Keramische Materialien und Produkte. Arten von Keramikeigenschaften und Anwendungen von Forsterit- und Cordieritkeramik

Präsentation aus dem Zyklus „Volkshandwerk. Modellieren“ für Studierende. Beschreibt kurz die wichtigsten Methoden der Tonverarbeitung. Alle Einstellungen werden gelöscht, nur Text und Bilder, was es dem Lehrer ermöglicht, die Präsentation selbstständig an den Bildungsprozess anzupassen.

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Bildunterschriften:

KERAMIKGESCHICHTE, TYPEN, TECHNOLOGIE Darsteller: Karkavina Olga Vladimirovna, Lehrerin für Zusatzausbildung

Ton ist eines der alten Materialien, die zur Herstellung von Töpferwaren und Kunstprodukten verwendet werden.

Keramik – Tonprodukte mit oder ohne mineralische Zusätze, die durch Formen und Brennen gewonnen werden. Zur Verbesserung der ästhetischen Eigenschaften kann Keramik glasiert werden.

Es ist kaum vorstellbar, wie vielfältig Keramik ist. Nach Vereinbarung wird Keramik in der Regel in Bau-, Haushalts- und Technikkeramik unterteilt.

Baukeramik: Ziegel, Fliesen, Rohre, Vorsatzfliesen verschiedener Art für Außen- und Innenwände von Gebäuden, Fliesen und Platten für Fußböden, Sanitärartikel (Waschbecken, Badewannen, Toilettenschüsseln, Tanks dafür usw.)

Haushaltskeramik: Geschirr, Kunstprodukte.

Technische Keramik: eine große Produktvielfalt für den Maschinenbau, die Raketentechnik, die Funkelektronik, die Elektrotechnik und andere Branchen.

Töpfern herstellen

Die Herstellung von Keramik besteht aus sechs Schritten: Vorbereitung des Tons, Vorbereitung der Tonmasse, Formen des Produkts, Brennen, Glasieren und Dekorieren.

Vorbereiten des Tons Nachdem Sie die richtige Menge Ton in Stücken in die Kiste gegeben haben, füllen Sie sie etwa so mit Wasser, dass das Wasser den Ton bedeckt, und lassen Sie sie stehen, bis das Wasser absorbiert ist. Anschließend lässt man den Ton bei geöffnetem Deckel stehen, bis das überschüssige Wasser verdunstet ist.

Vorbereiten der Tonmasse Dazu wird der Rohklumpen gründlich geknetet, ebenso wie harter Teig. In diesem Fall ist es notwendig, regelmäßig mit der Faust darauf zu klopfen. Dies geschieht so, dass der Ton im gesamten Volumen homogen wird und die überschüssige Luft aus ihm entfernt wird, was die Qualität des resultierenden Produkts garantiert.

Produktformung Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Keramik herzustellen: aus gerollten flachen Stücken und aus Bündeln; auf der Töpferscheibe; durch Gießen in eine Gipsform

Aus Stücken und Strängen formen

Modellieren auf der Töpferscheibe

Gießen von Produkten in eine Gipsform

Brennen Das Brennen von Tonprodukten erfolgt in speziellen Öfen

Glasur ist ein Quarzglas, das beim Schmelzen bei hoher Temperatur eine glatte, transparente Oberfläche auf Ton erzeugt.

Dekoration

Ton ist ein natürliches, erstaunliches Material, mit dem Sie Produkte herstellen können, die in ihrer Schönheit einzigartig sind. Kreieren Sie mit Freude!

Quellen: J. Atkin. Keramik für Anfänger. M., ART-RODNIK, 2006; http://www.znaytovar.ru/s/Proizvodstvo-keramicheskix-izde.html; http://www.ceramicportal.ru/articles

• Im engeren Sinne bezeichnet das Wort Keramik gebrannten Ton.
• Die frühesten Töpferwaren wurden als Töpferwaren aus Ton oder einer Mischung davon mit anderen Materialien verwendet. Gegenwärtig wird Keramik als Material in der Industrie (Ingenieurwesen, Instrumentierung, Luftfahrtindustrie usw.), im Baugewerbe und in der Kunst verwendet und ist in der Medizin und Wissenschaft weit verbreitet. Im 20. Jahrhundert wurden neue keramische Materialien für den Einsatz in der Halbleiterindustrie und anderen Bereichen geschaffen.
• Moderne hochtemperatursupraleitende Materialien sind ebenfalls Keramiken.

• Das technologische Schema zur Herstellung von Keramikfliesen umfasst die folgenden Hauptphasen:

• Schlammzubereitung;
• Produktformung;
• Trocknen;
• Herstellung von Glasuren und Glasuren (Emaillieren);
• Verbrennung.

• Rohstoffe für keramische Massen werden in plastische (Tone und Kaoline) und nicht plastische Stoffe unterteilt. Zusätze aus Schamotte und Quarz reduzieren die Schrumpfung der Produkte und die Wahrscheinlichkeit von Rissen beim Formen. Als Glasbildner werden Bleimennige und Borax verwendet.

Die Erstellung des Beleges erfolgt in drei Phasen:

• Erste Phase: Mahlen von Feldspat und Sand (das Mahlen dauert 10 bis 12 Stunden);
• Der ersten Phase wird Ton hinzugefügt;
• Der zweiten Phase wird Kaolin zugesetzt. Die fertige Gülle wird in Behälter abgefüllt und gealtert.

Der Transport vom Rohstofflager erfolgt mit Hilfe eines Laders zu den Annahmebunkern. Von dort wird es über das Förderband entweder zu einer Kugelmühle (zum Mahlen) oder zu Turbolösungsmitteln (zum Auflösen von Ton und Kaolin) geleitet.

Beinarbeit Keramik Kreis. Bild an Keramik Fliesen.

KERAMIK Urne - Muster Keramik Maya-Kunst.

Geschichte der häuslichen Keramikfliesen

• In Russland tauchten Keramikfliesen im 9. Jahrhundert mit dem Aufkommen des Christentums auf. Während der heidnischen Zeit wurden überwiegend Stein und Holz als Baumaterialien verwendet.

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allgemeine Informationen

Keramische Produkte sind Produkte, die aus mineralischen Rohstoffen durch Formen und Brennen bei hohen Temperaturen gewonnen werden. Der Begriff „Keramik“ kommt (nach P.P. Budnikov) vom Wort „Kerameya“, das im antiken Griechenland die Kunst der Herstellung von Tonprodukten genannt wurde. Mittlerweile werden in der Keramiktechnik vor allem Tone verwendet, daneben kommen aber auch andere mineralische Rohstoffe zum Einsatz, zum Beispiel reine Oxide (Oxidtechnische Keramik). Keramische Materialien sind die ältesten aller Kunststeinmaterialien. An Siedlungsstandorten aus der Steinzeit wurden Scherben grober Keramik gefunden. Das Alter des keramischen Ziegels als Baumaterial beträgt mehr als 5000 Jahre. Antikes Keramikdach, Keramikplatte, rotfigurige Wandkeramik

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In moderner Bauweise

Keramische Produkte werden verwendet: in fast allen Strukturelementen von Gebäuden, im Fertig- und Einzelwohnungsbau (Verkleidungsmaterialien), in der Dekoration von Gebäudefassaden und Innenräumen. Keramische poröse Zuschlagstoffe sind die Grundlage für Sanitärkeramik aus Leichtbeton, Porzellan und Fayencegeschirr, Spezialkeramik für chemische und metallurgische Industrie (säurebeständige und feuerfeste Produkte), Elektrotechnik und Funkelektronik (elektrische Isolatoren, Halbleiter usw.), Raumfahrttechnik

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EINSTUFUNG

Nach Vereinbarung: - Wandprodukte (Ziegel, Hohlsteine ​​und Platten daraus); - Dachprodukte (Ziegel); - Bodenelemente; - Produkte für die Fassadenverkleidung (Verblendziegel, kleinformatige und andere Fliesen, Satzplatten, architektonische und künstlerische Details); - Produkte für die Innenwandverkleidung (glasierte Fliesen und Formteile dafür – Gesimse, Ecken, Bänder); - Zuschlagstoffe für Leichtbeton (Claydite, Agloporite); - wärmeisolierende Produkte (Perlitkeramik, Zellkeramik, Kieselgur usw.); - Sanitärprodukte (Waschtische, Badewannen, Toilettenschüsseln); - Bodenfliesen; - Straßenziegel; - säurebeständige Produkte (Ziegel, Fliesen, Rohre und Formstücke dafür); - feuerfeste Materialien; - Produkte für die unterirdische Kommunikation (Abwasser- und Entwässerungsrohre).

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Je nach Struktur: porös dicht (Sinterscherbe). Poröse Poren nehmen mehr als 5 Masse-% Wasser auf, im Durchschnitt beträgt ihre Wasseraufnahme 8–20 Masse-% bzw. 14–36 Volumen-%. Dazu gehören sowohl Produkte aus grober Keramik – keramische Wandziegel und Steine, Produkte für Dächer und Decken, Entwässerungsrohre als auch Feinkeramik – Verblendziegel, Fayence. Dichte Exemplare absorbieren weniger als 5 % Wasser, häufiger 1–4 % nach Gewicht oder 2–8 % nach Volumen. Dazu gehören auch Produkte aus grober Keramik – Klinker, großformatige Vorsatzplatten und Feinkeramik – Fayence, Halbporzellan, Porzellan.

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Nach Schmelzpunkt: für schmelzbar – mit einem Schmelzpunkt unter 1350 ° C; feuerfest - mit einem Schmelzpunkt von 1350 ° C bis 1580 ° C; feuerfest - 1580 -2000 ° C; höchste Feuerfestigkeit – über 2000 °C.

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Rohes Material

KAOLINE – bestehen aus dem Mineral Al2O3 2SiO2 2H2O, enthalten eine erhebliche Menge an Partikeln mit einer Größe von weniger als 0,01 mm und behalten nach dem Brennen eine weiße Farbe; TONE – vielfältige mineralische Zusammensetzung, stärker mit mineralischen und organischen Verunreinigungen verunreinigt; Tonsubstanz (mit Partikeln unter 0,005 mm) besteht hauptsächlich aus Kaolinit und verwandten Mineralien – Montmorillonit Al2O3 4SiO2 nH2O, Halloysit Al2O3 2SiO2 4H2O; der Gehalt an feinen Partikeln bestimmt die Plastizität und andere Eigenschaften von Tonen; kann Verunreinigungen enthalten, die den Schmelzpunkt senken (Kalziumcarbonat, Feldspat, Fe(OH)3, Fe2O3); Steinartige Einschlüsse von CaCO3 sind die Ursache für das Auftreten von „Duff“-Rissen in Keramikprodukten, weil die beim Brennen entstehende Hydratation von CaO geht mit einer Volumenzunahme einher; die Farbe des Tons hängt von Verunreinigungen mineralischen und organischen Ursprungs ab (von weiß, braun, grün, grau bis schwarz), die übliche rote Farbe des Tons wird durch eine Beimischung von Eisenoxid verliehen; Bentonite – hochdisperses Tongestein mit einem überwiegenden Gehalt an Montmorillonit; Tripolis und Kieselgur – bestehen hauptsächlich aus amorpher Kieselsäure; zur Herstellung von Wärmedämmprodukten, Bausteinen und Steinen verwendet.

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Lehmmaterialien – zur Verringerung der Plastizität und zur Verringerung der Luft- und Feuerschrumpfung von Tonen: Schamotte mit Körnern von 0,14–2 mm (feuerfester Ton, Kaolin) – verbessert die Trocknungs- und Brenneigenschaften von Tonen und wird zur Herstellung hochwertiger Produkte – Vormauerziegel – verwendet , feuerfeste Materialien usw. entwässerter Ton – verbessert die Trocknungseigenschaften der Rohstoffe und das Aussehen von Ziegeln; Sand mit Körnern von 0,5–2 mm; granulierte Hochofenschlacke mit Körnern bis zu 2 mm – ein wirksames Tonverdickungsmittel bei der Herstellung von Ziegeln mit reduzierter Wärmeentwicklung Leitfähigkeit. Es werden Stoffe verwendet, die beim Brennen unter Gasentwicklung zerfallen (gemahlene Kreide, Dolomit) oder ausbrennen (Ausbrennzusätze: Sägemehl, zerkleinerte Braunkohle, Abfälle aus Kohleaufbereitungsanlagen, Asche aus Wärmekraftwerken und Lignin, sie erhöhen die Porosität der Produkte und tragen zu einer gleichmäßigen Sinterung der Keramikscherbe bei)

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Plastifizierende Zusätze – hochplastische Tone, Bentonite, Tenside (Sulfit-Hefe-Gebräu) Plavni – Senkung der Sintertemperatur von Ton (Feldspat, Eisenerz, Dolomit, Magnesit, Talk usw.) Glasur oder Engobe – verleiht ein dekoratives Aussehen und Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse. Auf die Oberfläche des Keramikmaterials wird eine Glasurschicht (transparentes und/oder undurchsichtiges (taubes) Glas in verschiedenen Farben) aufgetragen und durch Brennen bei hoher Temperatur darauf fixiert. Die Hauptrohstoffe der Glasur (Quarzsand, Kaolin, Feldspat, Salze von Erdalkalimetallen, Blei- oder Strontiumoxide, Borsäure, Borax etc.) werden roh oder geschmolzen – in Form einer Fritte – verwendet. Engobe wird aus weißem oder farbigem Ton hergestellt und in einer dünnen Schicht auf die Oberfläche eines ungebrannten Gegenstandes aufgetragen. Beim Brennen schmilzt Engobe nicht, daher ist die Oberfläche matt. Aufgrund seiner Eigenschaften sollte es nahe am Haupt-Shard liegen.

