какую температуру держит керамика
1.2. Керамика, керметы, графит и асбест. Часть 1
В лабораториях обычного типа чаще всего применяют изделия из оксидной алюмосиликатной керамики на основе смеси SiO2 и Al2O3 (фарфор, шамот, динас, диабаз) и керамику на основе Аl2O3 (корунд), ZrO2, MgO и ВеО.
Фарфор химически устойчив к действию большинства кислот и кислых расплавов, кроме HF и Н3РО4. Хлороводород разъедает фарфор при 800 °С, а выше 1000 °С фарфор разрушается от воздействия хлора. При одновременном присутствии в этих газах углеродсодержащих веществ действие НО и С12 проявляется при более низких температурах. Фарфор постепенно разрушается также и при контакте с расплавами гидроксидов щелочных металлов, кальция и бария или их концентрированными водными растворами.
В состав фарфора входят: SiO2 (75%), А12Оэ (19-21%), К20 (3-4%). Зегеровский фарфор состоит из 45% SiO2, 30% полевого шпата и 25% глины.
Фарфор применяют для изготовления тиглей, лодочек, чашек, ступок, шпателей, стаканов и других изделий. Тонкостенные фарфоровые тигли можно вносить прямо в пламя газовой горелки, а затем охлаждать до комнатной температуры. Толстостенные стаканы и чашки следует нагревать с осторожностью, их нельзя греть на открытом пламени, а следует применять сетки с асбестовой накладкой (см. раздел 1.10).
Шамот содержит 50-54% SiO2 и 42-45% Аl2O3. Из шамота готовят муфели электропечей, тигли и кирпичи для газовых печей.
Получают диабаз расплавлением диабазовой или базальтовой’ горной породы при температуре 1400-1500 °С.
Из диабаза готовят чаши, тигли, лодочки и трубки путем отливки его расплава в металлические формы.
Керамика, кроме ZrO2, содержит стабилизирующие добавки СаО или Y2O3, предотвращающие фазовое превращение ZrO2 при 1000-1200 °С, которое сопровождается сначала сжатием изделия, а затем его расширением при охлаждении.
Периклазовая керамика состоит из кристаллического оксида магния. Она хорошо выдерживает действие органических кислот и кислотообразующих газов, в частности SO2, NO2 и H2S, почти не взаимодействует с щелочными средами и водой, не подвергается разрушению неорганическими кислотами.
В тиглях и лодочках из периклазовой керамики можно без внесения загрязнений плавить металлы, не восстанавливающие MgO, например Sn, Си, Zn, Y, Er, Gd и др. Такой керамикой футеруют высокотемпературные печи, работающие при температурах до 2000 °С на воздухе и даже в парах щелочных металлов.
Периклазовую керамику можно приготовить самостоятельно. Для этого смешивают MgO с водой и подходящим органическим связующим (декстрин, растительное масло, крахмал, полививиниловый спирт и др.). Полученную массу формуют под давлением 0,4 МПа, сушат и обжигают при 1500-1700 °С в тигельных или муфельных печах. Массе, замешанной только на воде, дают выстояться в течение 5-7 дней во влажной атмосфере до полного образования Mg(OH)2 и только после этого сушат и обжигают.
Аналогичным образом получают керамику из А12Оз и ZrO2.
Сверхогнеупорная керамика имеет температуру плавления не ниже 3000 °С. Ее ассортимент весьма ограничен. К ней относят (в скобках указана температура плавления в °С): смесь HfCx с ТаСх в соотношении 1:4 по массе (4215), HfCx (3900), ТаСх (3800), HfNx (3600), ZrCx (3530), NbCx (3500), HfB2 (3250), TaNx (3240), ThO2 (3200), TiCx (3140), TaB2 (3100), ZrB2 (3040), боразон BN (3000). Из этого перечня только пять материалов (ZrCx,TiCx, BN, ТаСх и HfCx + ТаСх) считают перспективными для более или менее широкого применения в лабораторной практике.
Все сверхогнеупоры нельзя длительное время применять в окислительной среде.
В химической практике используют изделия из стеклоуглеро-да и пирографита.
Стеклоуглерод обладает малой газопроницаемостью и с трудом поддается механической обработке, выдерживает значительные колебания температур.
