Свойства нагревостойкой керамики

Свойства	Шамотная керамика	Кордиеритовая керамика
Плотность, г/см^3	2	2,2
Температурный коэффициент линейного расширения, град^–1	6·10^–6	1,5·10^–6
Теплопроводность, вт/см·град	0,01	0,02
Удельное объемное сопротивление, ом·см: а) при 300 ºС б) при 600 ºС	а) 10^8 б) 10^5	а) 10^9 б) 10^6
Прочность на изгиб, кГ/см^2	300…400	50…1000
Водопоглощаемость, %	10…15	0…2

Стекла

Стеклами называют аморфные материалы, получаемые в результате сплавления различных окислов. Кроме стеклообразующих окислов (SiO₂, Ba₂O₃, Р₂О₆) в смесь исходных веществ входят и другие окислы: щелочные – Na₂O, К₂О; щелочноземельные – CaO, BaO, MgO, а также РbО, ZnO, A1₂O₃, Fe₂O₃, Sb₂O₃ и др. Главную часть большинства видов технических стекол составляет SiO₃. Такие стекла называют силикатными. В зависимости от состава свойства стекол определяются в очень широких пределах. На свойства стекол влияет режим тепловой обработки.

Основные физические, механические, электрические и химические свойства стекол

Плотность стекол зависит от химического состава и находится в пределах 2,0…8,1 г/см³. Стекла, содержащие окислы тяжелых металлов (РbО), имеют большую плотность.

Механическая прочность стекол характеризуется их малой ударной вязкостью, которая у большинства типов стекол не превышает 1…1,5 кГ·см/см².

Стекла обладают высокой прочностью на сжатие, которая находится в пределах от 6000 до 2100 кП см² и определяется процентами содержания кварца. Плавленый кварц имеет очень высокую (21 000 кГ·см/см² ) прочность на сжатие. Твердость по шкале Мооса равна 4…7.

Термические свойства стекла в большой мере зависят от содержания кварца. Щелочные окислы понижают температуру размягчения стекол до 400 °С. Температура размягчения кварца равна 1600 °С. Следовательно, стекла имеют t_разм – 400 °С … 1600 °С в зависимости от рецептуры. Температурный коэффициент линейного расширения равен 5,5·10^–7…140·10^–7 град^–1. Молибденовым стеклом называют стекло с температурным коэффициентом линейного расширения, ТК_l = 55·10^–7, равным ТК_l молибдена, а вольфрамовым стеклом называют стекло, имеющее ТК_l вольфрама, равный 44·10^–7.

Оптические свойства стекла зависят от вводимых в него примесей, например:

а) цвет стекла создается примесями: Со – синий, СгО₃ – зеленый, МпО₂ – фиолетовый и коричневый, UO₃ – желтый;

б) увиолевые стекла – прозрачные для ультрафиолетовых лучей, создаются добавлением 0,02 % Fe₂O₃;

в) непрозрачные для рентгеновских лучей – стекла, поглощающие рентгеновские лучи, coдержат РbО;

г) прозрачное для рентгеновских лучей – линдемановское стекло имеет следующий состав: 83 % В₂О₃ + 2,5 % ВеО + 14,5 % Li₂O.

Все стекла, в особенности щелочные, не устойчивы по отношению к влаге. Под действием воды и водяного пара происходит разрушение поверхности стекла вследствие гидролиза щелочных силикатов. Образуется пленка кремниевой кислоты, набухшей в щелочном растворе, имеющая толщину 10^–7…10^–5 см. Вследствие этого резко снижается и поверхностное электрическое сопротивление стекла.

Гидролитическая стойкость стекла уменьшается при введении в стекло щелочных окислов и В₂О₃. Стекла, имеющие состав Na₂O · nSiO₂, при n = 1,5…4,2 – водорастворимые.

Силикатные стекла стойки к кислотам, за исключением фтористоводородной (плавиковой).

Химическая стойкость стекла уменьшается с увеличением содержания в его составе щелочных окислов Na₂O и К₂О и, наоборот, увеличивается с прибавлением таких окислов, как CaO, BaO, PbO, ZnO, A1₂O₃.

Электрические свойства стекол зависят от химического состава и растут с увеличением содержания SiO₂:

р = 10⁸ …10¹⁷ ом·см;

 = 3,7…16 (стекло, содержащее 80 % РbО); tgδ = 2·10^–4...1·10^–2; Е_пр = 30…45 мм², а в тонких пленках до 300 мм².

Стекла получают в специальных стекловаренных печах ванного или горшкового типа, сырьевые материалы измельчают, в соответствующей пропорции перемешивают, образованную шихту загружают в стеклоплавильную печь.

В качестве исходных материалов при варке стекла употребляются следующие:

1) кварцевый песок SiO₂;

2) сода Na₂CO₃;

3) поташ К₂СО₃;

4) известняк СаСО₃;

5) доломит CaCO₃ · MgCO₃;

6) бура Na₂B₄O₇;

7) борная кислота Н₃ВО₃;

8) сурик РЬ₃О₄;

9) каолин Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O;

10) полевой шпат K₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂.

При плавлении летучие части (Н₂О, СО₂) удаляются и получается однородная стекломасса.

Горячее стекло обладает высокой пластичностью, легче обрабатывается выдуванием, вытяжкой, прессованием, отливкой, свариванием с металлом и керамикой. Механическую обработку стекла производят специальными инструментами, алмазными резцами и ультразвуком. Стекло режется, обтачивается, фрезеруется, сверлится, шлифуется и полируется, травится фтористоводородной кислотой, металлизируется различными методами. Типовой химический состав некоторых промышленных видов стекла указан в табл. 8.

Таблица 8