какую температуру выдерживает керамика

Высокотемпературная керамика для промышленных нагревателей

Керамика широко применяется в электротехнике как хороший изолятор и тепловой проводник. Данное сырье в промышленных и повседневных сферах деятельности пользуется высоким спросом по ряду причин, ведь свойства, которыми обладает керамика, не можно сравнить ни с одним другим материалом. Самыми важными преимуществами является способность выдерживать сверхвысокие термические нагрузки и их резкие перепады. Немаловажным фактором считается также и не подвластность коррозии. Если провести черту, сравнивая керамику с техническими аналогами вроде полимеров и металла, ее преимущества выделяются четко:

Металлы через время поддаются коррозии, а керамика нет.

Полимеры не выдерживают действия высоких температур (например, самый высоко выдержанный полимер тетрафторэтилен кристаллизуется при 600 градусах Цельсия, остальные при значительно меньших температурах), а керамика зависимо от показателя тугоплавкости без изменений в структуре может выдерживать температуры от 3500 до 4040°С.

Преимущества технической керамики в составе промышленного нагревателя:

Не утрачивает форму и не изменяет вид под влиянием агрессивных факторов;

Характеризуется высоким показателем диэлектрики.

От качества керамики зависят свойства нагревательного элемента, поэтому HEATLE придает большое значение сырью, входящему в оснастку нагревателя. Керамический материал влияет на способность тепловой отдачи и поддержке температурного баланса по всему рабочему телу нагревательного прибора. Керамическое сырье низкого качества снижает показатель удельной мощности, поэтому наши технологи при тестировании нагревателей проводят тщательный отбор устройств поставляемых клиентам. Не прошедшие допуск элементы нагрева утилизируются.

Если у керамического нагревателя при длительной температурной эксплуатации пересыхает керамическое покрытие или даже рассыпается, следует понимать, что приобретенное вами устройство низкого качества.

Компания HEATLE заинтересована в высоком качестве поставляемых нагревателей, так как дорожит своей репутацией. Мы тщательно контролируем состав сырья, из которого изготавливается наш товар.

Техническая керамика соответствует европейскому стандарту и требованиям ГОСТ, а также имеет сертификаты качества. На основе этого мы можем поставлять высококачественные патронные нагреватели, удельная мощность которых составляет 10 Вт/см2, у кольцевых нагревателей данный показатель может равняться Вт/см2.

Виды керамики для электронагревателей

Для изготовления инфракрасных элементов нагрева используется особый вид керамики под названием кордиерит. Особенностью такого материала является обеспечение максимальной тепловой отдачи во время рабочего процесса. Промышленные виды устройств как кольцевые, гибкие, плоские и патронные ТЭНы в конструкции имеют такую разновидность керамики, как периклаз. Клеммные коробки производят из технического фарфора (тоже разновидность керамического сырья), который обладает высокими диэлектрическими свойствами.

Периклаз. Применение и характеристика

Данная разновидность керамического сырья характеризуется высокой теплопроводностью и относится к хорошим электрическим изоляторам. Периклазу также свойственно переносить повышенные температуры. Основой материала является оксид магния, который добывают из морской воды или в шахтах. Чистую форму окиси магния можно получить под воздействием высокой температуры. Чтобы искусственно вывести периклаз, материал поддают обжигу при температуре свыше 1600 градусов. Природный магнезий для получения периклаза плавят с помощью электрического воздействия. Преимущества использования периклаза для электронагревателей:

Высокие температурные и огнеупорные свойства;

Хорошая изоляционная способность;

Устойчивость к щелочам;

В виде мелкодисперсного порошка периклаз используют в качестве засыпки, которая обладает гигроскопическими свойствами и натягивает в себя влагу. По этим причинам рекомендуется хранить нагреватели с периклазом в сухих помещениях. Для избегания возможности короткого замыкания патронники перед работой запускают в режиме разогрева, не создавая высокотемпературную нагрузку. Подготовка к полноценной работе должна проводиться при напряжении в 12 В.

Кордиерит. Применение и характеристика

Кордиерит считается относительно новым видом керамического материала используемого в промышленных целях. Он обладает низким коэффициентом расширения при температурных нагрузках. Преимущества использования кордиерита для электронагревателей:

Высокие свойства термоизоляции;

Устойчивость к тепловым ударам;

Хорошая переносимость резких перепадов температуры;

Скорость переключения может составлять меньше 2 секунд.

Наличие описанных характеристик определило использование кордиерита в производстве инфракрасных элементов нагрева. Данный материал относится к островным силикатам и имеет два подтипа: пористый и плотный.

Технический фарфор. Описание и характеристика.

Технический фарфор выделяется высоким уровнем изоляции в электротехнике. Его еще называют: кварцевым фарфором, электрофарфором и прессфарфором. Преимущества использования технического фарфора для электронагревателей:

Высокая работоспособность в низковольтной и высоковольтной технике;

Стойкость к влажной среде;

Стойкость к поверхностной утечке тока.