Изделия из стеклоуглерода (тигли, лодочки, чашки) используют для работ с особо чистыми веществами. К сожалению, технологические особенности производства стеклоуглерода и его высокая твердость ограничивают размеры изделий, особенно толщину их стенок. Получают стеклоуглерод путем специальной графитизации целлюлозы при 2500-3000 °С.
Охлаждение керамики после обжига, остывание муфельной печи
Обжиг керамических изделий ведется строго по определенному алгоритму. Под технологией обжига подразумевается схема нагрева и охлаждения, время выдержки, градиент температур. Есть целый ряд причин, чтобы в точности соблюдать разработанные для каждого вида керамики технологии.
Первая причина заключается в том, что в процессе обжига глина должна стать прочной, приобрести свой оттенок и высокую степень водонепроницаемости. Глазури должны хорошо закрепиться на черепке и превратиться в стекловидное вещество. Краски – затвердеть, сохранив рисунок на изделии.
Все эти преобразования сопровождаются сложными физико-химическими процессами: химическими реакциями, трансформированием кристаллических решеток, фазовыми переходами. Если хотя бы один из процессов окажется незавершенным, то в изделии будут образовываться дефекты (вспучивания, цеки, трещины, прыщи, пятна, матовость).
Необходимо придерживаться схемы и по той причине, что малейшее отклонение от алгоритма может привести к возникновению механических напряжений внутри материала. Керамика сама по себе является достаточно прочной, однако при возникновении локальных напряжений могут образовываться разломы. Таким образом, необходимо соблюдать правила обжига, чтобы сохранить целостность изделий.
Весь обжиг подразделяется на этапы, которые имеют верхнюю и нижнюю температурные границы. В зависимости от материала эти границы могут изменяться. Поэтому и обжигается глина в разных условиях. Если не соблюдать технологию, то и обжига фактического не произойдет. Например, кеармист выполнил изделие их глины, требующей высокотемпературного обжига, но довел температуру в печи лишь до 800-900 градусов. Глина, естественно, подсохнет. Из нее удалится влага, и даже начнутся процессы плавления. Но она не станет такой прочной, как керамика.
Наконец, еще одна причина, по которой следует проводить нагрев и охлаждение по определенному алгоритму, кроется в особенностях эксплуатирования печей. В основном для обжига керамики используют муфельные печи. В них внутреннее пространство, куда непосредственно загружается изделие, называется муфелем. Муфель изнутри покрывают керамическими пластинами, в частности, шамотом, поэтому он выдерживает высокие температуры. Однако при резком охлаждении керамическая поверхность может лопнуть, и печь придет в негодность.
Почему лопается керамика
Появившаяся в керамике трещина считается фатальной для любого изделия. Если сырая глина отличается пластичностью и разрывы в слоях можно устранить, то после обжига практически ничего сделать нельзя. Трещины, возникающие после утильного обжига, можно заделать, причем процедура восстановления черепков не такая уж сложная. Но после завершения обжига, особенно на этапе охлаждения изделия с трещиной исправить не удастся.
Керамика, как материал, считается достаточно прочной. Она не подвержена ни «старости», ни «усталости», несмотря на то, что многие специалисты и пытаются объяснить дефекты данными терминами. Не страшен керамике и перегрев. Сейчас речь идет о самой глине, так как перегрев может губительно сказаться на красителях и глазурях.
Единственный фактор, способный сравниться с ударом молотком по керамическому черепку, — термоудар. Это явление, которое наблюдается при быстром нагревании или быстром охлаждении изделия.
В результате того, что тепло не успевает распространиться по черепку равномерно, образуются области более или менее нагретые. В результате теплового расширения слои глины испытывают существенные напряжения. Завершается все разрывом слоя, причем разрыв происходит настолько быстро, что невозможно предпринять каких-либо мер.
Если установлено требование равномерного нагревания, то для охлаждения выдвигается подобное требование. Существует множество советов, как бороться с термоударом. Но легче пресечь разрыв черепка, чем бороться с образовавшимися трещинами. Необходимо, чтобы в поперечном сечении керамического изделия разность температур была минимальной. Говоря простыми словами, печь на рабочий мощностной режим нужно вводить постепенно, равно как и постепенно убирать мощность при отключении нагревателя.