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HERSTELLUNG KERAMISCHER WERKSTOFFE

Formverfahren – plastisch und halbtrocken. Bei der plastischen Methode beträgt der Feuchtigkeitsgehalt der Formmischung 15–25 %, wobei vor dem Brennen eine obligatorische Trocknung der geformten Produkte erforderlich ist. Bei der halbtrockenen Methode ist keine Trocknung erforderlich. Da der Feuchtigkeitsgehalt des Tons 6–7 % beträgt, werden die Produkte auf speziellen Pressen unter einem erheblichen Druck von 15–40 MPa geformt. Ein solcher Ziegelstein hat die richtige Form und genaue Abmessungen, aber eine geringere Frostbeständigkeit. Überbrennen – Produkte verlieren ihre Form, schmelzen von der Oberfläche; Unterbrennen (Unvollständigkeit des Sinterprozesses („scharlachrote“ Farbe des Ziegels) – eine Abnahme der Festigkeit, eine starke Abnahme der Wasserbeständigkeit und Frostbeständigkeit

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Eigenschaften von Tonen als Rohstoffe für keramische Produkte

Ton, mit einer bestimmten Menge Wasser vermischt, bildet einen Tonteig mit Zusammenhalt und Plastizität. Beim Benetzen von trockenem Ton entsteht ein charakteristischer Geruch nach angefeuchteter Erde und die Freisetzung von Wärme. Wassermoleküle (Dipole) werden zwischen die flockigen Kaolinitpartikel gezogen und verkeilen diese, wodurch der Ton aufquillt. Dünne Wasserschichten zwischen lamellaren Tonmineralien bestimmen die charakteristischen Eigenschaften von Tonteig. Die Plastizität von Tonen erklärt sich dadurch, dass bei Befeuchtung dünne Filme adsorbierten Wassers auf der Oberfläche der Partikel entstehen, die für das Gleiten der Partikel sorgen und sie durch die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung binden. Die Plastizität wird anhand der Wassermenge beurteilt, die erforderlich ist, um eine leicht formbare Masse zu erhalten. Tone haben eine hohe Plastizität, eine mittlere Plastizität und eine niedrige Plastizität. Je mehr Tonmineralien der Ton enthält, desto mehr Wasser benötigt er, desto stärker quillt er, desto schwieriger trocknet er und desto stärker schrumpft er. Solche Tone werden ölig genannt. Tone, die viele Sandpartikel enthalten, werden als mager bezeichnet. Optimale Mischungen werden durch Einbringen magerer Zusatzstoffe in fetthaltige Tone – Sande, Asche aus Wärmekraftwerken, Schlacken, Schamotte usw. – erreicht.

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Die Bindungsfähigkeit von Ton äußert sich in der Bindung von Körnern nicht plastischer Materialien (Sand, Schamotte usw.) sowie in der Bildung eines ausreichend festen Rohprodukts beim Trocknen. Ein Merkmal von Tonteig ist die Fähigkeit, beim Trocknen an der Luft auszuhärten. Die Kräfte des Kapillardrucks ziehen die Tonpartikel zusammen, verhindern ihre Trennung und führen zu einer Luftschrumpfung. Schrumpfung ist eine Abnahme der linearen Abmessungen und des Volumens von Rohton beim Trocknen (Luftschrumpfung) und Brennen (Feuerschrumpfung) von Tonen (und zusammen - vollständige Schrumpfung); ausgedrückt als % der ursprünglichen Produktgröße. Backfähigkeit – die Fähigkeit von Tonen, sich beim Brennen (900–1200 °C) in einen steinähnlichen Zustand zu verwandeln. Die Bildung einer starken Scherbe entsteht durch die Verklebung fester Tonpartikel mit der entstehenden Schmelze.

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Eigenschaften von Keramikprodukten

Die Porosität einer Keramikscherbe (poröse Produkte) – 10–40 % – erhöht sich durch das Einbringen porenbildender Zusätze in die Keramikmasse. Um die Dichte und Wärmeleitfähigkeit zu verringern, greifen sie auf die Schaffung von Hohlräumen in Ziegeln und Keramiksteinen zurück. Die Wasseraufnahme charakterisiert die Porosität einer Keramikscherbe. 12–40 Vol.-% der Wasseraufnahme dichter Produkte – 1–5 Vol.-% und 2–10 Vol.-%

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Die Wärmeleitfähigkeit einer absolut dichten Keramikscherbe ist hoch – 1,16 W/(m ᵒ C). In Keramikprodukten entstehende Luftporen und Hohlräume verringern die Dichte und verringern die Wärmeleitfähigkeit erheblich. Beispielsweise für Wandkeramikprodukte von 1800 bis 700 kg/m3 bzw. von 0,8 bis 0,21 W/(m·ᵒС). Dadurch werden die Dicke der Außenwand und der Materialverbrauch der umschließenden Strukturen reduziert. Die Festigkeit hängt von der Phasenzusammensetzung der Keramikscherbe, der Porosität und dem Vorhandensein von Rissen ab. Die Marke eines Wandkeramikprodukts (Ziegel usw.) in Bezug auf die Festigkeit gibt die Druckfestigkeit an, bei der Festlegung der Ziegelmarke wird jedoch neben der Druckfestigkeit auch der Biegefestigkeitsindikator berücksichtigt, da der Ziegel in der Mauerwerk ist einer Biegung ausgesetzt. Produkte mit poröser Scherbe werden in den Sorten M75-M300 und dichte Produkte (Straßensteine ​​usw.) - M400-M1000 hergestellt.

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Frostbeständigkeit. Das Frostbeständigkeitszeichen gibt die Anzahl der Zyklen abwechselnden Einfrierens und Auftauens an, die ein Keramikprodukt im mit Wasser gesättigten Zustand ohne Anzeichen sichtbarer Schäden (Delamination, Abblättern, Rissbildung, Abplatzen) überstehen kann. Produkte haben je nach Struktur folgende Marken: F15, F25, F35, F50, F75, F100. Die Dampfdurchlässigkeit von Wandkeramikprodukten trägt zur Belüftung von Räumen bei und hängt von der Porosität und Beschaffenheit der Poren ab. Eine geringe Dampfdurchlässigkeit ist der Grund für das Schwitzen der Innenwände von Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit. Die ungleiche Dampfdurchlässigkeit der Schichten, aus denen die Außenwand besteht, führt zur Ansammlung von Feuchtigkeit. So kann es bei der Fassadenverkleidung von Wänden mit glasierten Fliesen zu einer Ansammlung von Feuchtigkeit in der Kontaktschicht zwischen Wand und Fliese kommen, und das anschließende Einfrieren der Feuchtigkeit führt zum Abblättern der Verkleidung.

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Anwendung

Zu den unter Lastbedingungen betriebenen Bauprodukten gehören Wandmaterialien (Ziegel und Keramiksteine), Dacheindeckungen (Fliesen), Wasser-, Abwasser- und Entwässerungsrohre. Darüber hinaus werden Ziegel für die Verlegung von Säulenfundamenten in Flachbauten sowie für die Vorfertigung von großformatigen Blöcken und Platten verwendet, die je nach Verwendungszweck (für Innen- oder Außenwände) ein- oder zweiteilig sein können. und dreischichtig. Bei Mehrschichtsystemen wird zur Erhöhung der Hitzeschutzeigenschaften eine Plattenisolierung verwendet.

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Zu den Materialien für besondere Zwecke gehören: Sanitär, säurebeständig, feuerfest, wärmeisolierend. Anwendung Die Hauptrohstoffe für die Herstellung von Sanitärartikeln sind weißbrennende Tone, gemischt mit glasbildenden Flussmitteln und Verdünnungszusätzen. Durch Änderung des Verhältnisses der Komponenten und der Technologie des Formens und Brennens werden Fayence-, Halbporzellan- und Porzellanprodukte erhalten, die jeweils in der Reihenfolge zunehmender Dichte und Festigkeit aufgeführt sind. Das größte Volumen im Bauwesen entfällt auf relativ poröse Fayenceprodukte, deren Wasserbeständigkeit durch die Glasur der Oberfläche gewährleistet wird.

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Säurebeständige Materialien in Form von Fliesen und Ziegeln der Klassen A, B, C, gewonnen aus säurebeständigem Ton, werden zum Schutz von Böden, Wänden und Prozessanlagen in Chemiefabriken verwendet. Der Hauptzweck feuerfester Materialien ist die Auskleidung von Hochtemperatur-Prozessanlagen. Die maximale Betriebstemperatur solcher Produkte wird durch die Zusammensetzung der Rohstoffe bestimmt: Mit einem erhöhten Gehalt an Kieselsäure (Si02) erhält man feuerfeste Dinas (bis 1650 °C), feuerfeste Tone - Schamotte (bis 1400 °C) , Aluminiumoxid (A1203) – hoher Aluminiumoxidgehalt (über 1750 ° C). Anwendung

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Wärmedämmstoffe und Produkte auf Basis von Tonrohstoffen werden in Form von hochporösen Kieselgurschaumsteinen, die hauptsächlich zur Wärmedämmung von Prozessanlagen verwendet werden, und losen Schüttgütern: Blähtonkies und Aggloporitschotter hergestellt. Letztere werden durch Quellen geformter Granulate bei Temperaturen über 1000 °C oder durch Zerkleinern von Sinterrohstoffen mit Kohleabfällen gewonnen und dienen als wärmedämmende Füllungen zur Isolierung von Böden, Decken, Wänden sowie als Zuschlagstoffe für Leichtbeton für verschiedene Zwecke. Anwendung

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Keramikmaterialien für Wände und Dächer

Die modernen Ziegelmaße wurden 1927 durch die Norm legalisiert. Danach werden Ziegel in den Größen 250x120x65 und 250x120x88 hergestellt. Die Masse eines Ziegels sollte 4,3 kg nicht überschreiten. Daher werden verdickte Ziegel meist mit Hohlräumen hergestellt. Die folgenden Namen für Ziegelsteinflächen werden akzeptiert: Bett, Löffel, Sack. 1 Bett, 2 Löffel, 3 Poke

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Physikalische Eigenschaften gewöhnlicher massiver Keramikziegel: Die durchschnittliche Dichte sollte 1600–1800 kg/m3 nicht überschreiten, die Porosität beträgt 28–35 %, die Wasseraufnahme beträgt nicht weniger als 8 %. Das Hauptmerkmal der Ziegelqualität ist die Marke für Druck- und Biegefestigkeit. Es wurden acht Klassen von 75 bis 300 festgelegt. Für die Frostbeständigkeit von Ziegeln wurden vier Klassen F15, F25, F35 und F50 festgelegt. Aufgrund der großen ungleichmäßigen Schwindung während der Herstellung lässt die Norm große Abweichungen in Größe und Form des Ziegels zu.

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Gewöhnliche Keramikziegel werden aufgrund ihrer ausreichend hohen physikalischen und mechanischen Eigenschaften im modernen Bauwesen häufig zum Verlegen von Wänden, Fundamenten, Schornsteinen und anderen Bauwerken verwendet. Halbtrockenpressziegel können nicht für Fundamente und Wände von Nassräumen verwendet werden. Industrieller in Bezug auf Herstellungstechnologie und thermische Eigenschaften sind hohle Keramikziegel und -blöcke mit den Abmessungen: 250 x 120 x 138, 380 x 120 x 138, 250 x 250 x 138. Steine ​​gelten als hohl, wenn ihr Hohlraumvolumen mehr als 13 % beträgt. Form und Größe der Hohlräume können unterschiedlich sein. Die Anordnung der Hohlräume ist überwiegend vertikal. Hohlsteine ​​können nicht für die Verlegung von Bauwerken mit Wasserkontakt verwendet werden. Gefrieren von in Hohlräumen eingeschlossenem Wasser. kann Stein zerstören. Das Vorhandensein von Hohlräumen reduziert nicht nur die Masse der Produkte, sondern beschleunigt und erleichtert auch die Trocknungs- und Brennprozesse. Sie weisen deutlich weniger Mängel auf und haben die gleiche Festigkeit wie Vollziegel. Gewöhnlicher Vollziegel. Gewöhnlicher Hohlziegel. Hohlziegelblöcke

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Naturkeramik- oder Tonziegel gehören zu den ältesten Dachmaterialien. Die Geschichte seiner Anwendung reicht mehr als ein Jahrtausend zurück. Keramikziegel sind das beliebteste Material in Europa: Mehr als die Hälfte der europäischen Steildächer bestehen aus Keramik. Diese Beliebtheit einer Fliese ist vor allem auf ihre einzigartigen Eigenschaften zurückzuführen: Attraktives Aussehen; Haltbarkeit; Feuer Beständigkeit; Umweltfreundlichkeit; Beständigkeit gegen aggressive Umgebungen, UV- und Windlasten; Geringe Wärmeleitfähigkeit, Fähigkeit zur Geräuschabsorption. Der Rohstoff für Fliesen ist Ziegelton mit verbesserter Verarbeitungsqualität. Der Nachteil eines Ziegeldaches ist die große Masse und Komplexität der Verlegung.

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ENGOBE NATURI-GLASUR

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Veredelung keramischer Materialien

Es gibt Veredelungskeramiken für Außen- und Innenverkleidungen sowie für Fußböden. Der Vormauerziegel weist eine erhöhte Oberflächenqualität auf, er wird aus weiß- und rotbrennenden Tonen hergestellt. Manchmal wird ihm durch färbende Zusätze Farbe verliehen. Es ist mit Engoben und zweischichtigem Formteil verziert, um weißbrennenden Ton zu erhalten. Manchmal werden Glasuren verwendet, sie sind dekorativ und sehr langlebig (sie behalten ihre Farbe über Hunderte von Jahren). Vorderer Ziegelstein

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Keramische Fliesen in Form eines Teppichs werden in den Mörtel oder Beton der Wände versenkt und anschließend der Papierträger abgewaschen. Dieser Vorgang kann sowohl im Werk als auch auf der Baustelle durchgeführt werden. Fassadenkeramikfliesen werden zur Außenverkleidung von Gebäuden und unterirdischen Bauwerken verwendet. Sie werden in verschiedenen Größen von 65x120 bis 600x1200 mm hergestellt. Die Rückseite der Fliesen ist gewellt. Großformatige werden mit Hilfe von Metallbefestigungen an den Fassaden befestigt. Eine der Optionen für solche Platten heißt Keramikgranit. Terrakotta ist ein klassisches antikes und modernes Material, das durch Brennen von Ton und anschließende Oberflächenbehandlungen gewonnen wird. Im antiken Griechenland wurden großformatige Verkleidungsprodukte in Form von Platten, Säulenteilen, Architraven und anderen architektonischen Details verwendet. Es wurde während des Baus aller Hochhäuser in Moskau in den 40er und 50er Jahren wiederbelebt. Produkte in Terrakotta-Form für Fassaden, Terrakotta-Platten für Designprojekte, handgefertigte Terrakotta-Fliesen, Terrakotta-Teppichmosaik

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Fliesen für die Innenwandverkleidung werden in verschiedenen Größen von 70x70 bis 330x330 hergestellt. Sie stellen dafür auch verschiedene Zusatzelemente her – Friese, Gürtel usw. Die Fliesen haben einen porösen Scherben und sind auf der Vorderseite mit Glasur überzogen, die sie nicht nur schmückt, sondern ihnen auch Wasser- und Chemikalienbeständigkeit verleiht. Diese Fliesen werden in Nassbereichen eingesetzt. Sie können nicht als Bodenbelag und zur Außendekoration verwendet werden. Bodenfliesen werden aus feuerfestem Ton hergestellt. Sie haben nahezu keine Poren und sind praktisch wasserfest. Sie werden oft Metlakh (nach dem Namen der deutschen Stadt Mettlach) genannt. Fliesen können durchgehend gefärbt sein oder eine farbige Deckschicht haben. Sie weisen eine hohe Verschleißfestigkeit und Festigkeit auf. Aufgrund der hohen Wärmeaufnahme der Keramikbeschichtung wird ein solcher Boden als kalt bezeichnet. In Russland ist es üblich, in Räumen mit feuchter Betriebsweise Böden aus solchen Fliesen zu verlegen.

