Соединение керамических деталей

Керамические материалы нельзя соединять с помощью болтов или заклепок, поскольку контактные напряжения инициируют хрупкое разрушение. Поэтому керамические детали соединяют способами, позволяющими свести к минимуму концентрацию напряжений, - диффузионным соединением и соединением глазурью. При диффузионном связывании детали плотно прижимают друг к другу и нагревают. Прочное соединение достигается в результате процессов, аналогичных спеканию. Этим способом можно соединять материалы даже различного состава. При склеивании глазурью детали покрывают стеклом с низкой температурой плавления, прижимают друг к другу и нагревают до температуры плавления стекла.

Керамику и металлы соединяют методом покрытия керамики слоем металла и пайки твердым припоем, а также склеиванием (обычно эпоксидными смолами). Иногда керамические детали можно соединять с помощью зажимов с мягкими (резиновыми) прокладками.

Классификация керамических материалов но химическому составу

В зависимости от химического состава керамики делятся на несколько типов: оксидную, карбидную, нитридную, силицидную и др. керамики.

• 1. Оксидная керамика характеризуется высоким удельным электрическим сопротивлением (10³... 10¹¹ Ом • см), пределом прочности на сжатие до 5 ГПа, стойкостью в окислительных средах в широком интервале температур; некоторые виды - высокотемпературной сверхпроводимостью, например иттрий-бариевая керамика, а также высокой огнеупорностью. Среди оксидной керамики наибольшее распространение получили следующие ее виды:
• 1.1 Алюмосиликатная керамика на основе БЮг-АЬОз или каждого из этих оксидов в отдельности. Кремнеземистая керамика содержит более 80 % БЮг и подразделяется на кварцевую и динасовую керамику. Первую изготовляют из кварцевого стекла или жильного кварца, вторую - спеканием кварцита в присутствии БегОз и Са(ОН)г. Кварцевая керамика обладает высокой термической и радиационной стойкостью, радионрозрачностью, высокой кислого- стойкосгью и огнеупорностью. По мере увеличения содержания AI2O3 в керамических материалах увеличивается содержание муллита ЗАЬОз^БЮг, что способствует повышению прочности и термостойкости керамики, снижению ее кислотности. К керамике, содержащей около 28 % AI2O3, относят «полукислые» материалы (огнеупоры, фарфор, фаянс, гончарные изделия), а также каолиновую вату, теплоизоляционные материалы на ее основе, шамотные огнеупоры и др. Корундовая керамика, содержащая более 90 % AI2O3, характеризуется высоким электрическим сопротивлением при температурах до 1500 °С, высокими пределами прочности при сжатии (3...4ГПа) и изгибе (около 1 ГПа). Из алюмосиликатной керамики изготовляют посуду, детали и футеровку коксовых и мартеновских печей, ракет, космических аппаратов и ядерных реакторов, носители для катализаторов, корпуса галогенных ламп, костные имплантаты, детали радиоаппаратуры и др.
• 1.2. Керамика на основе БЮ₂ и других оксидов. К этому типу материалов относят керамику состава БЮ₂-А1₂Оз-МдО (кордиериго- вая), ZrSiO^ (цирконовая), Si0₂-Al₂03-Li₂0 (сподуменовая), Si0₂- А1₂Оз~ВаО (цельзиановая). Для изготовления такой керамики обычно используют глину, каолин, тальк, карбонаты Ва, Li и Са, МдО, минералы эвкриптит, сподумен, петалит, ашариг, трепел, известняк. Применяют в производстве радиотехнических деталей, теплообменников, огнеупоров, изоляторов авто- и авиасвечей и др.
• 1.3. Керамика на основе ТЮ₂, титанатов и цирконатов Ва, Бг, РЬ, а также керамика на основе ниобатов и танталатов РЬ, Ва, К и Na. Такая керамика характеризуется высоким электрическим сопротивлением, высокой диэлектрической проницаемостью и применяется в электронике и радиотехнике.