Если с дефектами керамики можно смириться, то разрушение муфеля печи дорого обойдется ее владельцу. Даже опытные керамисты на свои изделия «закладывают» процент брака. Хотя потеря одного изделия тоже расстраивает, ведь настоящий художник в каждое свое произведение вкладывает душу. Причин, по которым может треснуть глина, достаточно много. Если в пласт попадет маленький, невидимый невооруженным глазом пузырек воздуха, он может стать причиной образования трещины, так как в пузырьке начнет расти давление от образовавшихся газов.
Можно выделить причины возникновения трещин, не связанные с обжигом. Речь идет о неравномерной сушке глины перед термообработкой, некачественно раскатанном пласте, толщина которого в разных местах различна. Наконец, непосредственное силовое воздействие на глину в пластичном состоянии может породить надрыв в слое, а после обжига это приведет к образованию глубокой трещины.
Анализируя вышеуказанное, можно сделать вывод, что мастер, работающий с керамикой, должен заботиться о ее целостности на всех этапах:
Этапы остывания керамики
Подобно тому, как на каждом температурном интервале при нагревании происходят определенные процессы, в случае охлаждения керамики начинают протекать свои преобразования. Некоторые из них являются обратимыми (плавление/кристаллизация). Другие же существенно отличаются от процессов нагревания.
Первый температурный диапазон охлаждения ограничен 1420 градусов и 1000 градусов. Указанные границы применимы для большинства видов керамики, которая обжигается при высокой температуре. Тем не менее, следует понимать, что изделия из полимерной глины не требуют таких высоких значений, следовательно, охлаждение будет начинаться с более низкой температуры.
На первом температурном участке охлаждения глазурь и глинистые массы обладают высокой пластичностью, поэтому рекомендуется на всем промежутке повысить скорость охлаждения. В принципе, можно ограничиться возможностями печи и не предпринимать дополнительных действий. Некоторые глазури при длительной выдержке способны кристаллизоваться. Но время такой выдержки должно составлять около 10 часов, поэтому об образовании кристаллов можно не беспокоиться.
В диапазоне температур от 1000 градусов до 700 градусов происходит окисление металлов. Образуются оксиды марганца, меди и некоторые низшие оксиды других металлов. На данном этапе рекомендуется снизить скорость охлаждения, чтобы все вещества вступили в химическую реакцию. От степени завершения окисления зависит яркость и насыщенность цвета изделия.
Важно обеспечить приток воздуха, чтобы не было недостатка кислорода. В противном случае будет наблюдаться металлизация на поверхности керамических черепков.
В восстановительном обжиге нет необходимости снижать скорость охлаждения, однако восстановительную среду (отсутствие кислорода) следует поддерживать вплоть до 250-300 градусов.
При температуре ниже 900 градусов черепок и глазурь становятся единым целым. Они прочно сплавились друг с другом и остывают одновременно. Вплоть до 750 градусов они обладают повышенной хрупкостью, поэтому на данном этапе проявятся дефекты, если был неправильно подобран коэффициент теплового расширения для материалов. Дело в том, что при разных показателях КТР глазурь и глина будут расширяться по-разному. Это, несомненно, приведет к появлению разломов или трещин. Больше никаких сложностей в интервале от 900 до 750 градусов не должно возникать.
Следующий температурный диапазон достаточно узкий. Он составляет промежуток от 600 градусов до 550 градусов. Это объясняется тем, что при температуре 573 градуса наблюдается фазовый переход в кристаллах кварца. Указанная температура является экстремумом в процессе охлаждения (как и в процессе нагревания). Мастер обязан проявлять особую бдительность.
Структура кристалла кварца подлежит трансформированию, в результате чего модифицированный β-кварц превращается в α-кварц. В принципе, эти две модификации ничем не отличаются друг от друга. Но при изменении плоскости симметрии кристаллизации возникают локальные расширения, влекущие за собой чрезмерные механические напряжения. Если не снизить скорость охлаждения при прохождении данного участка, то наблюдается так называемый «холодный треск», то есть, черепок может лопнуть.
