21 Основные методы изготовления изделий из бескислородных соединений. Области применения керамики из бескислородных соединений.

Высокодисперсные порошки из неоксидных соединений получают различными методами: твердофазным, газофазным, СВС, плазмохимическим. Распространены так же карботермические методы, когда взаимодействие при высокой температуре происходит в присутствии в качестве восстановителя углерода или углеродсодержащих соединений.

Формование изделий из неоксидной керамики осуществляют полусухим прессованием, пластическим формованием и литьем. Неоксидные соединения могут окисляться, что необходимо учитывать при выборе технологических связок и особенно при их удалении. Связки в окислительных средах удаляют при температуре, когда окисление керамического порошка очень мало. При разложении связок в восстановительной или нейтральной средах могут образовываться углерод и карбиды. Некоторые виды связок, например на основе парафина или полиэтиленгликолей, можно удалять в среде СО2, находящегося при сверхкритических условиях: давление – 20 МПа, температура 50°С. При этом исключается окисление, а время удаления связки из отформованных инжекцией образцов сокращается до нескольких часов. Важным достоинством этого метода является отсутствие границы газ–жидкость и соответствующего поверхностного натяжения, приводящего к возникновению неравноплотностей в заготовке при удалении связки.

Высокую прочность и низкую ползучесть кристаллов при высоких температурах объясняют тем, что диффузионные процессы в кристаллах неоксидных соединений происходят очень медленно, благодаря высокой доле ковалентности и прочности химической связи. Это практически исключает возможность спекания таких соединений, как SiC, Si3N4, АlN по твердофазному механизму. Соединения с меньшей долей ковалентности химической связи, такие как TiC, NbC, ZrB2 и ряд других, можно спекать и по твердофазному механизму.

Для спекания неоксидной керамики обычно используют реакционное спекание или специальные добавки, которые образуют жидкую фазу и обеспечивают жидкофазное спекание. Реализация процесса растворение – кристаллизация позволяет снизить количество необходимой для получения плотной керамики жидкой фазы. При повторных нагревах до высоких температур вновь появляется жидкая фаза и высокотемпературная прочность керамики резко падает. Поэтому содержание добавок стараются минимизировать, но тогда нужны более дорогие методы – горячее прессование и горячее изостатическое прессование ГИП.

Для решения этой проблемы используют добавки, которые после жидкофазного уплотнения керамики улетучиваются или образуют в результате необратимой химической реакции между собой, с основной фазой и газовой средой новую высокоогнеупорную твердую фазу. Жидкая фаза исчезает, и высокотемпературные свойства керамики в дальнейшем при эксплуатации не ухудшаются. Использование повышения подвижности элементов кристаллической решетки при полиморфном переходе (эффект Хэдвала) в сочетании с применением высокодисперсных порошков и ГИП позволяет иногда получать плотную керамику без применения добавок.

Неоксидную керамику без использования добавок получают также реакционным спеканием. При этом усадка образцов очень мала. Спеченная керамика обычно имеет пористость более 15%, что сильно уменьшает ее прочность при низких температурах, но из-за отсутствия добавок прочность мало меняется с повышением температуры, поэтому при высоких температурах прочность реакционноспеченных образцов начинает превосходить прочность плотной керамики с добавками. Реакционное спекание можно объединить с горячим прессованием, что дает возможность несколько снизить пористость изделий. Использование добавок в сочетании с реакционным спеканием позволяет уменьшить их количество.

Реакционное спекание можно проводить в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и комбиниовать его с горячим прессованием. При этом удается получать плотную керамику с небольшим количеством не успевших прореагировать исходных веществ, которые могут ухудшать эксплуатационные свойства изделий.

Для некоторых изделий из неоксидной керамики положительный результат дает использование взрывного прессования. Этим методом можно получить сырец с относительной плотностью 90–99%. При последующей термообработке изделие упрочняется в основном за счет поверхностной диффузии. Однако метод требует специального оборудования и соблюдения требований техники безопасности. Проблемой является получение равноплотной заготовки, особенно при ее сложной конфигурации.

Большинство бескислородных соединений из-за высокой, а иногда исключительно высокой твердости и прочности применяют для изготовления твердых сплавов. Благодаря высокой температуре плавления бескислородные тугоплавкие соединения используют как огнеупорный материал или компонент в металлокерамических композициях — так называемых керметах. В последнее время эти соединения находят применение в качестве конструкционных материалов для изготовления деталей, работающих при высоких температурах, например, в газовых турбинах, в реактивной и ракетной технике и др.

22.

Большинство составов пьезокерамики основано на химических соединениях с кристаллической структурой типа перовскита с формулой АВО₃ (ВаТiO₃, РbТiO₃, LiNbO₃) и различных твёрдых растворов на их основе (системы ВаТiO₃ — СаТiO₃; ВаТiO₃ — СаТiO₃ — СоСO₃; NaNbO₃ — KNbO₃). Особенно широко используются в качестве пьезоэлектриков составы системы цирконата-титаната свинца (ЦТС или PZT) PbTiO₃ — PbZrO₃. Во мн. случаях оценивать П. м. удобнее след. параметрами: 1) коэф. эл.-механич. связи K_ik (для квазистатич. режима, когда длина звуковой волны существенно превосходит размеры пьезоэлемента); 2) величиной важной для излучателей звука (коэф. упругой податливости S^E); 3) величиной , к-рая входит в выражение эл.-механич. кпд преобразователей; 4) отношением  характеризующим чувствительностьприёмника звука в режиме холостого хода; 5) величиной  определяющей мин. сигнал, к-рый может быть принят приёмником на фоне электрич. шумов схемы; 6) механич. добротностью Q_m, определяющей акустомеханич. кпд излучателя при заданной нагрузке, полосу частот пропускания эл.-механич. фильтров, качество линий задержки. 22

Применение пьезокерамических элементов 22

Хромит иттрия, как и хромит лантана, является пер­спективным материалом для электродов МГД-генераторов и других устройств. (магнитогидродинамический генератор)