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PORZELLAN-GRANIT Dieses Material ist relativ neu, erfreut sich jedoch bei denjenigen, die gerne bauen und umbauen, bereits großer Beliebtheit. Feinsteinzeug (Gres) ist eine nicht emaillierte, einfach gebrannte Keramikfliese aus hellem Ton, Quarzsand, Feldspat und mineralischen Farbpigmenten. Feinsteinzeug auf der Basis von rotem Ton wird „Red Gres“ genannt. Vorteile: niedriger Wasseraufnahmekoeffizient – ​​weniger als 0,05 % (zum Vergleich: natürlicher Granit – 0,5 %), Beständigkeit gegen extreme Temperaturen, Härte, porenfreie Struktur, Schlagfestigkeit, Abriebfestigkeit. Feinsteinzeug in Holzoptik

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Keramikfliesen zur Wanddekoration

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Fotokeramik

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Keramik-Bodensockel Der Standard-Keramiksockel hat eine dreieckige Basis mit einer konkaven Mitte oder einem Relief. Aber nicht weniger beliebt sind flache Friese mit schmaler Basis und weicher Fase an der Oberkante. Die Verwendung solcher Sockelleisten erleichtert den Möbeleinbau, da sie nahezu nah an die Wand geschoben werden können. Auch die Höhe der Produkte ist unterschiedlich – von schmal bei 1,5 cm bis breit bei 8–10 cm, allerdings unter Berücksichtigung der Höhe der Fliesen einer bestimmten Kollektion. Die Oberfläche kann schlicht, gemustert oder strukturiert sein und entweder eine matte oder glänzende Oberfläche haben. Der Sockel wird nicht nur ausgewählt, um die Verbindung zwischen Boden und Wand abzuschließen, sondern auch, um die Lücke zwischen Wand und Badezimmer (Waschbecken) zu schließen, da wir Sanitäranlagen traditionell aus Platzgründen nahe an der Wand platzieren. Sockel, Bleistifte, Friese, Gürtel und Bordüre

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Spezielle Arten von keramischen Materialien

Sanitärkeramik (Waschbecken, Toilettenschüsseln, Rohre) wird aus Fayence und Porzellan hergestellt. Fayence - dünne Keramik aus weißbrennendem Ton (60 ... 65 %), Quarz (30 ... 35 %) und Feldspat (3 ... 5 %). Das geformte und getrocknete Produkt wird zweimal gebrannt: zunächst und nach dem Auftragen der Glasur wiederholt. Das Glasieren von Steingut ist notwendig, da es eine poröse Scherbe (P=20...25 %) und eine hohe Wasseraufnahme hat.

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Porzellan - Produkte aus feiner Keramik. Es wird auf die gleiche Weise wie Fayence gewonnen, wobei die Zusammensetzung der Rohstoffe leicht verändert wird (höher bis zu 20 ... 25 % Feldspatgehalt). Porzellan hat einen dichten, vollständig gebackenen Scherben, der in einer dünnen Schicht durchscheinend ist. Porzellanprodukte für Sanitärzwecke werden ebenfalls glasiert, um ihnen Glätte zu verleihen und die hygienischen und hygienischen Eigenschaften zu verbessern. Keramische Sanitärartikel zeichnen sich durch ihre dekorative Wirkung und universelle chemische Beständigkeit aus; Dank ihrer harten und glatten Oberfläche sind sie leicht zu reinigen und behalten ihre Eigenschaften lange. Der Nachteil solcher Produkte sowie von Keramik im Allgemeinen ist die Zerbrechlichkeit. Dennoch bleibt Keramik das beste Material für Sanitärartikel. Abwasserrohre bestehen aus feuerfestem Kunststoffton und sind innen und außen glasiert, was ihre vollständige Wasserdichtigkeit, chemische Beständigkeit und einen hohen Durchsatz gewährleistet. Sie sind für einen Druck von 0,2 MPa ausgelegt. Ihre Länge beträgt 800–1200 mm, der Durchmesser 150–600 mm.

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Feuerfeste keramische Materialien

Feuerfeste Materialien werden durch keramische Technologie aus verschiedenen Rohstoffen gewonnen. Sie werden in feuerfeste (Erweichungspunkt 1580 ... 1770 o C), hochfeuerfeste (1770 ... 2000 o C) und höhere feuerfeste (> 2000 o C) unterteilt. Abhängig von der chemischen und mineralogischen Zusammensetzung können feuerfeste Materialien kieselsäurehaltig, aluminosilikathaltig, magnesisch, chromithaltig oder graphithaltig sein. Feuerfeste Siliciumdioxidmaterialien (der Hauptbestandteil ist (SiO 2)) können in ihrer Struktur glasig (Quarzglas) und kristallin (feuerfeste Dinas-Materialien) sein. Feuerfeste Dinas-Materialien werden durch Brennen von Quarzrohstoffen (gemahlener Quarzsand mit einer Temperatur von etwa 900 ° C) erhalten (Zugabe von Kalk oder anderem Bindemittel) Die Feuerfestigkeit dieser Materialien beträgt 1600 ... 1700 ° C. Sie werden für die Installation von Glasschmelzbögen und Glasöfen verwendet.

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Quarzglas funktioniert gut bei Temperaturen bis 1000 °C; Bei höheren Temperaturen entglast (kristallisiert) es und zerfällt. Feuerfeste Materialien aus Aluminosilikat werden in drei Gruppen eingeteilt: Halbsäure und Schamotte sowie Tonerde mit hohem Aluminiumoxidgehalt. Halbsaure feuerfeste Materialien werden durch Brennen von Quarzgestein auf einem Tonbindemittel hergestellt. Die Feuerfestigkeit dieser Materialien beträgt 1580…1700 °C. Feuerfeste Materialien aus Schamotte werden durch Brennen einer Mischung aus Schamotte und feuerfestem Ton hergestellt. Sie sind hitzebeständig und schlackenbeständig. Ihre Feuerbeständigkeit beträgt bis zu 1500 °C. Feuerfeste Materialien mit hohem Aluminiumoxidgehalt enthalten mehr als 45 % Aluminiumoxid. Sie werden aus Bauxiten gewonnen. Bei einer Erhöhung des Aluminiumoxidgehalts auf 60 % kann die Feuerfestigkeit dieser Materialien 2000 °C erreichen. Sie werden zum Verlegen von Hochöfen und Glasöfen verwendet.

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Historisch gesehen wurden unter Keramik Produkte und Materialien verstanden, die aus Tonen und deren Mischungen mit mineralischen Zusätzen gewonnen werden. Später wurde das Brennen weit verbreitet, um Tonprodukten Härte, Wasser- und Feuerbeständigkeit zu verleihen. Das Wort „Keramik“ stammt aus dem Altgriechischen (Keramos – gebrannter Ton, Keramik – Töpferware).

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Mit fortschreitender Technologie entsteht eine Klasse technischer Keramik. Der Begriff „Keramik“ beginnt eine umfassendere Bedeutung zu bekommen: Neben traditionellen Materialien aus Ton wurden auch Materialien umfasst, die aus reinen Oxiden, Karbiden, Nitriden usw. gewonnen wurden. Die wichtigsten Bestandteile moderner technischer Keramik sind Oxide von Aluminium, Zirkonium, Silizium, Bor, Aluminiumnitride, Silizium- und Borcarbide usw.

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Vorteile und Perspektiven von Keramik Außergewöhnliche Eigenschaftsvielfalt im Vergleich zu anderen Materialarten Verfügbarkeit von Rohstoffen Geringe Energieintensität der Technologien Umweltfreundlichkeit der Produktion Biologische Verträglichkeit Die Hauptproduzenten von Keramik sind die USA und Japan (38 bzw. 48 %). Die USA dominieren den Bereich der Strukturkeramik. In Japan entwickelt sich neben der Produktion von Strukturkeramik auch der Bereich der Funktionskeramik dynamisch.

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Definition von „Keramik“

Keramiken sind polykristalline Werkstoffe und daraus hergestellte Produkte, die aus Verbindungen von Nichtmetallen der Gruppen III-VI des Periodensystems mit Metallen oder untereinander bestehen und durch Formen und Brennen der entsprechenden Rohstoffe gewonnen werden. Als Ausgangsrohstoffe können sowohl Stoffe natürlichen Ursprungs (Silikate, Tone, Quarz etc.) als auch künstlich gewonnene Stoffe (reine Oxide, Karbide, Nitride etc.) dienen.

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Klassifizierung von Keramik nach chemischer Zusammensetzung

1. Oxidkeramik. Diese Materialien bestehen aus reinen Oxiden Al2O3, SiO2, ZrO2, MgO, CaO, BeO, ThO2, TiO2, UO2, Oxiden seltener Erdmetalle, ihren mechanischen Mischungen (ZrO2-Al2O3 usw.), festen Lösungen (ZrO2-Y2O3, ZrO2). -MgO und andere), chemische Verbindungen (Mullit 3Al2O32SiO2 usw.) 2. Oxidfreie Keramik. Diese Klasse besteht aus Materialien auf der Basis von Carbiden, Nitriden, Boriden, Siliziden, Phosphiden, Arseniden und Chalkogeniden (außer Oxiden) von Übergangsmetallen und Nichtmetallen der Gruppen III–VI des Periodensystems.

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Klassifizierung von Keramik nach Verwendungszweck

1. Baukeramik. 2. Dünne Keramik. 3. Chemisch beständige Keramik. 4. Feuerfeste Materialien. 5. Technische Keramik.

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Klassifizierung technischer Keramik

1. Strukturkeramik 2. Werkzeugkeramik 3. Elektro- und Funktechnikkeramik 4. Keramik mit besonderen Eigenschaften

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Weitere Klassifikationen der technischen Keramik

Konventionelle neue viskose Nanokeramik

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Struktur von Keramik

Kristalline Phase – chemische Verbindungen, feste Lösungen, interstitielle Phasen. Amorphe Phase – glasbildendes Oxid SiO2. Geschlossene Poren – keine Kommunikation mit der Umgebung. Offene Poren – Kommunikation mit der Umwelt.

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Indikatoren für Porosität und Dichte von Keramik

1. Wahre (theoretische) Dichte i, g/cm3 – Dichte des nicht porösen Materials. 2. Scheinbare Dichte к, g/cm3 – Dichte des Materials, das Poren enthält. 3. Relative Dichte  = (k / i)100 %. 4. Die wahre Porosität Pi = (Vк-Vи)/Vк)100 % = (1- к/и) 100 % ist das Gesamtvolumen aller Poren. 5. Scheinbare (offene) Porosität Pk = (Vot / Vk) 100 % – das Volumen der offenen Poren, die beim Kochen mit Wasser gefüllt werden.

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Mechanische Eigenschaften von Keramik

Typisches Diagramm   für Keramik bei Prüfung bis ~ 1000С

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Komprimieren, Biegen, HV, H, HRA, K1s, E, G Weibull-Formel Ryshkevich-Formel – Abhängigkeit der Festigkeit von der Porosität, n=4…7 Young-Modul Hooke-Modul Poisson-Verhältnis

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Vorlesung 2

Thermomechanische, thermophysikalische und thermische Eigenschaften von Keramik

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Thermomechanische Eigenschaften von Keramik

Kurzzeitfestigkeit bei Betriebstemperatur Verformungstemperatur unter Belastung Kriechen

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Schema zur Bestimmung der Verformungstemperatur von Keramik unter Last Grenzbetriebstemperatur tнр

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Bedingte Kriechgrenze – die Spannung, die eine bestimmte Dehnung der Probe (Gesamt- oder Restdehnung) oder eine bestimmte Kriechgeschwindigkeit auf einem geraden Abschnitt der Kriechkurve für eine bestimmte Testzeit bei einer bestimmten Temperatur verursacht

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Primäre Kriechkurve: n – Dehnung unter Belastung; p - volle (elastische + Rest-)Dehnung auf einem gekrümmten Abschnitt); с - Gesamtdehnung (elastisch + Rest) während des Tests; у – elastische Dehnung; o – Restdehnung.

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Zur Bestimmung der bedingten Kriechgrenze von Keramiken testen Sie eine Reihe von Proben bei tset und 1-3. Bestimmen Sie den Durchschnittswert von c, o und d / d in Abschnitt II für jedes , erstellen Sie die Diagramme  -  oder  - d  / d zwischen im Abschnitt II im logarithmischen Koordinatensystem. Diese Diagramme werden verwendet, um die Kriechgrenze 0,2 nicht kleiner als bei drei tset zu ermitteln. Erstellen Sie ein Diagramm 0,2 - t

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Thermophysikalische Eigenschaften

Wärmekapazität Wärmeleitfähigkeit Wärmeleitfähigkeit Wärmeausdehnung Sie sind sehr wichtig, weil Bestimmen Sie die Hitzebeständigkeit von Keramik.

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Wärmekapazität von Keramik

Cv=dE/dT Über D entspricht die Dulong-Petit-Regel Cv=n3R: - für zweiatomige Kristalle Cv=6R50 J/molK (MgO) - für dreiatomige Kristalle – 9R75 J/molK ( ZrO2) - für fünfatomig - 15R 125 J / molK (Al2O3)

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Wärmeleitfähigkeit von Keramik

dQ/dt = -  dT/dx In Oxidkeramik hat es Phononennatur: ph = (1/3) Cvvph lph 3) Cve ve le, wobei Сve= Сat.e ne/zNa die Wärmekapazität einer Einheit ist Volumen des Elektronengases, Сat.e= 3R/2, ve ist die Geschwindigkeit von Elektronen mit einer Energie nahe EF

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Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von der Temperatur für die meisten Keramiken. Zusammenhang zwischen der Wärmeleitfähigkeit von Keramik und ihrer Porosität. n=1,5-2 Beispielsweise nimmt die Porosität von 0,5  um das Vierfache ab

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Wärmeausdehnungseigenschaften von Keramik. Echter CLTE. Durchschnittlicher CLTE. Lineare Ausdehnung für Keramik

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Thermische Eigenschaften

Feuerfestigkeit – die Fähigkeit, hohen Temperaturen standzuhalten, ohne zu schmelzen. Sie wird durch die Falltemperatur des Pyroskops bestimmt. Die wichtigste Eigenschaft von Feuerfestmaterialien

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Hitzebeständigkeit – die Fähigkeit von Keramik, Temperaturschwankungen standzuhalten, ohne während des Betriebs zu kollabieren. Bewertungsmethoden - T= (1-)w/cE Für feuerfeste Materialien wird eine direkte Methode zur Bestimmung der Wärmebeständigkeit verwendet: Erhitzen des Ziegelendes auf 850 °C und 1300 °C, gefolgt von Abkühlung im laufenden Betrieb Wasser. Die Hitzebeständigkeit wird anhand der Anzahl der Hitzezyklen geschätzt, bis das Produkt durch Zerstörung 20 % seines Gewichts verliert. Entsprechend dem Verlust der mechanischen Festigkeit bei thermischer Wechselbeanspruchung. Gemäß dem Grenzwert T, bei dem die Probe zerstört wird

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Thermische Alterung von Keramik Eine Zunahme der Korngröße des Materials aufgrund des Rekristallisationsprozesses während des Hochtemperaturbetriebs von Produkten. Die Korngröße kann Hunderte von Mikrometern erreichen, wodurch die Festigkeitseigenschaften von Keramik stark reduziert werden. Das Korngrößenwachstum wird durch die Formel bestimmt, wobei D0 die anfängliche Korngröße ist, Q die Rekriist, n=const (für Oxide n=1/3),  die Haltezeit bei der Temperatur T ist, h.