Диапазон от 300 до 200 градусов характерен преобразованием кристобалита. Это полиморфная модификация кварца, которая образовалась при высокой температуре из тонкодисперсного кремнезема. Различают высокотемпературный и низкотемпературный кристобалит. Трансформация кристалла не оказывает негативного воздействия на керамику, однако если в данном периоде было принято решение открыть дверцу печи, то делать это нужно аккуратно, чтобы не было резкого перепада температур.
Не рекомендуется извлекать изделия из печи до тех пор, пока они не остынут полностью. Если термометр показывает, к примеру, 100 градусов, это не значит, что температура внутри черепка равна такому же значению. Сложные изделия отличаются тем, что они имеют тонкостенные и толстостенные элементы. Естественно, большее количество готовой керамики требует большего времени для охлаждения.
Охлаждение муфельной печи
Муфельная печи – это сложное нагревательное устройство, которое служит для обжига керамики. Ее особенность заключается в том, что нагреватели разогревают муфель до высокой температуры. Чтобы исключить прямого воздействия нагревателя на керамические элементы, а также обеспечить равномерное изменение температуры, муфель изготавливают из жаропрочной глины. Сам факт присутствия глины в печи накладывает определенные условия для ее использования.
Современные печи снабжены автоматикой, которая не позволит выбрать режим, губительный для самого устройства. Тем не менее, каждый мастер должен понимать, что резкие перепады температуры могут привести к растрескиванию муфеля. Если керамическое изделие выбраковывается при несоблюдении технологии обжига, то ремонт муфеля – достаточно дорогая процедура.
Муфель «боится» механических повреждений, особенно когда разогрет до высокой температуры. Именно поэтому опытные керамисты рекомендуют осторожно приоткрывать и закрывать дверцу, чтобы избежать привычного «хлопанья». Об этом, кстати, не пишут в инструкциях. Старые модели муфельных печей снабжались шамотными муфелями. Они были очень чувствительны к скорости изменения температуры, поэтому часто лопались.
Современные устройства сделаны на основе легких волокнистых огнеупорных материалов. Тем не менее, настоятельно рекомендуется выполнять все рекомендации по работе с устройством. Обычно схема охлаждения ничем не отличается от той схемы, которая приводится для самой керамики. Если же на каком –либо этапе есть возможность увеличить скорость нагрева или охлаждения, необходимо подумать о том, как это повлияет на само устройство.
Муфельная печь остывает естественным путем. На некоторых этапах, когда керамика требует интенсивного охлаждения, допускается приоткрывать дверцу муфеля. Но никаким другими средствами влиять на скорость охлаждения нельзя.
Считается, что если процесс охлаждения занимает столько же времени, что и процесс нагревания, — это самый оптимальный режим работы нагревателя, продлевающий срок его эксплуатации. Важно, чтобы в первые часы, когда температура внутри печного пространства выше 400-450 градусов, охлаждение велось как можно медленнее.
Особенно это актуально при загрузке муфеля массивными изделиями. В таком случае дверцу не рекомендуется открывать вплоть до температуры 200 градусов. И даже после этого дверцу лучше полностью не открывать, а слегка приоткрыть и дождаться, пока температура не снизится до 120-100 градусов. Завершающим этапом обжига является разгрузка печи. Теоретически обжиг заканчивается при достижении температуры 100 градусов. Считается, что стадия охлаждения завершена. Тем не менее, разгрузку изделий нужно производить при температуре 50-60 градусов, особенно если они покрыты глазурью.
Какую температуру выдерживает керамика
Температура плавления керамики
Температура плавления керамики распространенных типов
В таблице представлены значения температуры плавления керамики различного состава. Температура плавления высокотемпературной керамики в таблице находится в интервале от 2000 до 4040°С.
