Другие предметы \ Материаловедение

Перспективные керамические материалы. Характерные свойства керамики и возможности ее использования, страница 3



КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ КЕРАМИКУ И СТЕКЛООБРАЗНУЮ КЕРАМИКУ можно получить из одной и той же комбинации элементов. Различие форм этих материалов определяется их трехмерной атомной структурой. Кристалл диоксида кремния (слева ) построен на основе элементарной ячейки из атомов кремния (белые) и кислорода (красные), периодически повторяющейся по всему объему материала. Атомная структура силикатного стекла (справа) не обла-

дает дальним порядком. Примеси (черные) в стекле еще более разупорядочивают структуру, разрывая связи между атомами кремния и кислорода. При медленном охлаждении расплав диоксида кремния кристаллизуется, поскольку у атомов достаточно времени для выстраивания в периодическую структуру; при его быстром охлаждении образуется силикатное стекло.


ХРУПКИЕ МАТЕРИАЛЫ типа керамики имеют кристаллическую структуру, не способную легко деформироваться. Узкая трещина, концентрирующая на своем конце напряжение растяжения (показано стрелками) до величины, превышающей порог разрыва связей, быстро распространяется внутри керамического материала (1—3), вызывая его внезапное разрушение. Аналогичная трещина в пластичном материале (4) расширяется при деформации связей, угол при ее вершине увеличивается, связи разрываются и восстанавливаются в других местах, позволяя атомным плоскостям смещаться относительно друг друга (5, 6).

НАУКИ. 1986/№

ТЕМПЕРАТУРА, К

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ свойСТВА керамических материалов определяются их кристаллической структурой и разрешенными энергетическими состояниями ЭЛеКтронов, образующих химические связи; причем и то, и другое зависит от атомного состава материала. В структуре оксида кобальта Соо возбужденные ЭЛеКтроны могут двигаться по кристаллической решетке аналогично электронам в полупроводниках типа кремния. Диоксид ванадия V02 также проявляет полупроводниковые свойства, но при 330 К (около 60 о с) его кристаллическая структура несколько изменяется, в результате чего движение электронов в ней становится аналогичным движению электронов в металлическом проводнике. Ок• сид рения Re03 (в отличие от Соо и V02) является проводником независимо от температуры. Для сравнения приведена электропроводность меди.

в виде тонкого порошка в матрицу си-

нагрузки, возрастающей до некоторо-

ликатного стекла, служит основой

го порогового значения (порог разру-

электроизоляционных материалов и

шения), превосходно сохраняют свою

огнеупорного кирпича.

форму; затем связи внезапно «пода                                                         и материал сразу разрушает-

ТОМНАЯ структура керамиче-

ся. Другое следствие хрупкости кера-

ских материалов обеспечивает их

мики состоит в том, что выдерживае-

химостойкость к разрушающему воз-

мые ею сжимающие нагрузки сущест-

действию окружающей среды, напри-

венно превосходят допустимые на-

мер, растворителей. Кроме того, по-

грузки на растяжение и сдвиговые на-

скольку большинство керамических

грузки (стремящиеся сдвинуть раз-

материалов состоит из оксидов ме-

личные слои материала в противопо-

таллов, дальнейшее окисление (при

ложных направлениях). Причина за-

горении или других химических реак-

ключается в том, что под действием

циях), как правило, невозможно. (Та-

сжатия зарождающиеся трещины

кая керамика — это материал, кото-

стремятся закрыться, в то время как

рый уже «сгорел» и «прокорродиро-

растягивающие и сдвиговые напряже-

вал» и, будучи продуктом этих реак-

ния «растаскивают» поверхности тре-

ций, уже не подвержен разрушению

щин, т. е. способствуют их росту.

такого типа.) Прочность связей меж-

Керамические материалы стали бы

ду атомами в керамических материа-

гораздо устойчивее к растрескива-

лах определяет также их высокие тем-

нию, если бы удалось найти способ

пературу плавления, твердость и

уничтожения обычных дефектов типа

жесткость.

пустот и частиц химических примесей

Однако прочность связей препятст-

между зернами материала. Эти де-

вует скольжению атомных слоев от-

фекты концентрируют вблизи себя

носительно друг друга, и материал

любое приложенное напряжение. По-

теряет деформируемость (имеющую-

скольку керамический материал де-

ся у пластичных материалов типа ме-

формируется слабо и не может таким

ди), а с ней и способность противо-

образом снижать приложенное на-

стоять прилагаемой нагрузке. Кера-

пряжение, порог разрушения матери-

мические материалы под действием

ала на дефектах может быть превы-
Скачать файл