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Vorlesung 3

Elektrophysikalische, chemische Eigenschaften von Keramik

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Elektrische Eigenschaften von Keramik Dielektrizitätskonstante , Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstante TK, - spezifischer Volumen- und Oberflächenwiderstand v und s, - dielektrische Verluste tg, - elektrische Festigkeit oder Durchschlagsfestigkeit Upr.

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Dielektrizitätskonstante Das Verhältnis der Ladungen Q und Kapazitäten C auf den Kondensatorplatten beim Austausch von Platten aus diesem Dielektrikum durch Vakuum. Qm ist die Ladung eines Kondensators mit einer dielektrischen Platte; Qv ist die Ladung eines Kondensators im Vakuum. Eine solche Änderung der elektrischen Kapazität des Kondensators erfolgt als Folge des Polarisationsphänomens des Dielektrikums. +++++++++++++++ +++++++++++++++ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Auskleidung aus Keramik

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Elektronische Polarisation ist eine elastische Verschiebung des Schwerpunkts und Verformung einer negativ geladenen Elektronenwolke unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes. Unter Ionenpolarisation versteht man die relative Verschiebung elastisch gebundener Ionen unterschiedlicher Ladung. Diese Art der Polarisation ist allen Arten von Keramiken eigen, die ionische kristalline Substanzen enthalten. Auch die Ionenpolarisation erfolgt augenblicklich. Benötigt die Rückkehr von Elektronen oder Ionen hingegen eine nennenswerte Zeitspanne, erfolgt die Relaxation also zeitlich, so unterscheidet man zwischen elektronischer und ionischer Relaxationspolarisation. Spontane Polarisation ist eine Orientierung elektrischer Momente, die in Bezug auf ein externes elektrisches Feld gerichtet sind und sich vor dem Anlegen eines elektrischen Feldes zufällig in separaten Bereichen des Kristalls (Domänen) befinden. In den meisten Oxid-, Silikat- und Alumosilikat-Keramikmaterialien beträgt  6–12. Allerdings erreicht  einiger Keramiken mehrere Tausend (z. B. BaTiO3).

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Temperaturkoeffizient der dielektrischen Permittivität TK. Den größten Wert haben Keramiken mit einem niedrigen TK, wodurch die Temperaturstabilität von Stromkreisen, einschließlich eines keramischen Dielektrikums, gewährleistet werden kann.

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Den größten Wert haben Keramiken mit einem niedrigen TK, wodurch die Temperaturstabilität von Stromkreisen, einschließlich eines keramischen Dielektrikums, gewährleistet werden kann.

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Spezifischer Volumen- und Oberflächenwiderstand v und s I I S n l d

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Elektrische Leitfähigkeit von Keramik, wobei  die spezifische elektrische Leitfähigkeit ist, q die Trägerladung in Coulomb ist; n ist die Anzahl der Ladungsträger pro Volumeneinheit, =v/E ist die Mobilität der Ladungsträger, cm2/(sV). In den meisten Fällen ist die elektrische Leitfähigkeit von Keramik ionisch. Die Ionen der Glasphase sind beweglicher als die Ionen der kristallinen Phase. Sie sind die Hauptquelle der elektrischen Leitfähigkeit. Alkalimetallionen, insbesondere Na +, Li +, weisen eine hohe Mobilität auf. Daher sollte in elektrisch isolierenden Keramiken der Gehalt an Alkalioxiden minimal sein.

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Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit und des elektrischen Widerstands von Oxidkeramiken wobei 0, 0 die elektrische Leitfähigkeit und der spezifische Durchgangswiderstand bei 0 °C sind;  ist der Temperaturkoeffizient. Mit steigender Temperatur steigt die elektrische Leitfähigkeit von Oxidkeramiken, da durch die Erwärmung die Beweglichkeit von Ionen zunimmt.

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Dielektrischer Verlust Wenn ein Keramikmaterial einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, wird eine bestimmte Menge elektrischer Energie absorbiert. Diese für die Bewegung der Strukturelemente des Kristallgitters aufgewendete Energie wird als dielektrische Verluste bezeichnet. Mit dielektrischen Verlusten geht eine teilweise erhebliche Erwärmung der Keramik einher. Dielektrische Verluste werden aus dem dielektrischen Verlustwinkel oder dem Tangens dieses Winkels geschätzt. Der dielektrische Verlustwinkel  ist der Winkel, der bis zu 90° den Phasenverschiebungswinkel  zwischen Strom und Spannung in einem kapazitiven Stromkreis ergänzt.

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U I j jr ja   Aufgrund des kapazitiven und aktiven Widerstands wird Energie von einem Keramikkondensator absorbiert. Die aufgenommene Leistung beträgt Q = UIcos. In einem idealen Dielektrikum ist =90°, cos90°=0, also Q=0. In realen Dielektrika ist  = (90°-). cos(90°-)=sin. Dann ist Q = UIsin. Für kleine  sintg. Also, Q = UItg und tg = I/U = ja/jr. Dieser Wert (tg ) wird zur Schätzung der dielektrischen Verluste verwendet. Dielektrische Verluste in keramischen Dielektrika sind die Summe der Energiekosten für: durch elektrische Leitfähigkeit, Polarisation, Ionisierung der Gasphase.

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Mit der Durchleitung verbundene dielektrische Verluste können mit der Formel tg = (l.81012)/(f) berechnet werden, wobei  die Permittivität ist; f ist die Frequenz;  - spezifischer Widerstand. Dielektrische Verluste aufgrund der Polarisation sind bei leicht polarisierbaren Keramiktypen mit Relaxationspolarisation am bedeutendsten. Besonders groß sind diese Verluste bei ferroelektrischen Keramiken, die durch spontane Polarisation gekennzeichnet sind. Verlustquelle ist auch die Gasphase, für deren Ionisierung eine gewisse Energiemenge aufgewendet wird. Die geringsten dielektrischen Verluste weisen Keramiken mit einer dicht gepackten Kristallstruktur und einem minimalen Anteil der Glasphase auf.

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Elektrische Festigkeit von Keramik

Die Fähigkeit, der Einwirkung eines elektrischen Feldes zu widerstehen. Sie wird durch die Durchschlagsspannung und die Durchschlagsspannung charakterisiert. Die Durchbruchspannung ermöglicht den Vergleich der Eigenschaften verschiedener Materialien: Epr= Unp/h, wobei Unp die Durchbruchspannung und h die Dicke des Prüflings ist. Der Zerfall von Keramikmaterial in Feldern hoher Intensität kann durch elektrischen oder thermischen Durchschlag erfolgen. Ein elektrischer Durchschlag ist elektronischer Natur – es entsteht eine elektronische Lawine und das Material verliert seine elektrische Isolierfähigkeit. Ein thermischer Zusammenbruch ist das Ergebnis eines starken Temperaturanstiegs, begleitet von einem lokalen Schmelzen der Keramik unter dem Einfluss einer Erhöhung der Leitfähigkeit und dielektrischer Verluste.

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Strahlungsbeständigkeit von Keramik

Die Fähigkeit, Eigenschaften unter dem Einfluss einer bestimmten Dosis ionisierender Strahlung (Fluss von -Quanten und Neutronen) aufrechtzuerhalten. Sie wird anhand der integralen Strahlungsdosis, die innerhalb bestimmter Grenzen nicht zu einer Veränderung der Eigenschaften von Keramiken führt, sowie anhand der Strahlungsdosisleistung abgeschätzt. Die integrale Bestrahlungsdosis ist das Produkt aus Neutronenfluss und Bestrahlungszeit (n/cm2). Bestrahlungsleistung – der Wert des Neutronenflusses, der pro Zeiteinheit n/(cm2s) durch die Einheitsoberfläche der bestrahlten Keramik fließt. Neutronen werden entsprechend ihrer Energie in thermische (mit einer Energie von 0,025 bis 1 eV), mittlere (mit einer Energie von 1 bis mehreren tausend eV) und schnelle (mit einer Energie über 100 keV) unterteilt.

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Neutronen interagieren mit Keramik durch den Mechanismus der Streuung oder des Einfangens. Unterscheiden Sie zwischen elastischer Streuung von Neutronen, die nur mit dem Verlust ihrer kinetischen Energie einhergeht, und unelastischer Streuung, begleitet vom Zerfall des Kerns mit der Emission eines sekundären Neutrons und der Bildung eines stabilen radioaktiven Rückstoßkerns und der Emission von Gammaquanten. Der Einfang von Neutronen führt zum Zerfall des Kerns und geht mit der Emission sekundärer Neutronen, Protonen, - und -Teilchen und Kernfragmenten sowie der Bildung neuer Isotope einher. Streuung und Einfang werden durch einen Wirkungsquerschnitt „Streuquerschnitt“ und „Einfangquerschnitt“ charakterisiert, die die Wahrscheinlichkeit einer gegebenen Kernreaktion ausdrücken. Der Querschnitt hat die Dimension Fläche und wird in Scheunen ausgedrückt (1 Scheune = 10-24cm2).

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Mit abnehmendem Wirkungsquerschnitt nimmt die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion ab.

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Veränderungen der Eigenschaften von Keramik bei einem integralen Strahlungsfluss von 1020 n/cm2, Ausdehnung des Kristallgitters um 0,1–0,3 %, Abnahme der Dichte um 0,2–0,5 %, Zunahme der Porosität, Phasenübergänge, Abnahme der Wärmeleitfähigkeit einiger Keramikarten Durch eine Größenordnung sinkt die thermische Stabilität um 110-6 K-1. Aufgrund der Verletzung der interkristallinen Bindungen treten Festigkeit und Härte auf, die dielektrischen Verluste nehmen zu, die Dielektrizitätskonstante und die Durchschlagsfestigkeit ändern sich kaum. eine Reihe chemischer Reaktionen möglich, begleitet von der Freisetzung von Gasen (CO, CO2, H2O, O2, He)

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Chemische Eigenschaften von Keramik

Die häufigsten Fälle chemischer Wechselwirkungen zwischen Keramik und anderen Stoffen sind: Wechselwirkung mit Säuren und Laugen – Korrosion in Lösungen. Wechselwirkung mit Schmelzen, häufiger Metall - Korrosion in Schmelzen. Wechselwirkung mit Gasen – Gaskorrosion.

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Korrosion in Lösungen Die Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit von Keramik in verschiedenen Lösungen von Säuren und Laugen ist notwendig, um die Möglichkeit der Herstellung von Teilen chemischer Geräte, Pumpen zum Pumpen von Säuren, Lagern für den Einsatz in aggressiven Umgebungen usw. daraus zu beurteilen. Zur Beurteilung der Beständigkeit wird üblicherweise der Gewichtsverlust einer Keramikprobe berechnet, nachdem diese einer Lösung einer bestimmten Konzentration ausgesetzt wurde. Oftmals wird die Probe in einer kochenden Lösung aufbewahrt. Der zulässige Gewichtsverlust während einer bestimmten Zeit sollte bei säurebeständiger Keramik 2-3 % nicht überschreiten.

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Korrosion in Schmelzen Wenn Metall in Oxidkeramiktiegeln geschmolzen wird, kann es wiederhergestellt werden. Oxidfreie Keramik wird auch zur Herstellung von Teilen verwendet, die im Kontakt mit Metallschmelzen arbeiten. Die Regel für die Auswahl des Oxids des Tiegelmaterials: Die Bildungswärme muss größer sein als die Bildungswärme des Oxids des umzuschmelzenden Metalls. Bei der Wechselwirkung oxidfreier Keramik mit Metallschmelzen entstehen chemische Verbindungen, interstitielle Phasen und intermetallische Verbindungen. Die Korrosion von Keramik in Schmelzen wird durch Methoden der mikroskopischen, chemischen und Phasenanalyse bestimmt, die es ermöglichen, das Vorhandensein und die Menge von Wechselwirkungsprodukten zu bestimmen.

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Gaskorrosion Keramik muss im Betrieb der Einwirkung von gasförmigen Halogenen, Schwefeldioxid, Stickoxiden, verschiedenen Kohlenwasserstoffen etc. standhalten. Enthält Keramik Elemente mit variabler Wertigkeit, so sind unter bestimmten Bedingungen des gasförmigen Mediums Redoxreaktionen unter Bildung von möglich schmelzbarere Verbindungen. Die Wirkung von Gasen verstärkt sich besonders in feuchter Umgebung und bei erhöhten Temperaturen. Die Beständigkeit von Keramik gegenüber gasförmigen Stoffen hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Phasenzusammensetzung ab.

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Oxidkeramik unterliegt keiner Oxidation. Oxidfreie Keramik oxidiert, wenn sie an der Luft auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Unter tatsächlichen Betriebsbedingungen von Produkten aus oxidfreier Keramik in Motoren wird der Oxidationsprozess durch die korrosive Wirkung von Na, S, V enthaltenden Kraftstoffverbrennungsprodukten ergänzt. SO2 ist etwa 15-mal stärker oxidierend als Luft. Na2SO4 und V2O5, die bei der Kraftstoffverbrennung entstehen, sind stark korrosiv. Allerdings führt die Oxidation von Keramik in manchen Fällen zu einer Erhöhung ihrer Festigkeit.