Дана температура плавления следующих типов керамики (начиная с самой тугоплавкой): карбиды, бориды, силициды, оксиды, нитриды, сульфиды металлов (гафния, тантала, циркония, ниобия, титана, тория, кобальта, самария, лантана, иттрия, алюминия, урана, ванадия, вольфрама, бериллия, стронция, скандия, бария, гадолиния, молибдена, германия, неодима): HfC, TaC, NbC, HfB2, TiN, TiC, TaB2, TaN, NbB2, HfN, ZrN, TiB2, ThO2, ThN, CoO, NdB6, SmB6, LaB6, Ta4Si, MgO, Ta5Si3, UB4, SrO, CeS, BeO, Cr2O2, Nb5Si3, TaB, ThS, TaS, Nb2N, Y2O3, AlN, U2C, VB2, WB, UB2, VN, MoB, UC, La2O3, YC, W2B5, BeB6, YB6, CaC2, Th3S, TpS7, NbB,NbB4, VC, HfO2, W2B, W2C, UO2, WC, MoC, диоксид циркония ZrO2, ZrB12, YN, ThC2, ScN, UN, ScB2, Mo3B2, VB, Zr5Si3, UC2, SrB6, UB12, CaB6, BaB6, Ba3N2, ThB4, Be3N5, BaS, Be3N2, Ti2B, CrB2, TaSi2, Nd2S3, GeB6, WSi2, ThB6, ZrSi, Mo2B, NdS, Ti5Si3, GdB4, TpN4, MoB2, La2S3, V3B2, Al2O3, CrB, Ce3S4, MoSi2, TiO, Al2O3·BaO.
По данным таблицы можно выделить наиболее тугоплавкую керамику на основе карбидов гафния, тантала и циркония. Температура плавления такой керамики составляет величину от 3500 до 4040°С.
Источник:
Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М., «Металлургия», 1975.- 368 с.
Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость
Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице!
Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O
Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры…
Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость
Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры…
Теплопроводность стали и чугуна, теплофизические свойства стали
Теплопроводность стали и чугуна, физические свойства стали в таблицах при различной температуре…
Оргстекло: тепловые и механические характеристики
Рассмотрены тепловые, механические, оптические и электрические характеристики органического стекла…
Физические свойства технической соли
Насыпная плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и другие физические свойства технической соли…
Характеристики теплоизоляционных плит Изорок (Isoroc)
Плотность, коэффициент теплопроводности и другие важнейшие характеристики теплоизоляционных плит Изорок различных модификаций…
Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах
Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок при температурах от 0 до 1350°С…
Свойства смеси селитр (40% NaNO2, 53% KNO3, 7% NaNO3)
В таблице представлены теплофизические свойства высокотемпературного теплоносителя, состоящего из смеси селитр (нитратов). Свойства даны в…
Плотность льда и снега, теплопроводность, теплоемкость льда
Плотность, теплопроводность и теплоемкость льда в зависимости от температуры В таблице приведены значения плотности, теплопроводности,…
Теплопроводность, теплоемкость, плотность и другие свойства этилового спирта C2H5OH
Свойства жидкого этилового спирта на линии насыщения В таблице приведены следующие теплофизические свойства этилового спирта…
Теплофизические свойства теста и хлеба
Плотность теста и хлеба В таблице указаны значения плотности теста различных хлебобулочных изделий после таких…
Физические свойства ниобия Nb при различных температурах
Приведены физические свойства ниобия при различных температурах в твердом и жидком состояниях: плотность, теплоемкость, теплопроводность…
Теплопроводность воздуха в зависимости от температуры и давления
Теплопроводность, плотность и другие физические свойства титана Ti
Сегодня титан является одним из наиболее популярных металлов. Сплавы титана находят применение во многих отраслях промышленности,…
Свойства шоколада и какао, температура кипения шоколада
Теплофизические свойства шоколада при различных температурах В таблице представлены теплофизические свойства шоколада при различных температурах. Свойства…
Коэффициенты температурного расширения металлов
В таблице представлены значения коэффициента температурного расширения металлов (коэффициент линейного расширения металлов) в зависимости от…
Керамическая посуда: за и против
Существует три основных вида покрытий для посуды: то, которое мы привыкли называть «тефлоновым» (что не совсем верно, зато смысл понятен), эмалевое (сейчас его можно встретить все реже и реже) и керамическое. Если с первыми двумя мы знакомы достаточно хорошо, то последнее, керамическое покрытие, вошло в обиход сравнительно недавно. Но позиции его уже довольно прочны. А вот прочно ли оно само.
