Конструкционные свойства керамики

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Конструкционные свойства керамики"

Введение

Керамика (греч. keramike -- гончарное искусство, от keramos -- глина), обширная по составу группа диэлектрических материалов, объединенных общностью технологического цикла. В настоящее время под словом керамика понимают не только глиносодержащие, но и другие неорганические материалы, обладающие сходными свойствами, при изготовлении изделий из которых требуется высокотемпературный обжиг.

Первые фигурки из глины появляются в древнейшие времена палеолита (около 27 тыс. до н. э.). Несколько позднее появляются глиняные сосуды, в которых хранили воду и продукты питания. В это же время были попытки использовать обожженную глину.

Уже в эпоху неолита широко распространяется обжиг. В разных частях Земли создаются похожие изделия, еще неуклюжие, вылепленные со следами пальцев, большей частью открытых форм, с толстыми стенками. Первоначальные сосуды повсеместно имели острое или закругленное дно, их размещали между камнями очага. В позднем палеолите появляются сосуды с плоским дном. Изделия украшаются вылепленным орнаментом. Постепенно керамика разных местностей обретает разнообразие форм и орнаментов. Керамика этого периода является важным археологическим признаком культур, которые нередко и называют по преобладающему типу орнамента.

В 6 тыс. до н. э. в ряде регионов преобладает расписная керамика (самаррская культура в Средней Месопотамии, эгейская керамика). Появляется лощеная керамика прекрасного качества (коричневых и красных, строго черных тонов). Керамические статуэтки в Эгейском мире прекрасно передают изящество девушек-кор [1]. В этот же период керамика используется как строительный материал.

В бронзовом веке в государствах Междуречья и Египта ремесленники стали использовать гончарный круг, изготовление керамики становится наследственной профессией. Благодаря открытию глазури пористые сосуды становились водонепроницаемыми, а разнообразные цвета и украшения, полученные с помощью цветной глазури, превращали керамические изделия в произведения искусства. В Китае благодаря использованию качественной белой глины -- каолина уже во 2-1 тыс. до н. э. изготовлялись тонкостенная глазурованная посуда. В Древнем Египте во 2 тыс. до н. э. появляется фаянс.

Прекрасная обожженная керамика используется для отделки зданий (ворота Иштар в Вавилоне). Хараппская цивилизация использует кирпичные плитки для мощения полов.

Расписная керамика Древней Греции оказала огромное влияние на развитие всего мирового декоративно-прикладного искусства. Широко известны разнообразные типы древнегреческих ваз (амфоры, гидрии, килики, кратеры), украшенные искусными цветочными узорами, которые затем сменяет ковровый, или ориентализирующий, стиль -- орнамент с полихромными поясами изображений животных и фантастических существ [2].

В 6 в. до н. э. складывается так называемый чернофигурный (чернолаковый) стиль, при котором силуэтные изображения наносились черным лаком на желтую или красную глину, детали одежды, орнамента выполнялись белой и пурпуровой красками [3].

Композиция росписи строилась на выразительности черных силуэтов, очерченных тонкой обобщенной линией. Немного позднее появилась краснофигурная вазопись, сохраняющая натуральный цвет глины в изображениях фигур при заливке фона черным лаком. Эта техника давала мастеру возможность более детально прорисовывать формы, передавая естественность движения фигуры [4].

В России после упадка в период татаро-монгольского ига российская керамика в 14-15 вв. возрождается вновь. В 18 в. наряду с гончарными ремесленными изделиями стала выпускаться посуда из майолики с росписью по сырой эмали, в частности на московской фабрике А. К. Гребенщикова, основанной в 1724. Было налажено производство изразцов -- сначала рельефных, затем гладких с росписью. В 1744 в Петербурге была основана Порцелиновая мануфактура, на которой через три года Д. И. Виноградовым было начато производство русского фарфора. В 1765 мануфактура получила более высокий статус и стала называться Императорский фарфоровый завод, где с конца 18 в. выпускались прекрасные сервизы, вазы, портретные бюсты в стиле раннего классицизма, а позднее в стиле ампир. Со дня основания завод работал по заказам императорского двора. Для более массового производства в 1766 в Вербилках Ф. Гарднер основывает частную фабрику, прославившуюся своими жанровыми статуэтками и посудой высокого качества. В деревне Гжель в Подмосковье в 1830-1840-х гг. возникает множество предприятий, использующих преимущества местной глины [5].

Рисунок 1 - Китайский погребальный сосуд эпохи палеолита

Рисунок 2 - Стамнос, 580 г.до н.э.