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Aufgrund der relativ hohen Korrosionsbeständigkeit von Keramik ist es schwierig, den Grad ihrer Korrosionsschädigung durch Veränderung der Probenmasse, der Eindringtiefe der Korrosion, der Anzahl der Korrosionszentren usw. zu beurteilen, wie dies bei Metallen der Fall ist. Daher wird die Auswirkung der Keramikkorrosion anhand der Änderung ihrer mechanischen Eigenschaften bewertet. Es gibt immer noch eine Vielzahl von Fällen, in denen Keramik mit angrenzenden Materialien die eine oder andere Reaktion eingeht. Zum Beispiel die Wechselwirkung von Keramik mit Glasschmelzen beim Schmelzen, Schlacken, verschiedenen Salzschmelzen etc. Eine solche Vielfalt an Möglichkeiten der chemischen Wechselwirkung von Keramik mit anderen Medien ermöglicht es nicht, eine einheitliche Methode zur Bewertung der Chemikalie zu schaffen Stabilität von Keramik.

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Traditionelle Verwendung von Töpferwaren

Baukeramik, feuerfeste Materialien, chemisch beständige Keramik, Feinkeramik

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Rohstoffe der traditionellen Keramik

Tonmaterialien – Tone und Kaoline; nichtplastische Materialien – Quarz, Feldspat, Kreide usw. Tone sind eine Mischung aus Tonmineralien, Kaolin ist monomineralischer Ton. Die häufigsten Tonmineralien sind Kaolinit Al2O32SiO22H2O, Montmorillonit Al2O34SiO2Na2OnH2O, Hydromica (Illit) K2OMgO4Al2O37SiO22H2O. Man erkennt, dass es sich bei Tonmineralen um Alumosilikate handelt, die teilweise Oxide von Alkali- und Erdalkalimetallen enthalten.

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Alle Tonmineralien haben eine schichtartige Struktur ähnlich der von Glimmer. Wenn Ton mit Wasser vermischt wird, dringt dieser in die Zwischenräume des Tonminerals ein und seine Schichten erhalten die Möglichkeit, sich entlang des Wasserfilms relativ zueinander zu bewegen und in einer neuen Position zu fixieren. Diese Fähigkeit von Mineralien erklärt die wichtigste Eigenschaft von Ton – seine Plastizität.

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Nichtplastische Materialien werden in sogenannte Verdünner, Flussmittel, organische und spezielle Additive unterteilt. Leaner sollen die Plastizität von Tonen reduzieren. Sie können natürlich sein – Quarz, Quarzsand und künstlich – Schamotte (gebrannter gemahlener Ton). Rillen werden verwendet, um die Sintertemperatur zu senken und die Dichte des Sintermaterials zu erhöhen. Die gebräuchlichsten Flussmittel sind Feldspäte, bei denen es sich um Alumosilikate handelt, die Oxide von Alkali- und Erdalkalimetallen enthalten. Zur Aktivierung des Sinterprozesses sowie zur Erzielung einer porösen Struktur werden organische Zusätze eingesetzt, spezielle Zusätze dienen der Erzielung der gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften des Materials.

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Baukeramik – Wand – Fassade – Keramik für Produkte für die unterirdische Kommunikation, keramische Zuschlagstoffe Zu den Wandmaterialien gehört vor allem Ziegel. Für seine Herstellung werden schmelzbare Tone verwendet: Hydromica mit Verunreinigungen von Kaolinit, Montmorillonit, Hämatit usw. Fassadenkeramik – Vormauerziegel, Fassadenfliesen werden hauptsächlich aus feuerfesten Tonen (mit einem überwiegenden Anteil an Kaolinit) und einigen schmelzbaren Tonen hergestellt.

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Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Keramik ermöglicht den Einsatz daraus hergestellter Produkte für die Verlegung unterirdischer Versorgungsleitungen. Zu diesen Produkten gehören Entwässerungs- und Abwasserrohre. Entwässerungsrohre werden für die Installation von Entwässerungsnetzen verwendet. Für ihre Herstellung werden schmelzbare Tone verwendet, ähnlich denen, die bei der Herstellung von Ziegeln verwendet werden. Kanalkeramikrohre müssen dicht und chemisch beständig sein. Die Hauptrohstoffe für ihre Herstellung sind feuerfeste oder feuerfeste Tone sowie Mischungen verschiedener Tone. Zu den keramischen Füllstoffen gehört Blähton – ein körniges Blähmaterial, das in einem Bruch die Struktur eines gefrorenen Schaums aufweist. Blähton wird aus Hydroglimmer unter Zusatz von Eisenerz, Kohle, Torf und Heizöl hergestellt. Der Hauptzweck von Zusatzstoffen besteht darin, die Quellung von Tonen beim Brennen zu erhöhen.

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Feine Keramik. Unterteilt in Porzellan und Steingut. Porzellan wird aus einer feinen Mischung aus Kaolin und feuerfestem Ton (20–65 %), Quarz (9–40 %) und Feldspat (18–52 %) hergestellt. Porzellanstruktur: Glasphase (bis zu 60 %), kristalline Phase – Mullit 3Al2O32SiO2 (bis zu 25 %). Die Porosität beträgt 3–5 %. Porzellanprodukte sind in der Regel glasiert. Porzellan wird zur Herstellung von chemisch beständigem Geschirr und elektrischen Isolatoren für verschiedene Zwecke (Elektroporzellan) verwendet.

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Fayence unterscheidet sich von Porzellan durch eine größere Porosität (bis zu 14 %), geringe physikalische und mechanische Eigenschaften und ist daher nur begrenzt in der Technologie einsetzbar. Die Fayence-Struktur besteht aus Körnern aus dehydriertem Tonmaterial und Quarz, zementiert mit einer kleinen Menge einer Glasphase, die durch die Wechselwirkung von Auen mit Ton, Kaolin und Quarz entsteht. Aus Fayence werden Produkte für Haushalts-, Sanitär- und Technikzwecke sowie Verkleidungsfliesen hergestellt.

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Feuerfeste Materialien und Produkte, die mechanischen und physikalisch-chemischen Einflüssen bei hohen Temperaturen standhalten und für die Verlegung verschiedener wärmetechnischer Einheiten verwendet werden. Arten von feuerfesten Materialien: Siliciumdioxid, Aluminosilikat, Magnesia, Siliciumdioxid. Zu den feuerfesten Materialien gehören Dinas und Quarzkeramik. Der Hauptbestandteil darin ist Siliziumdioxid SiO2.

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Dinas enthält mindestens 93 % SiO2 in Form von Tridymit (bis zu 70 %) oder Cristobalit. Dinas wird aus Quarziten, seltener aus Quarzsand gewonnen. Feuerbeständigkeit bis 1710–1730 °C, hohe Hitzebeständigkeit, Beständigkeit gegen saure Schmelzen. Es wird zum Verlegen von Gewölben und Wänden von Herd- und Glasöfen verwendet. Quarzkeramik ist ein weißes amorphes Material bestehend aus gesinterten Quarzglaskörnern, hat eine Feuerbeständigkeit bis 2200°C (kurzzeitig) und eine extrem hohe Hitzebeständigkeit (t über 1000°C) aufgrund des niedrigen LCTE. Es wird als feuerfestes Material in der Metallurgie und Glasindustrie verwendet. Als technische Keramik – in der Raketentechnik zur Herstellung von Antennenradomen.

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Aluminosilikat-Feuerfeststoffe werden auf Basis des Zweikomponentensystems Al2O3-SiO2 hergestellt. Haupttypen: Schamott und Schamotte mit hohem Aluminiumoxidgehalt enthalten 28–45 % Al2O3. Sie bestehen aus feuerfesten Tonen und Kaolinen sowie Schamott (40-85 %). Sie haben eine Feuerbeständigkeit von 1580–1750 °C und werden für das Mauerwerk der meisten wärmetechnischen Anlagen verwendet. Feuerfeste Materialien mit hohem Aluminiumoxidgehalt enthalten mehr als 45 % Al2O3. Dadurch weisen diese Materialien verbesserte physikalische und mechanische Eigenschaften sowie eine Feuerbeständigkeit bis 2000 °C auf. Produkte mit hohem Aluminiumoxidgehalt werden für die Verlegung von Hochöfen verwendet.

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Feuerfeste Materialien aus Magnesia werden in Magnesit und Dolomit unterteilt. Feuerfeste Magnesitmaterialien bestehen aus dem Mineral MgO-Periklas. Ihre Feuerbeständigkeit liegt bei über 2000°C. Wird in der Stahlindustrie verwendet. Der Rohstoff für ihre Herstellung ist Magnesit MgCO3. Feuerfeste Materialien aus Dolomit werden durch Sintern einer Mischung aus Dolomit CaCO3MgCO3 und Quarziten hergestellt. Sie haben eine Feuerbeständigkeit bis 1780°C, zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus und werden für die Verlegung von Herd- und Drehrohröfen verwendet.

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Allgemeines Schema der traditionellen Keramiktechnologie Gewinnung von Rohstoffen Formen von Produkten Trocknen Brennen (Sintern)

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Gewinnung und Aufbereitung von Rohstoffen Die Technologie der traditionellen Keramik verwendet natürliche Rohstoffe (Ton, Feldspat, Sande), die einer entsprechenden Verarbeitung unterzogen werden. Die Verarbeitung umfasst das Mahlen und Mischen der Komponenten. Tonmaterialien werden in Tonschneidemaschinen verarbeitet, getrocknet und anschließend in Desintegratoren zerkleinert. Verdünner und Flussmittel werden in Brechern, Kugel- und Vibrationsmühlen zerkleinert. Nach dem Mahlen werden die Pulver gesiebt, um die gewünschten Fraktionen zu erhalten. Die Bestandteile der Ladung müssen gut vermischt sein und den erforderlichen Feuchtigkeitsgrad aufweisen.

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Formen Verwenden Sie die Methode des halbtrockenen Pressens, Methoden zum Formen plastischer Massen. Das Pressen erfolgt auf Pressen unterschiedlicher Bauart in Metallformen oder auf Anlagen zum hydrostatischen Pressen. Im ersten Fall wird eine hohe Prozessproduktivität erreicht, im zweiten Fall wird die Möglichkeit erreicht, Produkte mit gleichmäßiger Dichte und komplexer Konfiguration zu erhalten. Halbtrockenpressen wird in der Feuerfest-, Wandkeramik- und Elektroporzellantechnik eingesetzt.

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Das Formen von Kunststoffen ist in der traditionellen Keramiktechnologie am weitesten verbreitet. Kunststoffformverfahren: Extrusion (Extrusion), Stanzen und Drehen. Bei allen Methoden enthält das Rohmaterial Wasser in einer Menge von 30–50 Vol.-%. %. Die Extrusion erfolgt auf kontinuierlichen Pressen durch profilierte Mundstücke. Dieses Verfahren wird bei der Herstellung von Ziegeln, Rohren sowie einigen Produkten aus technischer Keramik (Stäbe, Rohre) verwendet. Das Stanzen wird verwendet, um Produkte mit genaueren Abmessungen und einer guten Oberfläche zu erhalten. Auf diese Weise entstehen feuerfeste und säurebeständige Steine. Das Drechselverfahren wird bei der Herstellung von Porzellan und Fayence eingesetzt.

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Bei der Herstellung traditioneller Keramik ist das Trocknen der geformten Produkte ein wichtiger Vorgang, da sie einen erheblichen Anteil an temporärer Bindung (bis zu 25 %) enthalten. Die Trocknung erfolgt in Tunneltrocknern mit Luft-, Gas- oder Dampf-Luft-Kühlmittel. Der Feuchtigkeitsgehalt nach dem Trocknen überschreitet nicht 1–3 %. Die Trocknungszeit kann je nach Produktart zwischen 6 Minuten und mehreren Tagen variieren.

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Das Brennen ist ein prägender Vorgang in der Keramiktechnologie. Beim Brennen finden folgende Prozesse statt: - Sintern komprimierter Partikel - Schrumpfung bzw. Wachstum des Produkts - polymorphe Umwandlungen - chemische Reaktionen - Glasbildung - Kristallisation Die treibende Kraft des Sinterns ist die überschüssige Oberflächenenergie an der Grenzfläche des Pulversystems. Es gibt folgende Arten des Sinterns: Flüssigphase und Festphase.

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Beim Sintern in fester Phase erfolgt die Stoffübertragung durch die Diffusion von Defekten im Kristallgitter, hauptsächlich Leerstellen. Die Kontur der Partikelkontaktstelle ist aufgrund ihrer erhöhten Konzentration eine Quelle für Leerstellen, und die Kontaktfläche selbst und die konvexen Oberflächen der Partikel stellen einen Abfluss dar. Die Hauptmerkmale des Keramiksinterns sind eine Erhöhung der Dichte und der mechanischen Festigkeit des Produkts. Beim Sintern in flüssiger Phase kommt es aufgrund der Kräfte der Oberflächenspannung der gebildeten flüssigen Phase zu einer Verdichtung.

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Modell des Festkörpersinterns von Partikeln x y

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Modell des Flüssigphasensinterns von Partikeln x y Die flüssige Phase löst die feste Phase nicht auf. Die flüssige Phase löst die feste flüssige Phase auf F. Fernseher. F. Fernseher. F. Fernseher. F. Fernseher. F. Und. F.

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Technische Keramik

Die Klasse der technischen Keramik vereint eine Vielzahl keramischer Werkstoffe, die sich sowohl in der chemischen Zusammensetzung als auch im Verwendungszweck unterscheiden. Gleichzeitig gibt es für alle technischen Keramiken gemeinsame Merkmale, die sie grundlegend von herkömmlichen Keramiktypen unterscheiden: 1. Die Verwendung hauptsächlich und bei einigen Keramiken ausschließlich synthetisierter Rohstoffe (Pulver). 2. Anwendung neuer Technologien (PM, CIP, GP, HIP usw.) Die Eigenschaften technischer Keramik hängen maßgeblich von der Technologie zur Rohstoffgewinnung, Verdichtung und Sinterung von Produkten ab. Daher können Materialien gleicher chemischer Zusammensetzung, die jedoch mit unterschiedlichen Methoden gewonnen werden, qualitativ unterschiedliche physikalisch-chemische und mechanische Eigenschaften sowie eine Vielzahl von Anwendungen aufweisen.

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Keramik auf Basis von Silikaten und Alumosilikaten

Die Basis bilden Zwei- oder Dreifachsilikate bzw. Alumosilikate des Systems MgO-Al2O3-SiO2. Es gibt vier solcher Verbindungen in diesem System: 1. 3Аl2О3 2SiO2 – Mullit, 2. МgО·SiO2 – Clinoenstatit, 3. 2МgО·SiO2 – Forsterit, 4. МgО 2Аl2О3 5SiO2 – Cordierit. Dementsprechend werden Keramiken auch als - Mullit, - Mullit-Korund, - Clinoenstatit (Steatit), - Forsterit - Cordierit bezeichnet.