• 1.4. Керамика на основе МдО. Получают из магнезита, доломита, известняка, хромомагнезита, синтетического МдО; в качестве добавок используют СаО, Сг₂Оз, А1₂Оз. Магнезиальную керамику, содержащую 80 % МдО, применяют для изготовления огнеупоров. Керамику из чистого МдО используют для производства изоляторов МГД генераторов, иллюминаторов летательных аппаратов, в качестве носителей для катализаторов. Магнезиально-известковую (содержит более 50 % МдО, 10 % СаО), магнезитохромовую (60 % МдО,
• 5... 18% Сг₂0з), хромомагнезитовую (40... 60% МдО, 15... 30% Сг₂Оз) и хромитовую (40 % МдО, 25 % Сг₂0з) керамику применяют для изготовления огнеупоров. Керамику из хромитов La и Y используют в качестве высокотемпературных электронагревателей (выдерживают нагрев до 1750 °С), работающих в окислительной среде.
• 1.5. Шпинельная керамика на основе ферритов, главным образом Ni, Со, Mn, Са, Mg, Zn. Обладает, как правило, ферромагными свойствами и способна образовывать твердые растворы замещения. Применяют такую керамику для изготовления магнитопроводов, сердечников катушек и других деталей в устройствах памяти и т.п.
• 1.6. Керамика на основе оксидов BeO, Zr0₂, НЮ₂, Y₂0з, U0₂. Химически стойка и термостойка. Так, керамика из ВеО (броммеллитовая керамика), полученная спеканием ВеО с добавками других оксидов (около 0,5 %), например А1₂0з, Zr0₂, обладает наибольшей теплопроводностью среди керамических материалов и способна рассеивать нейтроны. Используют ее при изготовлении электровакуумных приборов, тиглей для плавки тугоплавких металлов, например Pt, Be, Ti. В керамику из Z1O2 обычно вводят стабилизаторы (Y 2O3, СаО, МдО), образующие с ним твердые растворы; применяют для изготовления высокотемпературных нафевателей, защитных обмазок, для изоляции индукторов высокочастотных печей и как конструкционную керамику.
• 2. К карбидной керамике относят карборундовую керамику, а также материалы на основе карбидов Ti, Nb, W. Все виды такой керамики обладают высокой электро- и теплопроводностью, огнеупорностью, устойчивостью в бескислородной среде (керамика на основе SiC, которая устойчива до 1500 °С в окислительных средах). Карборундовую керамику изготовляют из порошка SiC или обжигом С в Si. Она имеет высокий предел прочности при сжатии. Карбидную керамику используют в качестве конструкционных материалов, огнеупоров, для изготовления высокотемпературных нагревателей электрических печей и инструментов в металлообрабатывающей промышленности (керамика на основе карбидов W, Ti, Nb).
• 3. К нитридной керамике относят материалы на основе BN, A1N, Si₃N₄, (U, Pu)N, а также сиалон, или керамику, получаемую спеканием соединений, содержащих Y, Zr, О и N. Спекают такую керамику из порошков в атмосфере азота при давлении до 100 МПа горячим прессованием при 1700... 1900 °С. Керамику из Si₃N₄ получают реакционным спеканием порошка Si в среде N2; в этом случае обычно образуется пористая керамика. Нитридная керамика характеризуется стабильностью диэлектрических свойств, высокой механической прочностью, термостойкостью, химической стойкостью в различных средах. Предел прочности при изгибе для керамики из BN составляет
• 75... 80 МПа, для керамики из A1N - 200... 250 МПа, для керамики из Si₃N₄ - до 1000 МПа. Керамические нитридные материалы применяют для изготовления инструментов в металлообрабатывающей промышленности, тиглей для плавки некоторых полупроводниковых материалов, СВЧ изоляторов и др. Керамика из Si₃N₄ - конструкционный материал, заменяющий жаропрочные сплавы из Со, Ni, Cr, Fe.
• 4. Среди силицидной керамики наиболее распространена керамика из дисилицида Мо. Она характеризуется малым электрическим сопротивлением (170... 200 мкОм • см), стойкостью в окислительных средах (при температуре до 1650 °С), расплавах металлов и солей. Изготовляется спеканием порошка MoSi2 с добавками Y20₃ и других оксидов. Применяется для изготовления электронагревателей, работающих в окислительных средах.
• 5. Из чистых фторидов, сульфидов, фосфидов, арсенидов некоторых металлов изготовляют оптическую керамику, применяемую в ИК технике.