Плюсы
Преимуществ у керамики немало. К примеру, она выдерживает температуру нагрева до 450 °С. Для сравнения: посуду с тефлоновым покрытием можно нагревать без ущерба для ее свойств лишь до 250 °С. Керамическое покрытие – гладкое и идеально ровное – превращает процесс мытья посуды в детскую забаву: протер влажной тряпочкой, вытер насухо полотенцем – и готово. Недаром в Европе керамику относят к категории easy-clean, то есть легкой в уходе. Одна из причин, по которой посуда с керамическим покрытием пользуется такой популярностью, – это возможность готовить на ней без масла. Нужно ли говорить, насколько отрадна эта новость для следящих за фигурой? Наконец, посуда с керамическим покрытием выпускается в такой богатой цветовой гамме, что радуга меркнет на ее фоне. Яркие цвета возбуждают аппетит – доказано!
Минусы
К сожалению, антипригарные свойства керамического покрытия, на начальном этапе использования посуды часто даже превосходящие тефлон, достаточно быстро начинают сдавать позиции… Если вы планируете оставить ее своим детям и внукам, придется вас разочаровать. Кроме того, далеко не всю посуду с таким покрытием можно мыть в посудомоечной машине. Внимательно читайте рекомендации производителя перед покупкой. Но выбор – личное дело каждого. Что предпочесть: приготовление пищи без масла, легкое мытье и абсолютную экологичность или лишние 5 лет службы посуды? Вам решать.
Керамическая посуда: как с ней обращаться
Марки керамической посуды
Одним из первых покрытий, пришедших на наши кухни, был Thermolon (от GreenPan и Welen). Исходные материалы для него: кремний, кислород и углерод. Из школьной химии вспоминаем, что это песок. Покрытие нейтрально ко всем видам продуктов, то есть можно и готовить, и хранить еду.
Покрытие Ecolon (от Frybest)позиционируется как абсолютно безопасное для человека и окружающей среды – при его производстве не используются тяжелые металлы, а только «дружественные» природные компоненты. Инструкция разрешает использование металлических аксессуаров.
Покрытие Сeramiсa (от Moneta). Данный производитель предлагает добротную посуду от бюджетной, но довольно тонкой, до той, что подороже и с толстенькими стенками. Есть модельный ряд квадратной посуды Forma 2 – стильно и красиво.
Керамическое покрытие от Tefal не содержит ПФОА (перфтороктановую кислоту). Непосредственно при производстве данное вещество используется – производитель этого факта не скрывает, однако при обжиге оно улетучивается и в готовом продукте отсутствует совершенно, что подтверждают исследования.
Разумеется, это далеко не полный перечень производителей. Однако какую бы марку вы ни выбрали, помните главное: керамика требует бережного отношения.
Мосгончар +7 (495) 971-86-78
Температурный режим обжига керамики этапы обжига
Обжиг керамики подразделяется на несколько этапов в зависимости от температуры нагрева печи.
20 — 100
На начальном этапе разогрева происходит удаление влаги из глины или другой керамической массы. Разогрев должен проходить медленно. Самое главное — соблюдать равномерность нагрева. Скорость нагрева определяется толщиной стенок изделия: чем толще стенки, тем медленнее должен быть нагрев.
100 — 200
На этом этапе продолжается процесс удаление влаги из массы все еще продолжается. Важно помнить, что показания температуры на приборе, как правило, выше температуры самого изделия, особенно в толще или если изделие расположено на толстой подставке, которая поглощает часть тепла. Также начинается усадка глазурей. В этот промежуток нагрева, поскольку из изделия все еще выпаривается вода, глазурное покрытие подвержено риску растрескивания или фрагментарных сколов. Нагрев должен быть равномерным, так как из люстровых покрытий выделяются летучие органические соединения.
200 — 400
В этом интервале выгорают органические соединения. Хороший приток воздуха особенно необходим, если содержание в массе органических вещество высоко (деколи, люстры, связующее надглазурных красок и мастик).
550 — 600
При разогреве печи до этих температур происходит фазовое превращение кварца, которое характеризуется скачкообразными изменениями внутренней энергии вещества и, соответственно его плотности, а также теплоемкости, сжимаемости и коэффициента термического расширения. Поэтому на стадии охлаждения керамика может потрескаться (т.н. «холодный» треск).
400 — 900
В этом промежутке из глины выделяется химически связанная вода, а также разлагается ряд содержащихся в ней минералов. Также разлагаются хлористые и азотнокислые соли.
600 — 800
При этих температурах начинается расплавление надглазурных покрытий, а также легкоплавких флюсов (свинцовых и других).