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Mullit- und Mullit-Korund-Keramik (mit hohem Aluminiumoxidgehalt)

Die Basis ist Mullit ZAl2O3 2SiO2 und Korund α-Al2O3. Der Gehalt an α-Al2O3 beträgt 45 bis 100 %. 3 Gruppen: Mullit-Siliciumdioxid (45-70 % Al2O3). 2. Mullit-Korund (70-95 % Al2O3). 3. Korund (95-100 % Al2O3).

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Keramiktechnologie mit hohem Aluminiumoxidgehalt

Rohstoffe: - Mineralien Andalusit, Kyanit, Kaolin, - Zusätze aus technischem Aluminiumoxid und Elektrokorund. Mullit-Silica-Keramik wird aus natürlichen Rohstoffen ohne Al2O3-Anreicherung gewonnen. Um Mullit und Mullit-Korund-Keramik zu erhalten, ist eine Vorsynthese von Mullit in Form eines Briketts oder Sinters erforderlich. Bei der Synthese wird unterschieden: Primärmullit durch Umwandlung von Kaolinit oder anderen Tonmineralien bei t1200°C. Dieses Mullit macht den Großteil der Keramik aus. Sekundärmullit aus der Wechselwirkung des eingebrachten Al2O3 mit der beim Erhitzen auf t=1300–1600°C freigesetzten Kieselsäure. Es ist unmöglich, zwischen diesen Mullitarten in einem gebrannten Produkt zu unterscheiden.

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Der gesinterte Mullit wird in Kugelmühlen gemahlen, gefolgt von Formungsvorgängen für das Produkt: Kunststoffformen, Heißspritzgießen, Pressen. Anschließend erfolgt das Sintern der Formteile bei einer Temperatur von 1350–1450 °C. Um die Sintertemperatur der Masse zu senken, werden üblicherweise Zusatzstoffe in Form von Marmor, Dolomit, Magnesit, Talk, Bariumcarbonat und anderen Stoffen eingebracht. Bei der Gewinnung von Mullit-Korund-Keramik werden unbedingt 10–15 % vorgebranntes Aluminiumoxid in die Charge eingebracht, ein Nassmahlen durchgeführt, anschließend geformt und gesintert.

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Eigenschaften und Anwendungen von Keramik mit hohem Aluminiumoxidgehalt

Die mechanischen Eigenschaften gesinterter Keramiken mit hohem Aluminiumoxidgehalt nehmen mit zunehmendem Gehalt an Al2O3 und kristallinen Phasen zu. out200MPa, E250GPa, HV=1000-2000.  Mullit-Silica-Keramik 5,5-6,5, Mullit-Korund 6,5-9, Korund 10,5-12 v hängt von der Phasenzusammensetzung der Keramik sowie der Menge und Zusammensetzung der Glasphase ab und nimmt mit zunehmendem Al2O3-Gehalt zu tg steigt mit zunehmendem Inhalt der Glaskörperphase. Epr=30–35 kW/mm. Hauptanwendung: - Vakuumtechnik, - Isolatoren für Glühkerzen von Verbrennungsmotoren, - Teile von Elektro- und Funkgeräten.

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Clinoenstatit-Keramik

Die Basis ist Magnesiummetasilikat MgO·SiO2 – Clinoenstatit. Der Rohstoff ist das Mineral Talk – wasserhaltiges Magnesiumsilikat. Dichte Talksorten werden Steatit genannt. Daher wird Clinoenstatit-Keramik oft als Steatit oder einfach als Steatit bezeichnet. Clinoenstatit existiert in drei Modifikationen: Bei 1100–1260 °C wandelt sich Enstatit irreversibel in Protoenstatit um; beim Abkühlen wandelt sich Protoenstatit bei 800–1000 °C in Klinoenstatit um. Bei einem unvollständigen Übergang von Protoenstatit zu Klinoenstatit kommt es in Produkten zu volumetrischen Veränderungen der Keramik (bis zu 6 %), die zu einer Verschlechterung der mechanischen und elektrophysikalischen Eigenschaften führen – Steatit altert. Es ist notwendig, die Viskosität der Glasphase zu erhöhen, was das Wachstum von Protoenstatitkristallen hemmt.

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Technologie, Eigenschaften und Anwendung von Clinoenstatit-Keramik

Dehydratisierung von Talk bei 850–1300 °C, Mischen und Nassmahlen der Komponenten in Kugelmühlen, Dehydratisierung der Masse auf einer Filterpresse auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 18–22 %, Gewinnung von Rohlingen auf Vakuumpressen. Kunststoffformen: Drehen auf Drehmaschinen, Formen in Gipsformen, Extrusion usw. Auch Trockenpressen, Stanzen und Heißgießen von thermoplastischen Schlämmen kommen zum Einsatz. Sintern bei 1170–1340 °C, je nach Zusammensetzung, in Elektroöfen mit Siliziumkarbid-Heizungen. Hat einen niedrigen Tg, einen hohen Epr. Es wird als Hochfrequenzdielektrikum, als Isolator für Elektrovakuumgeräte, in der Hochspannungstechnik eingesetzt.

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Forsterit- und Cordierit-Keramik

Forsterit ist eine Keramik auf Basis von Magnesiumorthosilikat 2MgO SiO2 – Forsterit. Würde – aufgrund des Fehlens polymorpher Transformationen unterliegt es keiner Alterung. Keramik auf Basis von Cordierit 2MgO 2Al2O3 5SiO2 wird Cordierit genannt. Die Zusammensetzung von Cordierit in Gew.-%: MgO-13,7; Al2O3-34,9; SiO2 - 51,4. Rohstoffe - Talk, feuerfeste Tone, technisches Aluminiumoxid. Produkte aus Forsterit und Cordierit werden durch Heißgießen, Pressen, Extrudieren und Stanzen geformt. Die Sintertemperatur von Forsteritkeramik beträgt 1220–1380 °C und die von Cordieritkeramik 1300–1410 °C. Um den Sinterbereich von Cordierit zu erweitern, wird die Zugabe von 2–4 % Alkalimetalloxiden empfohlen.

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Eigenschaften und Anwendungen von Forsterit- und Cordieritkeramik

Dichte gesinterte Forsteritkeramiken weisen hohe elektrophysikalische Eigenschaften auf. Aufgrund des hohen Längenausdehnungskoeffizienten werden Forsteritkeramiken in der Elektrovakuumtechnik als Isolator im Kontakt mit Metallen, hauptsächlich Titan, eingesetzt. Gesinterte Cordieritkeramiken haben einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und dadurch eine hohe Hitzebeständigkeit. Dies ermöglicht den Einsatz zur Herstellung von Lichtbogenkammern in Hochspannungs-Leistungsschaltern sowie zur Herstellung von hitzebeständigem Geschirr.

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Andere Arten von Alumosilikat- und Silikatkeramiken

Celsian-Keramik Basis – Bariumaluminosilikat BaO2 Al2O3 2SiO2 – Celsian. Celsian kristallisiert in einer monoklinen Syngonie. Bei Temperaturen über 1100°C geht es in die hexagonale Modifikation über. Technologie: - Celsian-Synthese in einem Brikett bei t=1250-1300°C, Mahlen und Mahlen. - Plastifizierung von Pulver, Pressen. - Sintern bei t=1380-1400°C in leicht oxidierenden und neutralen Umgebungen. Celsian-Keramik hat einen niedrigen tg, einen hohen v und einen niedrigen LCTE. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Celsian-Keramik zur Herstellung einiger Teile der Funktechnik verwendet.

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Lithiumkeramikbasis – Lithiumalumosilikate, hauptsächlich Spodumen Li2O Al2O3 4SiO2. Produkte können mit nahezu allen Methoden der Keramiktechnologie hergestellt werden. Die Temperatur der Lithiumkeramiksynthese und des Sinterns des Produkts beträgt 1200–1250 °C. Lithiumkeramik hat einen niedrigen und einige ihrer Zusammensetzungen einen negativen LCTE bis 700 °C, was ihre gute Hitzebeständigkeit bestimmt. Darüber hinaus verfügt Lithiumkeramik über ausreichend hohe elektrische Isoliereigenschaften, weshalb sie bei der Herstellung bestimmter Arten von Produkten für die Funktechnik verwendet wird, die bei erhöhten oder variablen Temperaturen betrieben werden, sowie anderer Produkte, beispielsweise Lufterhitzer, die unter bestimmten Bedingungen betrieben werden von plötzlichen Temperaturänderungen.

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Wollastonit-Keramik Basis – natürliches Mineral Wollastonit – Calciummetasilikat CaO·SiO2. Technologie. - Plastifizierung von Massen mit einer kleinen Menge Ton und Flussmittelzusätzen. - Drücken. - Sintern bei t=1200–1300°C. Die Schrumpfung ist gering, was die Herstellung von Produkten mit exakten Abmessungen ermöglicht. Wollastonit-Keramik aus reinen Sorten natürlichen Wollastonits weist hohe elektrische Eigenschaften und eine gute thermische Stabilität auf.

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Keramik auf Basis von Al2O3. Eine chemische Verbindung mit einer ionenkovalenten Kristallgitterbindung. Es verfügt über α-, β- und γ-Modifikationen von Aluminiumoxid, wobei α- und γ-Al2O3 reines Aluminiumoxid sind und die β-Modifikation eine Kombination von Aluminiumoxid mit Alkali- und Erdalkalioxiden ist. In der Natur kommt α-Al2O3 nur in Form der Mineralien Korund, Rubin und Saphir vor, die in der trigonalen Syngonie kristallisieren. Kubisches γ- und hexagonales β-Al2O3 sind instabile Modifikationen, die sich beim Erhitzen über 1500 °C in α-Al2O3 umwandeln. Technische Korundkeramik ist eine Keramik, die mehr als 95 % α-Al2O3 enthält. In der Literatur gibt es private Namen für Korundkeramiken: Aluminiumoxid, Korund, Sinoxol, Minalund, M-7, 22XC, Mikrolit, Saphir, Polycor usw.

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Ausgangsmaterialien 1. Aluminiumoxid. Es wird durch Zersetzung des Minerals Bauxit, einer Mischung aus Aluminiumhydroxiden, mit einer Lösung von Ätzalkali unter Bildung von Natriumaluminat gewonnen, das in Lösung geht. NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOH. Aluminiumhydroxid wird bei einer Temperatur von 1150–1200 °C kalziniert. Dadurch entsteht technisches Aluminiumoxidpulver. Die resultierenden Pulver sind kugelförmige (Sphärulit-)Agglomerate aus γ-Al2O3-Kristallen mit einer Größe von weniger als 0,1 μm. Die durchschnittliche Größe von Sphärolithen beträgt 40–70 µm. 2. Elektrogeschmolzener Korund. Weißer Elektrokorund (Corrax, Alund) wird durch Schmelzen von technischem Aluminiumoxid in Elektrolichtbogenöfen gewonnen. Der Gehalt an α-Al2O3 in weißem Elektrokorund beträgt 98 % oder mehr.

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Um ultrafeine Al2O3-Pulver zu erhalten, die in der Technologie der Struktur- und Werkzeugkeramik verwendet werden, werden häufig die Methoden der Co-Fällung von Hydroxiden (COH) und der plasmachemischen Synthese (PCS) eingesetzt. Der Kern der SOG-Methode besteht in der Auflösung von Aluminiumsalzen, beispielsweise AlCl3, in einer Ammoniaklösung und der anschließenden Ausfällung der gebildeten Hydrate. Der Prozess wird bei niedrigen Temperaturen und langen Einwirkzeiten durchgeführt. Die resultierenden Hydroxide werden getrocknet und kalziniert, wodurch ein Al2O3-Pulver mit einer Partikelgröße von 10–100 nm entsteht. Bei der PCS-Technologie wird eine wässrige Lösung von Al(NO3)3 in die Plasmabrennerdüse eingespeist. In Lösungstropfen treten extrem hohe Temperaturgradienten auf und es findet ein sehr schneller Prozess der Al2O3-Synthese und -Kristallisation statt. Pulverpartikel haben eine Kugelform und eine Größe von 0,1–1 µm.

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Al2O3-Pulver werden vor dem Formen einer Kalzinierung bei einer Temperatur von 1500 °C unterzogen, um sie zu entwässern und in eine stabile und dichtere α-Modifikation umzuwandeln. Anschließend werden Aluminiumoxid und Elektrokorund in Kugel- und Vibrationsmühlen zu Partikeln mit einer Größe von 1–2 μm zerkleinert. Das Formen von Korundprodukten erfolgt durch Gießen aus wässrigen Suspensionen, Spritzgießen, einachsiges statisches Pressen, hydrostatisches Pressen, Heißpressen. Aluminiumhaltige Schlämme verflüssigen sich sowohl in sauren als auch alkalischen Umgebungen, und es gibt bestimmte pH-Bereiche, die der stärksten Verflüssigung entsprechen. Vor dem Gießen wird der vorbereitete Schlicker auf einen Restdruck von 15–20 mm Hg evakuiert. Die Produkte werden in Gipsformen gegossen. Die Gussprodukte werden bei Raumtemperatur getrocknet. Beim Gießen werden dünnwandige Korundprodukte mit komplexer Form geformt, die während des Betriebs keiner nennenswerten mechanischen Belastung ausgesetzt sind.

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Durch einachsiges statisches Pressen in Metallformen werden Produkte aus Al2O3 mit einfacher Form geformt, beispielsweise Buchsen, Schneideinsätze, Düsen, Matrizen. In diesem Fall wird dem Pulver ein Weichmacher, meist Gummi, in einer Menge von 1–2 Gew.-% zugesetzt. Das Verfahren des hydrostatischen Pressens ermöglicht die Herstellung großformatiger Keramikrohlinge mit komplexer Form. Die gleichmäßige Dichteverteilung im Pressling wirkt sich günstig auf die Gleichmäßigkeit der Schrumpfung beim Sintern aus. Die haltbarsten Produkte aus Al2O3 werden durch Heißpressen (HP) in mit BN beschichteten Graphitformen und heißisostatisches Pressen (HIP) in Gaspressen gewonnen. In diesem Fall erfolgen die Verdichtung des Pulvers zum Produkt und das Sintern gleichzeitig. Der Pressdruck beträgt 20–40 MPa, die Sintertemperatur 1200–1300°C. Die GP- und HIP-Methoden sind technologisch aufwendig und energieintensiv.