Керамический фарфор не сгорает и не изменяет свой вид и особенности при сверхвысокой температуре. Благодаря таким характеристикам его применяют при изготовлении клеммных колодок.

Керамический фарфор относится к силикатам природного происхождения. Добывают его из каолиновой глины. Материал может делиться на разные подгруппы, зависимо от химического состава и наличия кристаллических компонентов. Фарфор сложной конфигурации в промышленности добывают сухой или мокрой прессовкой.

Керамические материалы зависимо от своих особенностей используются для разных типов нагревателей, которые в свою очередь предназначаются для конкретной среды, места установки и подачи определенных температурных значений. Вся продукция, поставляемая HEATLE, проходит ряд стандартных проверок на функциональность и качество. Заказать любой тип промышленного нагревателя, можно в любое время, воспользовавшись формой-онлайн или заказав обратную связь.

Источник

Фаянс и фарфор — это керамика или нет

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, Th2S, Th4S7, 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, Th3N4, 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: Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.

Применение.

Главные области текущих и потенциальных применений промышленной керамики – машиностроение, электротехника и электроника. Два бытовых применения, отмеченных широким рыночным спросом, – магниты из ферритной керамики, используемые во всех телевизионных приемниках и видеотерминалах, и износостойкие уплотнительные кольца (керамика на основе оксида алюминия) водяных насосов для систем центрального отопления. Два приведенных ниже примера иллюстрируют разнообразие применений керамики и разработанных типов керамических материалов.

Александр Колбин

Лига справедливости. Митинг 26 марта

Ни разу не видел, чтобы этот материал плавился. Ан вот!

Наткнулся тут на интересный пост камрада leonidus

(сам журнал тоже советую к ознакомлению) о прогулке по кронштадским фортам. Там есть такие снимки.

Каждый вид глины и каждый добавляемый компонент имеет свою специфическую температуру плавления, которая и определяет температуру обжига, необходимую для спекания глины, когда она превращается в керамику.

В зависимости от способности противостоять воздействию высоких температур различают три группы глин:

Как правило, породообразующим минералом в глине является каолинит, его состав: 47 % (мас) оксида кремния (IV) (SiO2

), 39 % оксида алюминия (Al2О3) и 14 % воды (Н2O). Al2O3 и SiO2 — составляют значительную часть химического состава глинообразующих минералов.

И далее вспоминаем следующее:

относится к группе стеклообразующих оксидов, то есть склонен к образованию переохлажденного расплава — стекла.

Из диоксида кремния зачастую состоит и песок, который используется для изготовления стекла. Ну, это уже довольно известный факт.

Форт №4 Северный.

Как пишет автор: У военных сооружений сложная судьба. Были периоды, когда их пытались уничтожать или использовали для всяких испытаний. Вот результат.

Под воздействием температуры кирпич расплавился и принял такую форму.

Самое интересное, что эти подтеки абсолютно твердые и сухие, хотя на первый взгляд издалека кажется иначе.

Зная состав кирпича, можно вычислить и температуру воздействия на помещения.

1.2. Керамика, керметы, графит и асбест. Часть 1

Керамика (от греч. keramos — глина) — неметаллические материалы и изделия, получаемые спеканием глин и порошков оксидов металлов. В зависимости от химического состава различают оксидную, карбидную, нитридную и другую керамики.

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 — белый керамический материал, просвечивающий в тонком слое и обладающий характерным звучанием при ударе. Отличается водо- и газонепроницаемостью, механической прочностью. Термостойкость неглазурованного фарфора составляет 1400-1500 °С. Глазурованный фарфор менее термостоек. Вследствие легкоплавкости глазури его можно применять лишь до 1200 °С. При продолжительном нагревании такого фарфора уже при температуре около 1000 °С глазурь расстекловывается и отслаивается.

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.

Зегер Герман Август (1839-1893) — немецкий химик-технолог, научный руководитель фарфоровой фабрики в Берлине.

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 — керамический материал серовато-коричневого цвета, термостойкий до 1300-1400 °С. Если к шамоту добавить кварцевый песок, получается кварцевый шамот, выдерживающий температуру до 1500 °С. Шамот менее химически устойчив, чем фарфор, и более газопроницаемый.

Шамот содержит 50-54% SiO2 и 42-45% Аl2O3. Из шамота готовят муфели электропечей, тигли и кирпичи для газовых печей.

Динас — серовато-коричневый керамический материал, размягчающийся при 1350 °С и плавящийся выше 1650 °С. Изделия из динаса ниже 600 °С не переносят резких колебаний темпера-

тур. Динас менее газопроницаем, чем шамот. Кислоты, кроме HF, на динас не действуют. Динас состоит на 95% из SiC>2 и содержит еще 2-4% СаО. Главное достоинство изделий из динаса — сохранение формы без какой-либо усадки до самого момента плавления.