Рисунок 3 - Чернофигурный стиль

Рисунок 4 - Краснофигурный греческий кратер

В последние годы керамика вызывает повышенный интерес в качестве принципиально нового класса конструкционных материалов. Преимущество керамических материалов по сравнению с металлами и высокомолекулярными соединениями заключается в способности к длительному функционированию в условиях повышенных температур и коррозионно-активных сред без значительной деградации механических свойств, что делает пористую керамику уникальным теплоизоляционным и фильтрующим материалом. На сегодняшний день пористую керамику успешно используют для изготовления биологических конструкций, имплантируемых в организм: эндопротезов костной ткани, стоматологических протезов, фильтров и дозаторов подачи медикаментов [6].

Обсуждению вопросов о взаимосвязи особенностей технологии получения с составом, структурой, механическими свойствами керамики посвящено множество работ . Во всех отмечается высокая чувствительность керамических материалов к различного рода дефектам структуры, таким как поры, трещины, микроцарапины и т.д. Учитывая данное обстоятельство, выбор путей для создания пористых керамических конструкций с достаточным уровнем прочности должен базироваться на поиске возможных механизмов, обеспечивающих эффективную релаксацию концентраторов напряжений, вызванных дефектами структуры.

Принципиальными недостатками керамики являются ее хрупкость и сложность обработки. Керамические материалы плохо работают в условиях механических или термических ударов, а также при циклических условиях нагружения. Им свойственна высокая чувствительность к надрезам. В то же время керамические материалы обладают высокой жаропрочностью, превосходной коррозионной стойкостью и малой теплопроводностью, что позволяет с успехом использовать их в качестве элементов тепловой защиты.

При температурах выше 1000°С керамика прочнее любых сплавов, в том числе и суперсплавов, а ее сопротивление ползучести и жаропрочность выше.

К основным областям применения керамических материалов относятся режущий инструмент, детали двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей и др.

В настоящее время для изготовления машин и аппаратов в химической промышленности широко применяют кислотостойкие плотные и пористые конструкционные керамические материалы. К плотным конструкционным керамическим материалам относятся твердый фарфор, цунитовая, глиноземистая, стеатитовая, циркониевая, корундовая и некоторые другие виды кислотостойкой керамики. Из пористых керамик для изготовления фильтрующих патронов широко применяют шамотно-бенгонитовую керамику. Керамические материалы характеризуются высокой твердостью и плотностью и хорошо сопротивляются эрозионному износу. Кроме того, поверхности, покрытые глазурью, резко снижают гидравлическое сопротивление среды.

Материалы типа радиофарфор и ультрафарфор, свойства которых удовлетворяют механическим и технологическим требованиям, предъявляемым к конструкционным керамическим материалам, имеют фигуративные точки соответственно в области муллита и корунда. Поскольку основную кристаллическую часть структуры ультрафарфора составляет корунд, то иногда ультрафарфор называют корундовой или глиноземистой керамикой.

При значительных скоростях движения среды наблюдается сильное разрушение материала вследствие комплексного явления коррозии и эрозии. Указанный вид разрушения часто встречается в химической промышленности при эксплуатации насосов, трубопроводов, мешалок и другого оборудования, где наблюдается воздействие на конструкционный керамический материал или футеровки быстродвижущихся потоков жидкости, жидких капель или пара.

химический керамика обработка

Заключение

Керамика обладает физико-химическими свойствами, позволяющими относить их к конструкционным материалам, из которых можно изготавливать высококачественное оборудование. Основное их достоинство - высокая стойкость почти во всех химически активных средах. Прочностные свойства конструкционных керамических материалов, в том числе твердого, цирконового, глиноземистого фарфора, оксидной и других видов керамики, позволяют изготовлять из них оборудование, работающее под избыточном давлением и при разряжении, а также детали, подвергающиеся эррозионному износу.

Список литературы

1. Древнейшая керамика [Электронный ресурс] URL: http://megabook.ru/media/Керамика%20(Китайский%20погребальный%20сосуд%20эпохи%20неолита) (дата обращения 05.11.2014)

2. Древнейшая керамика [Электронный ресурс] URL: http://megabook.ru/media/Керамика%20(стамнос) (дата обращения 05.11.2014)

3. Керамика Древней Греции [Электронный ресурс] URL: http://megabook.ru/media/Керамика%20(Чернофигурная%20древнегреческая%20амфора) (дата обращения 05.11.2014)

4. Керамика Древней Греции [Электронный ресурс] URL: http://megabook.ru/media/Керамика%20(Краснофигурный%20древнегреческий%20кратер) (дата обращения 05.11.2014)

5. Миклашевский А. И. Технология художественной керамики. Л., 1971

6. Яффе Б. и др. Пьезоэлектрическая керамика. М., 1974.

7. Гинзбург В. П. Керамика в архитектуре. М., 1983.

8. Технология конструкционных материалов: учебник для вузов / Дальский А. М. [и др.] ;под общ.ред.Дальского А. М. - М., 1985. - 448 с.

9. Балкевич В. Л. Техническая керамика. М., 1984.

10. Размещено на Allbest.ru