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Das Sintern von Korundkeramik erfolgt in den meisten Fällen festphasensinternd. Die Sintertemperatur hängt von der Dispersion und Aktivität der Ausgangspulver, den Sinterbedingungen sowie der Art und Menge der Zusatzstoffe ab. Die maximale Partikelgröße des Al2O3-Pulvers sollte 3–5 µm nicht überschreiten. Die Sintertemperatur liegt im Bereich von 1700–1850 °C. Ultra- und nanodisperse Al2O3-Pulver können aufgrund der hohen Oberflächenenergie und Fehlerhaftigkeit bei einer Temperatur von 1600 °C zu einer hohen Dichte (0,95) gesintert werden. In vielen Fällen werden der Korundcharge verschiedene Zusätze beigemischt. Durch die Zugabe von TiO2 wird die Sintertemperatur des Korunds auf 1500–1550 °C gesenkt. Dabei entsteht eine feste Lösung von TiO2 in Al2O3, die zu einer Verzerrung des Kristallgitters von Korund, aktiver Sinterung und Rekristallisation führt. Der Zusatz von 0,5–1 % MgO hemmt die Rekristallisation: Die Größe gesinterter Keramikkristalle überschreitet nicht 2–10 μm. Die feinkörnige Struktur von Korund mit der Zugabe von MgO verbessert die mechanischen Eigenschaften von Korund. Eine Senkung der Sintertemperatur von Korund durch die Zugabe von MgO wird nicht beobachtet.

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Eigenschaften von Korundkeramik

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Traditionelle Anwendungsgebiete von Korundkeramik: Feuerfest, chemische Industrie, Elektro- und Funktechnik. Mit dem Aufkommen neuer Technologien zur Gewinnung von Ausgangspulvern, Form- und Sinterprodukten hat sich der Anwendungsbereich der Korundkeramik erheblich erweitert. Derzeit werden hochfeste Keramiken auf Al2O3-Basis zur Herstellung von Strukturprodukten für den Maschinenbau, die Luft- und Raumfahrttechnik verwendet. Korund ist der Hauptwerkstoff in der Technologie der Mineralkeramik, der zur Veredelung von Gusseisen und einigen Stählen verwendet wird. Die Basis der Mineralkeramik ist Al2O3 oder dessen Mischung mit Karbiden, Nitriden etc.

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Physikalische und mechanische Eigenschaften von Werkzeugkeramiken auf Basis Al2O3

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Keramik auf Basis von Zirkoniumdioxid Ein Merkmal von Zirkoniumdioxid ist seine Polymorphie. Reines ZrO2 liegt bei Raumtemperatur in der monoklinen Phase vor und durchläuft beim Erhitzen Phasenumwandlungen. Der Übergang t-ZrO2↔c-ZrO2 hat einen Diffusionscharakter und spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Herstellung des sogenannten teilstabilisierten Zirkonoxids. Die m-ZrO2↔t-ZrO2-Umwandlung verläuft nach dem martensitischen Mechanismus und geht mit Volumenänderungen von 5–9 % einher. Daher ist es unmöglich, aus reinem ZrO2 kompakte Produkte zu erhalten.

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Um die Stabilität der t-Phase zu erhöhen, werden ZrO2 Stabilisatoroxide zugesetzt: MgO, CaO, Y2O3 Abb.5. Zustandsdiagramm des ZrO2-Y2O3-Systems: T0 – m-ZrO2↔t-ZrO2-Übergangstemperatur

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Neben der Bildung fester Lösungen auf Basis von ZrO2 wird eine weitere Methode zur Stabilisierung der Hochtemperaturmodifikation von t-ZrO2 in einer starren Korundmatrix eingesetzt.

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Der Effekt der Umwandlungshärtung von Zirkoniumkeramiken wird dann realisiert, wenn das gesinterte Material t-ZrO2-Partikel enthält, die sich in m-ZrO2 umwandeln können. Die unter Belastung entstehenden Risse breiten sich im Material aus, bis an ihrer Vorderseite t-ZrO2-Partikel zum Vorschein kommen. Ein solcher Partikel, der sich in einem komprimierten Zustand (in einer Korundmatrix) oder in einem kohärent an die Matrix gebundenen Zustand (wobei c-ZrO2 in der Zusammensetzung des Materials vorherrscht) befindet, ist selbst bei niedrigen Temperaturen resistent gegen den t→m-Übergang Temperaturen. Sobald sich das Teilchen im Spannungsfeld an der Spitze eines sich ausbreitenden Risses befindet, erhält es ausreichend Energie für die Umwandlung. Somit wandelt sich die Energie des sich ausbreitenden Risses in die Energie des t→m-Übergangs um und das katastrophale Wachstum des Risses stoppt.

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Riss t-ZrO2 t-ZrO2→m-ZrO2 Matrix (-Al2O3, c-ZrO2 usw.) Schema der Umwandlungshärtung von Zirkoniumkeramiken

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Die wichtigsten Strukturtypen der Zirkoniumkeramik sind a - CSZ, b - ZTA, c - PSZ, d - TZP

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1. Stabilisiertes Zirkonoxid CSZ: kubische feste Lösung auf Basis von ZrO2. Um dieses Material umzusetzen, sollte die Menge an MgO, CaO-Zusatz mehr als 15–20 Mol-% und Y2O3 mehr als 10 Mol-% betragen. CSZ hat geringe Festigkeitseigenschaften: σben nicht mehr als 250 MPa und K1s bis zu 3 MPa-m0,5 und wird als feuerfestes Material sowie in der Festelektrolyttechnologie verwendet. 2. Mit Zirkonoxid gehärtete Keramik ZTC (Zirconia Toughened Ceramic): In der Keramikmatrix verteilte t-ZrO2-Partikel werden durch Druckspannungen stabilisiert. Von größter technischer Bedeutung sind Al2O3-ZrO2-Zusammensetzungen (ZTA: Zirconia Toughened Alumina), die vor allem als Werkzeugwerkstoffe eingesetzt werden. Optimale mechanische Eigenschaften werden bei einem ZrO2-Gehalt von etwa 15 Vol.-% erreicht: σben bis 1000 MPa und K1s bis 7 MPa ּm0,5.

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3. Teilstabilisiertes Zirkonoxid PSZ (Teilstabilisiertes Zirkonoxid). Es entsteht, wenn Oxide von Mg, Ca, Y usw. zu ZrO2 hinzugefügt werden. Beim Sintern entstehen im Bereich der Homogenität der kubischen Phase grobe c-ZrO2-Körner (60 μm). Nach dem Glühen erscheinen im Zweiphasenbereich tetragonale Partikel, die kohärent an die kubische Phase gebunden sind. In ZrO2-MgO(CaO)-Systemen muss die Größe der T-Partikel kleiner als 0,25 μm sein. Der Volumenanteil der T-Phase beträgt etwa 40 %. PSZ verfügt über K1s bis 10 MPa ּm0,5 und σben bis 1500 MPa. 4. Tetragonales Zirkonoxid TZP (Tetragonal Zirconia Policrystals). Dieses Material wird in den Systemen ZrO2–Y2O3 eingesetzt. Das Sintern erfolgt im Homogenitätsbereich der t-Phase, gefolgt vom Abschrecken. TZP hat eine Biegung von bis zu 2400 MPa bei K1s von etwa 15 MPaּm0,5 und wird bei der Herstellung von Struktur- und Werkzeugprodukten verwendet.

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Technologie der Zirkoniumkeramik. Vormahlen von UDP zum Zweck der Fragmentierung von Mikrokugeln. Formen von ZrO2-Pulvern durch einachsiges statisches Pressen und Pressen in Hydrostaten bei einem Druck von 400–600 MPa. Sintern bei einer Temperatur von 1500–2000 °C, je nach Art und Menge des Stabilisatoroxids. Wärmebehandlung – Glühen bei 1400–1500 °C, um härtende, dispergierte Einschlüsse der T-Phase zu isolieren. Bei der Herstellung von Produkten aus tetragonalem ZrO2 kommt die Härtung ab einer Sintertemperatur von 1600°C zum Einsatz. Produkte aus ZrO2 von HP und HIP weisen die höchsten Festigkeitseigenschaften auf.

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Anwendungen von Zirkonoxidkeramik Traditionell wird Keramik auf ZrO2-Basis in der metallurgischen Industrie zur Herstellung von Tiegeln zum Metallschmelzen verwendet. Heute ist Zirkoniumkeramik eines der vielversprechendsten Keramikmaterialien für strukturelle und instrumentelle Zwecke und wird in der Technologie zur Herstellung von Teilen für Gasturbinen- und Dieselmotoren, Reibungseinheiten, Pumpendichtringen, Absperrventilelementen, Düsen von Sprühkammern und Matrizen verwendet zum Ziehen von Draht und Schneidwerkzeugen. Keramik auf ZrO2-Basis findet auch in der Medizin Anwendung zur Herstellung von Implantaten im Knochengewebe.

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Oxidfreie technische Keramik Oxidfreie Keramik ist ein polykristalliner Werkstoff, der auf Verbindungen von Nichtmetallen der Gruppen III-VI des Periodensystems der Elemente, ausgenommen Sauerstoff, untereinander und mit Übergangsmetallen mit unvollständigen elektronischen Schichten basiert. Aufgrund ihrer Kristallstruktur bilden oxidfreie Keramiken zwei Hauptklassen: 1. Metallkeramiken: Verbindungen der oben genannten Nichtmetalle mit Übergangsmetallen, die eine interstitielle Phasenstruktur aufweisen. 2. Nichtmetallische Keramik: Verbindungen von B, C, N, Si, Chalkogenen (außer O) untereinander sowie mit einigen Übergangsmetallen. Sie haben eine komplexe Kristallstruktur mit einer kovalenten interatomaren Bindung.

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Cermet-Karbide und -Nitride Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W. Die Bedingung für die Bildung der interstitiellen Phase wird durch die Hagg-Regel bestimmt: rX:rMe

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Der Unterschied zwischen den interstitiellen Phasen und festen Lösungen besteht darin, dass letztere bei viel geringeren Konzentrationen von Kohlenstoff und Stickstoff, beispielsweise Ferrit und Austenit, gebildet werden und ein Metallkristallgitter aufweisen, während die interstitiellen Phasen ein vom Metallgitter verschiedenes Gitter bilden . In diesem Sinne können Interkalationsphasen als eine Art chemische Verbindungen betrachtet werden. Gleichzeitig weisen die interstitiellen Phasen weite Bereiche der Homogenität auf; beispielsweise kann TiC 20 bis 50 Mol-% enthalten. Kohlenstoff, was für chemische Verbindungen nicht typisch ist.

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Die Übergangsmetallkarbide WC, TiC, TaC und ZrC werden in der Industrie am häufigsten verwendet. Das Interesse an diesen Materialien beruht auf ihrer sehr hohen Härte (von 20 bis 35 GPa), die sie bis zu Temperaturen über 1000 °C behalten. Gründe für die hohe Härte von Karbiden: Die Metalle, die Karbide bilden, haben sehr hohe Schmelzpunkte und eine geringe Plastizität, d. h. Die Stärke der interatomaren Bindungen dieser Metalle ist sehr hoch. 2. Verlangsamung der Versetzungen durch Kohlenstoffatome und Abnahme der Plastizität. Beispielsweise sind im fcc-Gitter von TiC und TaC die Kohlenstoffatome parallel zu den (111)-Gleitebenen angeordnet, während sie im hcp-Gitter von WC parallel zu (001) liegen. Bei hoher Härte sind Karbide recht spröde.

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Übergangsmetallkarbide kommen in der Natur nicht vor, daher ist der erste Schritt ihrer Technologie die Synthese. Karbidpulver werden entweder durch direkte Synthese von Kohlenstoff und Metall gemäß der Formel Me + C → MeC oder durch Reduktion von Metall aus Oxid bei gleichzeitiger Karbidisierung gewonnen. Die zweite Methode wird bevorzugt, weil Oxide der entsprechenden Metalle sind deutlich günstiger als Pulver reiner Metalle.

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Im Allgemeinen erfolgt die Gewinnung von Karbidpulvern nach folgendem Schema: Das Oxidpulver des entsprechenden Metalls wird mit Ruß oder zerkleinertem Koks vermischt und auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Karbidisierung erfolgt. Für Titankarbid läuft der Prozess beispielsweise nach der Reaktion ab: t=2100-2300°С TiO2+3C=TiC+2CO. Die resultierenden Pulver werden zerkleinert, gesiebt, mit den notwendigen Komponenten vermischt und zu Produkten gepresst, die bei entsprechenden Temperaturen gesintert werden.

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In reiner Form finden die betrachteten Karbide nur sehr begrenzte Verwendung. Dies ist vor allem auf technologische Probleme bei der Gewinnung kompakter Produkte zurückzuführen. Um beispielsweise ein Produkt aus TiC mit einem Schmelzpunkt von 3200 °C zu sintern, ist eine Sintertemperatur von mindestens 2500 °C erforderlich. Zweitens sind reine Karbide, wie bereits erwähnt, sehr spröde. Die Hauptanwendung von Übergangsmetallkarbiden liegt im Werkzeugbau als Bestandteil von Hartlegierungen. Standardhartlegierungen werden auf Basis von Wolframcarbiden, Titan und Tantal hergestellt. Als Bindemittel werden Kobalt, Nickel, Molybdän verwendet. Hartlegierungen werden pulvermetallurgisch durch Flüssigphasensintern hergestellt.

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Wolframfreie Hartlegierungen BVTS Kennzeichnung: Karbidbildner (B – Wolfram, T – Titan, der zweite Buchstabe T – Tantal), Bindung (K – Kobalt). Der Massenanteil des Bindemittels ist die letzte Ziffer. Bei Zweikarbid- und Dreikarbidlegierungen zeigt die mittlere Zahl den Massenanteil von Titan- und Tantalkarbiden. In BVTS zeigt die Abbildung den Gesamtmassenanteil der Ni + Mo-Bindung.

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Hartlegierungen werden in Form von Platten hergestellt: gelötet (geklebt), polyedrisch, Matrizen, Drahtzüge usw. Polygonale Platten werden sowohl aus Hartlegierungen in Standardqualität als auch aus denselben Legierungen mit ein- oder mehrschichtigen superharten TiC-Beschichtungen hergestellt , TiN usw. Einsätze mit Beschichtungen haben eine längere Haltbarkeit. Zur Bezeichnung von Platten aus Standardqualitäten von mit Titannitriden beschichteten Hartlegierungen wird die Kennzeichnung mit den Buchstaben CIB (Ion Bombardment Condensation Coating Method) hinzugefügt. Darüber hinaus werden die betrachteten Karbide häufig als Material zum Aufbringen korrosions- und verschleißfester Beschichtungen auf Teile verwendet. Beispielsweise werden TiC-Beschichtungen zum Schutz der Oberflächen von Geräten in der chemischen Industrie eingesetzt, WC-Beschichtungen werden auf Schiffspropellerwellen aufgebracht.

