КОНСТРУКЦИОННЫЕ КЕРАМИКИ
Слово «керамика» происходит от греческого «керамос», что означает «глина». Считается, что первые керамические изделия появились 24 000 лет тому назад.
Керамика — самый старый искусственный материал, известный человеку с древних времен, а именно с середины каменного века, когда человек научился гончарному делу и начал изготавливать бытовые изделия из обожженной глины. В Древней Греции и Древнем Риме люди обжигали кирпичи из глины для строительства зданий, водопровода и других сооружений.
Развитие производства конструкционных керамик
Сегодня объемы производства различных материалов и изделий из керамик, включая кирпич и цемент, многократно превышают объемы производства всех металлов и органических полимеров, составляя около 1010 т.
Привычные для нас фаянс, фарфор, кирпич, черепица — это керамики, изготавливаемые из различных сортов глины, от состава которой зависят свойства получаемых изделий. Такие керамики имеют трехфазное строение и состоят из кристаллической и аморфной фаз и газовых включений. Основным недостатком керамик из обожженной глины являются низкая прочность и высокая хрупкость.
В отличие от этих керамических материалов современные конструкционные керамики имеют кристаллическое строение без примесей аморфной стекловидной фазы, а их плотность приближается к теоретическому значению. Пористость конструкционных керамик не превышает 0,5 %.
Конструкционные керамики впервые появились в 60-х годах прошлого века как результат получения и переработки синтетического мелкодисперсного порошка — оксида алюминия высокой чистоты.
Серьезные успехи в создании новых керамических материалов с уникальными свойствами появились только в начале восьмидесятых годов прошлого века. В это время только в США созданием конструкционных керамик занимались более 1000 фирм, а инвестиции в эту область науки и техники ежегодно составляли сотни миллионов долларов.
Таблица 18.1. Направления научных исследований в области создания керамик и стекла
|
Принципиальные технологии |
Новые материалы |
|
Развитие теоретических представлений и методов исследования строения стекла; технология оптического и технического стекла |
Материалы для лазерной техники, волоконно-оптической связи, нелинейной оптики |
|
Развитие диссоциативной теории разрушения хрупких тел; технология специальных бронеконструкций |
Материалы для обеспечения безопасности военной техники, помещений, зданий и персонала |
|
Технология биосовместимых материалов; технология особо чистых материалов заданного состава |
Биосовместимые остео- и дентопроте- зы для восстановительной хирургии |
|
Кинетическая теория стеклования и фазообразования; технология ситаллов и неорганических волокон |
Высокопрочные кварцевое, базальтовое стекловолокно и ткани; ситаллы, сигран, пирокерам |
|
Развитие химии и физической химии коллоидных оксидных систем; золь-гель-технология стеклообразных и керамических материалов |
Нанодисперсные материалы; современные технические и бытовые изделия из стекла и керамики |
|
Развитие теории поверхностных явлений в стеклообразных и керамических материалах. Технология многофункциональных покрытий |
Абляционные и теплозащитные покрытия; облегченная стеклотара; антикоррозионные и химически стойкие покрытия и эмали |
|
Открытие явления трансформационного упрочнения в оксиде циркония; развитие физико-химических представлений о взаимосвязи состава, структуры, дисперсности, свойств керамик; технология специальных керамик |
Машиностроительная керамика, детали адиабатического керамического двигателя; носители катализаторов, фильтры, мембраны и др. |
Объемы производства современных конструкционных керамик сравнительно невелики, но быстро растут благодаря интенсивным исследованиям и развитию новых технологий, разработанных в последней четверти двадцатого столетия (табл. 18.1).
Керамики играют важную роль в развитии атомной энергетики, космической техники, авиации, машиностроения, медицины и других отраслей экономики. По оценкам специалистов, они способны произвести революционные изменения во многих областях техники.
В ближайшие 10 лет ожидается десятикратное увеличение объемов производства изделий из конструкционных керамик, которые будут работать при критических тепловых и механических нагрузках. Это станет возможным благодаря разработке технологий производства сырьевых материалов с новыми свойствами и способов переработки их в изделия, отвечающие требованиям машиностроения, электроники и электротехники, оптики и ядерной энергетики, медицины и биологии, других отраслей экономики.
Для этого требуется развитие не только и не столько технологических наук, но, прежде всего, выполнение фундаментальных исследований в области физики твердого тела, физико-химического материаловедения и других естественных наук.