750 — 800
В этом интервале, который иногда называют третьим декорирующим обжигом, происходит выгорание сульфидов, а также размягчение поверхности глазури и диффузия красок, золота и т.п.
850 — 950
В этом интервале происходит разложение содержащихся в керамической массе мела и/или доломита. Начинается взаимодействия составной части керамической массы — кремнезема — с карбонатом кальция и магния. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа.
На этом этапе также заканчиваются все превращения глинистых веществ: прочность черепка обеспечивается за счет спекания самых мелких частиц.
К концу интервала майоликовых глазури, как правило, уже полностью расплавляются.
1280 — 1350
В этом температурном интервале иглы муллита пронизывают фарфоровую массу, что после выхода из обжига является основой высокой прочности и термостойкости. Процесс носит название муллитообразования.
Также тонкодисперсный кварц преобразуется в кристобаллит.
1200 — 1420
Этот интервал используется для обжига фарфора. При таких высоких температурах диффузия происходит очень быстро. Также при таких температурах, если обеспечены необходимые окислительно-восстановительные условия обжига, происходят процессы восстановления рыжих оксидов железа в более благородные голубые.
ОСТЫВАНИЕ
1420 — 1000
Масса и глазури пребывают в достаточно пластичном состоянии, таким образом изделие охлаждают так быстро, насколько позволяют технические характеристики печи.
Если использовать глазури, склонные к кристаллизации, то медленное охлаждение или выдержка до 10 часов в этом интервале, как правило, приведет к росту кристаллов.
1000 — 700
Здесь начинается окисление марганца, низших оксидов меди и прочих металлов, если таковые содержатся в составе, в высшие.
Недостаток кислорода в печи может дать поверхности изделия металлизацию. Если запланировано восстановление, то его нужно производить именно в этом интервале. Восстановительную среду нужно поддерживать как минимум до 250-300С, а лучше до почти комнатных температур.
900 — 750
Масса (черепок) и глазурь перешли в хрупкое состояние и остывают уже как единое целое. Если КТР не согласованы, то возможны отскок глазури, цек и даже повреждение изделия.
600 — 550
На этом этапе происходит обратное фазовое превращение кварца с резким объемным изменением. Слишком быстрое прохождение этого интервала может вызвать «холодный» треск.
300 — 200
В этом интервале происходит фазовое превращение кристобаллита. Он образовался при температуре 1250 — 1300, если в массе был очень тонкодисперсный кремнезем. Дверь печи не нужно открывать быстро.
250 — 100
В этом интервале продолжается охлаждение. В толстых частях изделий, а также в глубине печи температура гораздо выше, чем в тонких частях и чем показывает измерительный элемент. Изделиям необходимо дать остыть равномерно.
Какую температуру выдерживает керамика
Огнеупорность — способность материала противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур.
Характеризуется она температурой, при которой стандартный образец в виде трехгранной усеченной пирамиды при нагревании в печи но заданному режиму размягчается и, оседая, касается своей вершиной подставки, на которой он укреплен.
Характеризуемые этим показателем материалы подразделяются на легкоплавкие (менее 1350°), тугоплавкие (1350-1580°) и огнеупорные (более 1580°), которые в свою очередь подразделяются на собственно огнеупорные (от 1580 до 1770°), высокоогнеупорные (от 1770 до 2000°) и высшей огнеупорности (выше 2000°).
Из керамических материалов и изделий к огнеупорным можно отнести шамотные (огнеупорность 1610-1750°) огнеупоры.
Термостойкость — свойство материала не растрескиваться при резких и многократных изменениях температуры.
Она повышается по мере уменьшения относительного температурного коэффициента линейного расширения материала и приобретения им однородной структуры.
Термостойкость усиливается глазурованием. Надлежащей термической стойкостью должны обладать плитки для внутренней облицовки стен, встроенные детали, канализационные трубы и др.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое по условиям долговечности число циклов попеременного замораживания и оттаивания. Материал считается морозостойким, если он после испытания по заданному режиму не утратил своей прочности или снизил ее не более чем на 25% и потерял в весе не более 5%.