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Übergangsmetallnitride Von allen Übergangsmetallnitriden werden TiN und ZrN in der Technik am häufigsten eingesetzt. Nitride haben ebenso wie Karbide sehr hohe Schmelzpunkte. Die Härte von Nitriden ist etwas geringer als die von Karbiden, beispielsweise hat ZrN eine Mikrohärte von etwa 25 GPa. Der Grund für die hohe Härte von Nitriden sowie Karbiden liegt in den Strukturmerkmalen der interstitiellen Phasen. Nitride sind synthetische Stoffe. Nitridpulver werden durch direkte Synthese von Metall mit Stickstoff durch Nitrieren von Metallpulvern bei den entsprechenden Temperaturen erhalten: 2Me+N2→2MeN. Nitride werden auch durch Reaktion von Metallen mit Ammoniak und durch andere Methoden, einschließlich Dampfabscheidung, erhalten.

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Die Hauptanwendungsgebiete von Übergangsmetallnitriden sind Additive zu Speziallegierungen sowie Materialien zum Aufbringen verschleißfester Beschichtungen. In der Werkzeugindustrie hat sich die Methode des Ionenplasmaspritzens von TiN- und (Zr,Hf)N-Beschichtungen auf eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen stark verbreitet. ZrN wird zur Beschichtung der Elektroden von ICE-Zündkerzen verwendet, um deren Leistung zu verbessern. Platten aus TiN und ZrN werden in der Raketentechnik zum Schutz der Rümpfe von Raketen und Raumfahrzeugen eingesetzt.

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Nichtmetalloxidfreie Keramik Zu den nichtmetalloxidfreien Keramiken gehören Materialien auf Basis von ZrB2-, CrB2-, TiB2-Boriden, B4C, SiC und einigen Übergangsmetallcarbiden, BN, Si3N4, AlN-Nitriden, Siliziden, Phosphiden, Arseniden und Chalkogeniden (außer Oxide). Keramiken auf Basis von Phosphiden, Arseniden und Chalkogeniden werden aufgrund ihrer begrenzten Verwendung im modernen Maschinenbau im Kurs nicht berücksichtigt. Am vielversprechendsten für strukturelle Anwendungen sind Keramiken auf Basis von SiC, Si3N4 und AlN – Verbindungen mit einem hohen Anteil an kovalenten Bindungen, deren Kristalle durch erhebliche Peierls-Spannungen gekennzeichnet sind. In solchen Kristallen ist die Bewegung von Versetzungen schwierig, da diese Verbindungen bis zu sehr hohen Temperaturen ihre Festigkeit behalten.

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Am sinnvollsten ist die Verwendung von SiC, Si3N4 und AlN anstelle von Metallen im Motorenbau. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Herstellung des Strömungsteils eines Gasturbinentriebwerks (GTE) aus Keramik und eine Erhöhung seiner Betriebstemperatur auf 1400 °C und mehr den Wirkungsgrad von 26 auf 45 % erhöht. Durch die Verwendung von Keramik in einem Dieselmotor kann dieser ungekühlt ausgeführt werden, was zu einer Gewichtsreduzierung und einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führt. Die Zweckmäßigkeit des Einsatzes von Keramik im Motorenbau erklärt sich nicht nur durch die hohe Hitzebeständigkeit, sondern auch dadurch, dass aufgrund der im Vergleich zu Metallen höheren Korrosionsbeständigkeit minderwertiger Kraftstoff verwendet werden kann. Die Verwendung von Keramik zur Herstellung von Motorteilen reduziert deren Kosten, da Keramik im Vergleich zu Ni, Cr, Co, Nb usw. kostengünstiger ist.

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Keramik auf Basis von SiC Siliziumkarbid (Karborund) SiC ist die einzige Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff. In der Natur ist dieses Material äußerst selten. Es existiert in zwei Modifikationen: polytypische hexagonale α-Modifikation (ca. 20 Strukturen), kubische β-Modifikation. Der Übergang β-SiC→α-SiC erfolgt bei etwa 2100 °C. Oberhalb von 2600–2700 °C sublimiert α-SiC. Reines SiC stöchiometrischer Zusammensetzung ist farblos. Bei Überschreitung des Siliziumgehalts wird SiC grün, Kohlenstoff schwarz. Eigenschaften von SiC: Hμ bis 45GPa, σben bis 700MPa, Тхр2000°С. Bei Raumtemperatur erfolgt die Zerstörung von SiC transkristallin und hat den Charakter einer Spaltung. Bei 1050 °C wird der Bruch intergranular.

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SiC ist gegen alle Säuren außer HF und HF+HNO3 beständig. SiC ist weniger beständig gegen die Einwirkung von Alkalien. Es wurde festgestellt, dass SiC von Metallen der Eisengruppe und Mangan benetzt wird. Bei der Herstellung von Schleifmitteln, feuerfesten Produkten und elektrischen Heizkörpern aus SiC dienen Quarzsand (Quarzsand) und Koks als Ausgangsmaterialien. Sie werden in Elektroöfen auf eine hohe Temperatur erhitzt und die Synthese erfolgt nach der Acheson-Methode: SiO2 + 3C = SiC + 2CO2. Um das Heizelement (Kern) entsteht eine Zone des synthetisierten Produkts, dahinter befinden sich Zonen mit Kristallen geringer Reinheit und nicht umgesetzten Komponenten. Die im Ofen erhaltenen Produkte werden in diese Zonen getrennt, zerkleinert, verarbeitet und es entsteht ein Allzweck-Siliziumkarbidpulver. Der Nachteil dieser SiC-Pulver ist die hohe Verunreinigung mit Verunreinigungen.

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Um Strukturkeramik zu erhalten, ist es notwendig, hochreine, homogene, hochdisperse SiC-Pulver zu verwenden, die durch das Syntheseverfahren gewonnen werden: Das anfängliche metallurgische Si wird zerkleinert und gemahlen, in Säure von Verunreinigungen gewaschen und zerkleinert. Die Synthese von SiC erfolgt in einem Reaktor durch Zufuhr von Si in spezielle Düsen, das Gas ist Propan: t>1100°С 3Si+C3H8=3SiC+4H2. Produkte aus SiC werden durch Pressen, Extrudieren und Spritzgießen geformt. Die Siliziumkarbid-Keramiktechnologie verwendet typischerweise Heißpressen, reaktives und aktiviertes Sintern.

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Das HP-Verfahren ermöglicht die Gewinnung hochfester Keramiken auf Basis von SiC. Das Pressen erfolgt üblicherweise in Formen aus Graphit oder Bornitrid bei Drücken von 10–50 MPa und Temperaturen von 1700–2000 °C. Mit HP können Sie nur Produkte mit relativ einfacher Form und relativ kleinen Größen erhalten. Produkte mit komplexer Form und hoher Dichte werden durch heißisostatisches Pressen (HIP) hergestellt. Das aktivierte Sinterverfahren ermöglicht durch die Zugabe von B, C, Al und der Bildung einer Diffusionsschicht auf der Oberfläche der Partikel das Sintern von SiC auf eine Dichte von über 90 %.

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Die Methode des Reaktionssinterns ermöglicht es, den Prozess bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen und Produkte mit komplexer Form zu erhalten. Um das sogenannte „selbstgebundene“ Siliziumkarbid zu erhalten, werden SiC- und Kohlenstoffpresslinge in Gegenwart von Silizium gesintert. Dabei entsteht sekundäres SiC und SiC wird durch eine Siliziumschmelze rekristallisiert. Dadurch entstehen nichtporöse Materialien mit 5–15 % freiem Silizium in einer Siliziumkarbidmatrix. Reaktionssintern ist ein wirtschaftliches Verfahren, da durch den Einsatz kostengünstiger thermischer Geräte die Sintertemperatur von den üblicherweise verwendeten 1600–2000 °C auf 1100–1300 °C gesenkt wird.

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Bei der Herstellung von Siliziumkarbid-Heizelementen kommt das Reaktionssinterverfahren zum Einsatz. SiC ist ein Thermistor, das heißt, es ändert seinen Widerstand unter Temperatureinfluss. Schwarzes SiC hat bei Raumtemperatur einen hohen Widerstand und einen negativen Temperaturkoeffizienten. Grünes SiC hat einen geringen Anfangswiderstand und einen leicht negativen Temperaturkoeffizienten, der bei Temperaturen von 500–800 °C positiv wird. Siliziumkarbid-Heizelemente (SCE) sind normalerweise Stäbe oder Rohre mit einem mittleren Arbeitsteil mit relativ hohem elektrischem Widerstand („heiße“ Zone) und Ausgangsenden („kalten“) Enden mit geringerem elektrischem Widerstand, die sich während des Betriebs nicht erwärmen Betrieb des Ofens.

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Die Industrie stellt zwei Arten von SiC-Heizelementen her: 1. Karborund. Sie verfügen über einen Arbeitsstab und zwei separate kürzere Kontaktausgänge in Form von mit Metall imprägnierten Karborundstäben. 2. Silite. Heizkörper mit verdickten Ausgangsenden (Manschetten). Verbundkarborundum-Heizgeräte werden aus grobkörnigem grünem SiC-Pulver mit Ruß (1,5 %) und flüssigem Glas geformt und dann in einer Hinterfüllung aus einer Kohle-Sand-Mischung bei einer Temperatur von etwa 2000 °C gebrannt. Der Heizer wird vorab mit einer leitfähigen Paste bestehend aus Koks, Graphit und Quarzsand beschichtet. Das Sintern des Produkts erfolgt durch direkte elektrothermische Erwärmung in speziellen Öfen, wobei 40–50 Minuten lang ein Strom von 80–100 A durch das Werkstück geleitet wird.

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Silite-Heizungen werden durch Extrusion aus einer Mischung aus feinkörnigem SiC, Ruß (20 %) und Phenol-Formaldehyd-Harz geformt. Arbeitsteil und Manschetten werden separat geformt. Die Zusammensetzung des Manschettenteils ist auf hohe Leitfähigkeit ausgelegt und enthält etwa 40 % Si. Beim Sintern von Silitheizern werden der in der Masse enthaltene Kohlenstoff und das Silizium durch den Reaktionssintermechanismus in „sekundäres“ SiC umgewandelt. Die Verfüllung besteht aus einer Mischung aus gemahlenem Sand, Petrolkoks und Siliziumkarbid. Dieses Gemisch setzt bei einer Temperatur von 1800–2000 °C dampfförmiges Silizium und CO frei, die in das Werkstück eindringen und mit festem Si und C reagieren. Gleichzeitig wird sekundäres Siliziumkarbid synthetisiert, indem in der Charge enthaltenes Silizium mit Kohlenstoff reagiert.

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Materialien auf Basis von SiC wurden viel früher eingesetzt als Materialien auf Basis von Si3N4, AlN, B4C und BN. Bereits in den 1920er Jahren wurden feuerfeste Materialien aus Siliziumkarbid auf einer Siliziumdioxidbindung (90 % SiC + 10 % SiO2) verwendet, und in den 1950er Jahren wurden Raketendüsen aus Siliziumkarbid auf einer Siliziumnitridbindung (75 % SiC + 25 % Si3N4) hergestellt ). Derzeit werden Keramiken auf Siliziumkarbidbasis zur Herstellung von Dichtungsringen für Pumpen, Kompressoren, Mischer, Lager und Wellenhülsen, Dosier- und Regelventilen für korrosive und abrasive Medien, Motorenteilen und Metallrohrleitungen für flüssige Metalle verwendet. Es wurden neue Verbundwerkstoffe mit einer Siliziumkarbid-Matrix entwickelt.

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• Der Begriff „Keramik“ kommt vom griechischen Wort „keramos“, was Ton bedeutet.
• Keramikprodukte werden aus Ton mit verschiedenen Zusätzen hergestellt und zu Stein gebrannt.
• Von der Antike bis heute nehmen Keramikprodukte einen der führenden Plätze im Kunsthandwerk aller Völker der Welt ein.

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• Das technologische Schema zur Herstellung von Keramikfliesen umfasst die folgenden Hauptphasen:

1. Schlammzubereitung;
2. Produktformung;
3. Trocknen;
4. Herstellung von Glasuren und Glasuren (Emaillieren);
5. Verbrennung.

• Rohstoffe für keramische Massen werden in plastische (Tone und Kaoline) und nicht plastische Stoffe unterteilt. Zusätze aus Schamotte und Quarz reduzieren die Schrumpfung der Produkte und die Wahrscheinlichkeit von Rissen beim Formen. Als Glasbildner werden Bleimennige und Borax verwendet.

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• Die Erstellung des Beleges erfolgt in drei Phasen:
  • Erste Phase: Mahlen von Feldspat und Sand (das Mahlen dauert 10 bis 12 Stunden);
  • Der ersten Phase wird Ton hinzugefügt;
  • Der zweiten Phase wird Kaolin zugesetzt. Die fertige Gülle wird in Behälter abgefüllt und gealtert.
• Der Transport vom Rohstofflager erfolgt mit Hilfe eines Laders zu den Annahmebunkern. Von dort wird es über das Förderband entweder zu einer Kugelmühle (zum Mahlen) oder zu Turbolösungsmitteln (zum Auflösen von Ton und Kaolin) geleitet.

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• Töpferei ist seit jeher bekannt. Ton war ein allgegenwärtiges improvisiertes Material, dessen reiche plastische und künstlerische Möglichkeiten schon in der Antike die Menschen anzogen. Ton ist sehr einfach zu verarbeiten, man kann daraus alles formen.

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• Je nach Struktur wird zwischen feiner Keramik (glasiger oder feinkörniger Scherben) und grober (grobkörniger Scherbe) unterschieden. Die Hauptarten feiner Keramik sind Porzellan, Halbporzellan, Fayence und Majolika. Die Hauptart der Rohkeramik ist die Keramik.

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• Porzellanvase aus der Sammlung chinesischen Porzellans der Qing-Dynastie (17.-19. Jahrhundert) in der Kunstkammer (St. Petersburg).

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Ägyptische Göttin Tawaret aus Fayence

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Majolika

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Keramik

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• KERAMIKURNE – ein Beispiel für Maya-Keramik.
• Arbeiten Sie an der Fußtöpferscheibe. Bild auf Keramikfliesen.

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• Im Bauwesen wird häufig Zement verwendet – eine der Keramikarten, deren Rohstoffe mit Wasser vermischter Ton und Kalkstein sind.

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Geschichte der häuslichen Keramikfliesen

• In Russland tauchten Keramikfliesen im 9. Jahrhundert mit dem Aufkommen des Christentums auf. Während der heidnischen Zeit wurden überwiegend Stein und Holz als Baumaterialien verwendet.