Керамиката обхваща голяма група неорганични материали с многофазна структура. Съдържа над 50% кристална фаза, от
1 до 10% аморфна (стъкловидна) фаза и
някакво количество газова фаза. Според предназначението си, керамиката се разделя на битова и техническа.
Битовата се получава чрез формоване и спичане на природни глини. Основна част на повечето глини е
минералът каолинит Al203.2Si02.2H20. Приложението на тези материали е широко известно - тухли, фаянс,
порцелан, глазури и др.
Техническата керамика се състои от изкуствено синтезирани материали с различен състав - оксиди, карбиди, нитриди, бориди, силициди и др. Специалистите-керамици предлагат добри
класификации, но тези хора отсъстват в момента и затова тук е направено едно обикновено изброяване на материалите по конкретната област на приложението им като важни елементи, изграждащи различни инструменти,
машини, конструкции и съоръжения:
- твърди сплави
Тези материали са известни още като инструментална керамика, металокерамика, кермети. Това са твърдосплавните пластини, механично сглобявани (чрез отворите в тях) или
споявани към металорежещите инструменти. Пластините се получават чрез прахова металургия (синтероване) - пресоване и спичане при високи температури. Имат много добра износоустойчивост при
механичното обработване на детайли чрез рязане при тежки режими.
В България все още са популярни руските марки твърди сплави (кермети), състоящи се от карбиди -
волфрамов карбид (WC), титанов карбид (TiC), танталов карбид (TaC), съединени с метална кобалтова (Co) връзка:
- волфрамови (ВК), с представител ВК15, със съдържание на Co около 15%, останалото е WC,
- титан-волфрамови (ТК), с представител Т15К6, Co ~ 6%, TiC ~ 15%, останалото е WC,
- титан-тантал-волфрамови (ТТК), с представител ТТ20К9, Co ~ 9%, TiC+TaC ~ 20%, останалото е WC.
Водещи производители от Германия и
САЩ освен кермети (TiC-TiN керамика с Ni-Co връзка), предлагат и керамични твърдосплавни пластини от силициев нитрид
(Si3N4) и боров нитрид (BN).
Пластините от Si3N4 са с голяма износоустойчивост при високи температури,
особено ако са с покритие от Al203. Използват в инструментите при (грубо) струговане, фрезоване и пробиване на детайли от чугун. Боровият нитрид,
известен с търговската марка Wurbon®, е вторият по твърдост материал след диаманта. Прилага се при обработването на закалена стомана,
сив и избелен чугун.
 
- огнеупори
Широко разпространените в топилните и топлинните агрегати огнеупори са на основата на Al203, MgO,
Cr203, Si02, CaO и др. От тези материали се изработват тухли с различна конфигурация. Те са предназначени за изграждането на
разнообразни по вид пещи - топилни, за металургична обработка на метала, термични и т.н., за крановите кофи за разливане на метала, за оформянето на чашите и сифоните за приемане и подвеждане
на течния метал, както и за други елементи, изискващи голяма устойчивост срещу механичното и термичното въздействие на метала. Освен тухли, от огнеупорна керамика се правят и т.нар. набивни
маси (смеси, неформовани огнеупори). Те се изсипват в определен обем и при следващото топлинно въздействие се спичат, като оформят съответната част на пещта.
Производителите предлагат
тухли и набивни маси от шамот, със съдържание на Al203 ~ 40% и Si02 (останалото),
с огнеупорност ~ 1600 - 1750 °C,
от хромит-магнезит със съдържание на MgO > 40%, Cr203 > 20% и Si02 < 8%,
с огнеупорност ~ 1500 °C, и други.
 
- филтри
Чрез керамичните леярски филтри се постига лесно и ефективно отстраняване на шлаката и неметалните включвания от стопилката.
Филтърът се разполага в леяковата система, която подвежда течния метал в кухината на леярската форма. Керамичните филтри се състоят от
Al203 ~ 50%, Si02 ~ 40%, MgO ~ 10% и работните им температури достигат до 1500 °C.
- абразиви
Добре известните материали с висока твърдост и силно абразивно въздействие са C (диамант), BN (елбор), Al203 (корунд),
SiC (карборунд) и други. В техниката се използват абразивни прахове, пасти, шкурки, дискове и др.
- нагревателни елементи:
Електросъпротивителните нагреватели за промишлени пещи са направени от силициев карбид (SiC, карборунд) или молибденов дисилицид (MoSi2).
Елементите се изработват с диаметър на активната им част 8 - 30 мм, а общата им дължина е 270 - 2000 мм. Във въздушна и неутрална среда, температурата в активната част достига 1500 °C.
Нагревателните елементи от MoSi2 имат работна температура 1700 - 1800 °C. Производителите предлагат нагреватели освен с пръчковидна и с U- и W-образна форма.
 
