основы металловедения
- •1.1. Кристаллические решетки металлов
- •1.2. Реальное строение металлических кристаллов
- •1.3. Анизотропия кристаллов
- •1.4. Кристаллизация металлов
- •1.5. Аллотропия (полиморфизм) металлов
- •1.6. Основы теории сплавов
- •1.6.1. Кристаллическое строение сплавов
- •1.6.2. Особенности кристаллизации сплавов
- •1.6.3. Диаграммы состояния двойных сплавов
- •1.6.4. Свойства металлов и сплавов
- •1.7. Железо и его сплавы
- •1.7.1. Фазы в железоуглеродистых сплавах
- •1.7.2. Диаграмма состояния железо — цементит
- •1.7.3. Применение диаграммы Fe—Fe3c
- •1.7.4. Основные виды термической обработки стали
- •1.7.5. Классификация углеродистых сталей
- •1.7.6. Стали обыкновенного качества
- •1.7.7. Углеродистые качественные стали
- •1.7.8. Автоматные стали
- •1.7.9. Углеродистые инструментальные стали
- •1.7.10. Легированные стали
- •1.7.11. Классификация легированных сталей
- •1.7.12. Маркировка легированных сталей
- •1.7.13. Чугуны
- •1.8. Цветные металлы и сплавы
- •2.2. Сплавы с заданным температурным коэффициентом модуля упругости
- •3. Материалы с особыми физическими свойствами
- •3.1. Материалы с особыми магнитными свойствами
- •3.1.1. Общие сведения о ферромагнетиках
- •3.1.2. Магнитно-мягкие материалы
- •3.1.3. Магнитно-твердые материалы
- •4. Полупроводниковые материалы
- •5. Диэлектрики
- •6. Проводниковые материалы
- •6.1. Электропроводность твердых тел
- •6.2. Металлы высокой проводимости
- •6.3. Припои
- •6.4. Сверхпроводники
- •6.5. Сплавы повышенного электросопротивления
- •Рассмотрим характеристики некоторых сплавов повышенного электросопротивления.
- •6.6. Контактные материалы
- •7. Неметаллические материалы
- •7.1. Пластмассы
- •7.1.1. Классификация пластмасс
- •7.1.2. Термопластичные пластмассы
- •7.1.3. Полярные термопласты
- •7.1.4. Термореактивные пластмассы
- •7.1.5. Пластмассы с порошковыми наполнителями
- •7.1.6. Газонаполненные пластмассы
- •7.2. Резины
- •7.3. Клеи
- •7.4. Неорганическое стекло
- •7.5. Ситаллы (стеклокристаллические материалы)
- •7.6. Керамические материалы
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
7.5. Ситаллы (стеклокристаллические материалы)
Ситаллы получаются на основе неорганических стекол путем их полной или частичной управляемой кристаллизации. Термин «ситаллы» образован из слов: стекло и кристаллы. За рубежом их называют стеклокерамикой, пирокерамами. По структуре и технологии получения ситаллы занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. От неорганических стекол они отличаются кристаллическим строением, а от керамических материалов — более мелкозернистой и однородной микрокристаллической структурой.
В состав стекла, применяемого для получения ситаллов, входят окислы Li2O, A12O3, SiO2, MgO, CaO и др.; кроме того, добавляются катализаторы кристаллизации (нуклеаторы). К числу последних относятся соли светочувствительных металлов Au, Ag, Сu. В зависимости от способа получения ситаллы делятся на фотоситаллы и термоситаллы.
Фотоситаллы получают из стекол литиевой системы с нуклеаторами — коллоидными красителями.
Термоситаллы получаются из стекол, систем MgO—А12О3—SiO2, CaO—А12О3—SiO2 и других с добавкой ТiO2, FeS и т. п. нуклеаторов.
По внешнему виду ситаллы могут быть непрозрачными и прозрачными (количество стеклофазы до 40%).
Причина ценных свойств ситаллов заключается в их исключительной мелкозернистости, почти идеальной поликристаллической структуре. Свойства ситалла изотропны.
Максимальная температура размягчения Тразм = 1250…1350° С. Ударная вязкость ситаллов выше, чем у стекла, однако они относятся к хрупким материалам. Твердость приближается к твердости закаленной стали. Они весьма износостойки. По теплопроводности ситаллы в результате повышенной плотности превосходят стекла. Стеклокристаллические материалы обладают высокой химической устойчивостью к кислотам и щелочам, не окисляются даже при высоких температурах. Они газонепроницаемы и обладают нулевым водопоглощением.
Применение ситаллов. Из пирокерама делают подшипники, которые могут работать при нагрузках, составляющих более 50% нагрузки подшипников из нержавеющей стали при температуре 540…816° С без смазки. Из ситаллов можно изготовлять детали для двигателей внутреннего сгорания (поршни, детали выхлопа, муфты сцепления). Ситаллы используются в качестве жаростойких покрытий для защиты сталей, сплавов и тугоплавких металлов от действия высоких температур. Они используются для изготовления точных калибров и оснований металлорежущих станков.
7.6. Керамические материалы
Керамика — неорганический материал, получаемый из отформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. В результате обжига (1200…2500° С) формируется структура материала (спекание) и изделие приобретает необходимые физико-механические свойства.
Созданы новые виды керамики — так называемая «техническая керамика», включающая искусственно синтезированные керамические материалы различного химического и фазового состава. Основными компонентами технической керамики являются окислы и бескислородные соединения металлов. Любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.
Рассмотрим примеры.
В качестве высокоогнеупорного и конструкционного материала представляет интерес керамика на основе чистых окислов. В производстве окисной керамики используются в основном следующие окислы: А12О3 (корунд), ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, UO2. Температура плавления чистых окислов превышает 2000 °С, поэтому их относят к классу высокоогнеупоров.
Керамика из А12О3 (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах, химически стойка, отличный диэлектрик. Термическая стойкость корунда невысокая. Изделия из него широко применяются во многих областях техники: резцы, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, детали высокотемпературных печей, подшипники печных рольгангов, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания.
Нитрид бора (белый графит) с гексагональной структурой графита используется в качестве диэлектрика и как огнестойкая смазка. При давлении 70 кГ/см2 и температуре 1360° С нитрид бора превращается в эльбор (кубическая модификация), имеющий цвет от красного до черного, и плотность 3,45 г/см3, эльбор обладает высокой твердостью и выдерживает нагревание до температуры 2000° С.