Оценка по морозостойкости имеет большое значение для стеновых, кровельных, дорожных материалов, а также для материалов, применяемых при устройстве наружной облицовки. Этот показатель свойств регламентируется соответствующими нормативными документами.
Например, морозостойкость кирпича строительного легкого должна быть не менее 10 циклов, киряича глиняного обыкновенного, лекального, а также стеновых камней — не менее 15 циклов и т. д.
Для повышения морозостойкости кирпича весьма важное значение имеют однородность глиняной массы, отсутствие в ней легкорастворимых солей, отсутствие свилеватости (волнообразной слоистости) при формовании, правильно выбранные режимы сушки и обжига, обеспечивающие получение изделий без трещин. Морозостойкость может быть повышена также введением в шихту выгорающих добавок, переходом на изготовление пустотелого кирпича. Испытание на морозостойкость является обязательным для всех фасадных облицовочных материалов.
Термическое расширение — свойство материала увеличивать свои размеры при нагревании. Это свойство керамических материалов встречается при устройстве футеровок вращающихся печей, вагранок, сводов туннельных, кольцевых и других печей с применением при этом глин, каолинов, различных видов шамотных изделий.
При подборе керамических масс и глазурей для них одним из основных параметров является относительный температурный коэффициент линейного расширения (?), а также относительный температурный коэффициент объемного расширения материалов (?), определяемые по формулам:
В таблице ниже приведены значения относительного температурного коэффициента линейного расширения для не которых материалов.
ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ
Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ
Навигация по записям
Ученые открыли самый жаропрочный материал с температурой плавления выше 4000 градусов Цельсия
Исследователи из Имперского колледжа в Лондоне (Imperial College of London) обнаружили, что смесь карбида тантала и карбида гафния в определенных пропорциях является материалом, имеющим самую высокую температуру плавления среди всех известных людям материалов. Точка плавления этого композитного керамического материала вплотную приблизилась к отметке в 4 тысячи градусов Цельсия, и это позволит создать на базе такой керамики новый класс жаропрочных материалов, выступающих в качестве тепловой защиты космических кораблей и будущих гиперзвуковых авиалайнеров.
Карбид тантала (TaC) и карбид гафния (HfC) являются высокостабильными химическими соединениями, способные, помимо чрезвычайно высокой температуры, выдержать еще целый ряд экстремальных неблагоприятных факторов, которые присутствуют в перегретой среде активных зон атомных реакторов, к примеру.
До последнего времени у ученых отсутствовала возможность точного измерения температуры точки плавления композитных керамических материалов на основе карбида тантала и карбида гафния, традиционными методами удавалось измерить лишь температуру точки плавления каждого из этих материалов в отдельности и самых низкотемпературных вариантов их комбинаций.
В своих исследованиях ученые из Лондона использовали чистые карбид тантала, карбид гафния, и три вида их “керамического сплава” Ta1?xHfxC, при x = 0.8, 0.5 и 0.2. А для измерения температур точек плавления этих материалов использовалась специально для этого разработанная технология лазерного нагрева.
Для нагрева керамического материала использовалась последовательность из четырех лазерных импульсов. Первым импульсом был самый низкоэнергетический импульс, длительность которого составляла около 1000 миллисекунд. Мощность каждого последующего импульса увеличивалась, с одновременным уменьшением его длительности на несколько сотен миллисекунд. Такой плавный и многоэтапный разогрев материала был необходим для минимизации возникающих тепловых напряжений в материале и снижения риска механического разрушения испытуемых образцов.
Полученные учеными результаты полностью подтверждают результаты предыдущих исследований. Согласно этим результатам чистый карбид тантала плавится при температуре 3768 градусов Цельсия, а температура плавления карбида гафния составляет 3958 градусов Цельсия. Самую высокую температуру точки плавления имеет композитный керамический материал HfC0.98, который плавится при температуре 3959 градусов Цельсия, и этот материал является самым тугоплавким материалом на сегодняшний день.
В ближайшем времени ученые планируют проведение подобных исследований по отношению к композитным керамическим материалам с другим процентным содержанием исходных компонентов. Кроме этого, планируется произвести исследования материалов, состоящих из четырех типов атомов Ta-Hf-C-N, которые, согласно теории, должны иметь еще большую температуру плавления нежели материалы на основе трех типов атомов Ta-Hf-C.