- електроизолационни материали:
Керамичните (порцеланови) компоненти за силови електропроводи, станции и апаратура се състоят от TiO2, CaO, MgO, BaO,
SiO2, Al203 и др.
  
- ферити
Керамичните постоянни магнити, наречени накратко ферити ("hard ferrite"), имат обща формула MeO.Fe2O3, където металният оксид (MeO)
може да бъде NiO, MnO, MgO, CoO, ZnO, BaO. Произвеждат се чрез синтероване във вид на дискове, рингове и блокчета с различни размери, след което се магнетизират. Те са много твърди и се
обработват само с диамантени дискове. Високата им крехкост изключва самостоятелното им използване в подложени на удар и огъване конструкции. Керамичните магнити са химически инертни. Имат
максимална работна температура 250 °C, под -20 °C губят магнитната си сила. Естественият цвят на феритите е черен. Приложение намират като феритни сърцевини за различни видове трансформатори,
в постояннотоковите електродвигатели, като елементи на магнитни сепаратори, сензорни устройства и др.
 
- компоненти за двигатели и газови турбини
Керамичните материали за автомобилостроенето съчетават голяма износоустойчивост, намалено триене, ниско термично разширение, малко тегло,
висока топло- и корозоустойчивост. Тези материали са на основата на Si3N4, SiC, ZrO2 и др.
  
- покрития
Молибденовият дисилицид (MoSi2) е химически устойчив на киселини, основи, стопени соли и метали, като температурата на окисляване достига 1500 - 1800 °C.
Това го прави отличен материал за оформянето на защитни керамични покрития в химическата промишленост. Използва се и като огнеупорно покритие на соплата на реактивните двигатели.
Показаните по-горе фигури са от продуктовата листа на различни компании, някои от които са представени в CastingArea. По-подробната информация става достъпна при кликване върху избраната фигура, водещо до
посещение на съответния корпоративен сайт.
Самото упражнение може да протече най-общо в следната последователност:
- разглеждане на различни керамични "експонати" - бентонит, корунд, карборунд, шамот, всичките дотук в насипно състояние, огнеупорни тухли, разположени в пространството на лабораторната
термична пещ, магнитни блокчета и гъвкави магнитни ленти, леярски филтри, керамични ладийки за лабораторни изследвания при високи температури, части от корундови нагреватели, твърдосплавни
пластини за стругарски ножове.
- запознаване със структурата на твърдите сплави ВК15 и Т15К6.
 
Първото впечатление от снимките, е различната от тази на металите
структура. Отделните частици (фази) имат ръбеста форма. Това в учебниците се споменава като структура с голямоъглови граници. От снимката на ВК15 много ясно се различават светлите зони на
волфрамовия карбид и тъмните зони на кобалта. При Т15К6, освен наблюдаваните WC и Co, се забелязват и "сивеещи" зони, изградени от твърдия разтвор на WC в TiC. Първите очаквания от такава
структура са за крехкост и ниска пластичност, което от своя страна, най-често върви с висока твърдост, както това е регистрирано по-долу.
- определяне на количеството на кобалта в сплавта ВК15, като се използва един от методите на количествената металография, този на Розивал.
- определяне на твърдостта по Роквел (HRA) на различни металокерамични материали и сравнение с твърдостта на рапидна (бързорежеща) стомана Р6М5 (W ~ 6%, Mo ~ 5%).
Резултатите са следните:
материал ВК15 Т15К6 ТТ20К9 Р6М5
HRA 89 93 90 78
Литература и интернет
- Подбрана учебна литература по материалознание (9)
- сайт на Армекс Трейд - изключителен представител на водещи производители на керамични продукти от България, Украйна, Китай и Македония,
Рекламодател в CastingArea.
- сайт на Симекс, представителство в България - керамични леярски филтри, термични сонди, измервателни уреди.
- сайт на Комекс - огнеупорна керамика за леярни и термични цехове, огнеупорни набивни маси за пещи.
- сайт на Ferro-Term Ltd. - ceramic foam filters for cast iron and copper alloys,
представяне в CastingArea.
- сайт на CeramTec North America Co. - ceramic cutting materials for metal removal.
- сайт на Norsk Teknisk Porselen A/S - low, medium and high voltage ceramic insulators.
- сайт на Adams Magnetic Products Co. - ceramic magnets for DC motors, magnetic separators, automotive sensors, craft projects,
and refrigerators.
- сайт на Kyocera Industrial Ceramic Corp. - automotive ceramic products.
|
