Корундовая керамика и ее свойства
Керамика сопровождает человечество на протяжении вот уже нескольких тысяч лет. Это один из первых материалов, который научился обрабатывать наш предок – первая глиняная посуда была, бесспорно, далека от керамики в нашем привычном понимании, но “родство” неоспоримо. Ряд ее свойств хорошо изучен и известен нам, но можем ли мы сказать, что изучили этот поистине чудо материал до конца? Предлагаем для начала разобраться, что же такое корундовая керамика.
Мы не будем останавливаться подробно на процессе изготовления изделий из керамики – специалисты и так знают все его этапы, которых, к слову, не так уж мало; мы попробуем взглянуть на этот материал глазами Заказчика.
Начнем, пожалуй, с самого простого – как правильно называется корундовая керамика. Условно принято называть корундовой керамикой такую, которая содержит 95% и более Al2O3 и основной кристаллической фазой которой является корунд. У этого материала очень много имен, попробуем перечислить лишь некоторые из них:
Общие названия:
- корундовая керамика;
- промышленная керамика;
- вакуумплотная керамика;
- вакуумная керамика.
Марки материалов:
- керамика из оксида алюминия;
- алюмооксид;
- корундиз;
- синоксаль;
- миналунд;
- стоал;
- микролит;
- 22ХС;
- М-7;
- ВК;
- ВК-94-1,
- ВК-100-1
- Поликор.
Все перечисленные виды корундовой керамики похожи, но в то же время имеют и отличия – так, отличаются они химическим составом, технологией изготовления, и, как следствие, своими свойствами.
Приведем пример: микролит, он же ЦМ 332, обладает улучшенными механическими свойствами благодаря добавлению MgO и используется данный материал преимущественно для изготовления резцов, нитепроводов, фильер, волоков.
Другой широко используемый вид керамики – поликор, он же ВК-100-1. Для этого материала характерно высокое содержание Al2O3 (не менее 99,5%), а обжиг изделий из поликора производят в вакууме или водородной среде. Данный тип обжига способствует выводу газов, содержащихся во внутренних порах материала, что приводит к повышенной светопроницаемости поликоровых пластин.
Какой цвет должна иметь “настоящая” корундовая керамика? Ответ на этот вопрос пытаются найти многие наши Заказчики, поэтому затронем и его. Цвет изделия будет определяться химическим составом материала, из которого оно изготовлено, если только Вы не выскажете особых пожеланий эстетической направленности.
Вообще, промышленностью Советского Союза выпускался электрокорунд (сырье для изготовления керамических изделий) двух типов – белый и так называемый нормальный. Содержание Al2O3 в белом электрокорунде составляло 98% и выше, а в “нормальном” – от 91% до 95%. Оставшуюся массу “нормального” электрокорунда составляли примеси, преимущественно SiO2 и Fe2O3, которые и давали темно-коричневый (темно-красный) цвет. В настоящий момент такой жесткой регламентации не существует.
Переходя от общих вопросов к конкретике, перечислим основные свойства, снискавшие керамике столь широкую славу и применяемость:
- высочайшая механическая прочность;
- высочайшая твердость;
- повышенная износостойкость и стойкость к истиранию;
- химическая инертность;
- минимальная пористость;
- высокая теплопроводность;
- термическая стойкость (способность керамического изделия выдерживать без разрушения резкие смены температуры);
- высокое электрическое сопротивление;
- низкие диэлектрические потери;
- тонкий и ультратонкий размер зерна, гарантирующий отменную полировку поверхности.
К слову, для полировки поверхности изделий из корундовой керамики используется самое твердое вещество в мире – алмаз, а также его аналоги, созданные руками человека – карбид бора, карбид кремния, нитрид бора. Ничто другое керамику “не берет”.
Значения
вышеуказанных свойств представлены в таблице (значения приведены для корундовой
керамики, содержание Al2O3 94%-95%)
Параметр | Значение |
---|---|
Предел прочности при статическом изгибе, МПа | 460 |
Предел прочности при ударном изгибе, кПа*м | 7,9 |
Твердость по шкале Мооса | 9 |
Плотность, г/см3 | 3,78 |
Водопоглощение (пористость) %, не более | 2 |
Коэффициент линейного расширения 10^ -7, 1/°С, в интервале температур 20 - 900 °С | 7,8 |
Теплопроводность, Вт/(м*К) | 32 |
Удельное объемное электрическое сопротивление Ом*см при температуре 100°С | 10^14 |
Удельное объемное электрическое сопротивление Ом*см при температуре 400°С | 3*10^8 |
Диэлектрическая проницаемость при f=10^6 Гц при температуре 25°С, не более | 9,3 |
Тангенс угла диэлектрических потерь tg*10^4 при температуре 20°С | 5 |
Рабочая температура, °С | От -40°С до 1400°С |
Благодаря
высоким значениям физико-механических, электрофизических свойств, превосходной
химической устойчивости керамика получила широчайшее распространение.