Диабаз — материал серо-черного цвета с синеватым отливом, отличающийся твердостью и химической устойчивостью. Тем-| пература начала размягчения диабаза равна 1000 °С, а твердость по шкале Мооса — 7,8. Изделия из диабаза устойчивы к действию почти всех агрессивных сред, кроме HF и расплавов гидроксидов щелочных металлов.

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.

Корунд (алуид) — прозрачный твердый огнеупорный материал с температурой плавления 2044 °С. Температура начала деформации изделий из корунда под нагрузкой 0,2 МПа составляет около 1900 °С. Твердость по шкале Мооса равна 9. Корунд отличается исключительно высокой химической стойкостью. Посуда из корунда до 1700 °С не поддается воздействию всех газов, кроме фтора, который начинает разрушать корунд выше 500 °С. Изделия из корунда неприменимы только для работ с фторсо-держащими расплавами, расплавами гидроксидов, карбонатов, нитратов и гидросульфатов щелочных металлов, с которыми он начинает взаимодействовать при 1000 °С. При более высокой температуре корунд реагирует с SiO2 с образованием алюмосиликатов.

Состоит корунд из AI2O3 с примесью до 5% SiO2. Корунд без примеси SiO2 носит название микролита, а прозрачные изделия из него — полтора.

Керамика из диоксида циркония — белая или серая сплавленная масса, обладающая очень высокой прочностью, сохраняющейся до 1300-1500 °С. Температура начала деформации изделий из этой керамики под нагрузкой составляет 2300-2400 °С. Теплопроводность ее значительно ниже, чем теплопроводность всех других керамических материалов из оксидов металлов, что позволяет использовать такую керамику в качестве высокотемпературной теплоизоляции. Резкие колебания температур керамика не выдерживает. Она обладает высокой химической стойкостью в средах, содержащих вещества кислого и основного характера. В частности, керамика не разрушается под действием концентрированной фтороводородной, хлороводородной, азотной и фосфорной кислот до температуры 120 °С.

Тигли из ZrC2 выдерживают воздействие расплавов К, Na, Sb, Bi и Pb до температур 700 °С; Mg и А1 — до температур 1000 °С, a Si, Fe, Ni, Со, Pt, Ti и Pd — до температур 1600 °С.

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 — серая тугоплавкая твердая масса с температурой плавления, достигающей 2800 °С. Однако из-за способности керамики взаимодействовать с водяным паром и повышенной летучести в вакууме, из-за высокого значения коэффициента линейного расширения и сравнительно небольшой теплопроводности практическое применение периклазовой керамики ограничено в атмосферных условиях областью температур 2000-2200 °С, а в восстановительной среде и в вакууме температурой не выше 1700 °С.

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.

Керметы — высокопрочная и тугоплавкая керамика, содержащая включения различных металлов (W, Mo, Ni, А1, Си, Со, Та, Ti и др.). К керметам относят также твердые сплавы на основе Со и Ni, карбидов W, Ti, Та и Мо. В зависимости от состава термическая устойчивость керметов колеблется от 1400 до 2000 °С, а твердость по шкале Мооса от 7 до 9 единиц. Керметам свойственна и высокая химическая инертность, определяющаяся природой керамики и легирующего металла.

Графит — вещество черного цвета с металлическим блеском, аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая в обычных условиях. Графит характеризуется высокой пористостью и химически инертен. При 400 °С он начинает окисляться кислородом воздуха и взаимодействовать с оксидами азота, а с галогенами образовывать соединения включения.

В химической практике используют изделия из стеклоуглеро-да и пирографита.

Стеклографит — очень твердое вещество черного цвета с металлическим блеском, термически устойчивое до температуры 3000 °С. Этот вид графита практически не реагирует с фтороводородной, азотной и серной кислотами и их смесями, с бромом и фтором, с расплавами многих металлов, фторидов, сульфидов и теллуридов. Даже при температуре 1500 °С стеклоуглерод стоек в парах мышьяка и сурьмы. При температуре до 400 °С подвергается окислению в незначительной степени.

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.

Пирографит — плотное черное вещество, напоминающее во многом стеклоуглерод. Пирографит не взаимодействует при температуре ниже 1400 °С с оксидами кремния, циркония, бериллия, алюминия и магния. Ниже 300 °С он устойчив к действию расплавов щелочных и щелочноземельных металлов, свинца, висмута, олова и галлия. На него не действуют при температуре ниже 600 °С расплавы алюминия и цинка.

1.2. Керамика, керметы, графит и асбест. Часть 1

1.2. Керамика, керметы, графит и асбест. Часть 2

Температура плавления керамики в градусах

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.

Биокерамика.

Использование керамических заменителей частей человеческого тела в последние десятилетия неуклонно растет. Чистая (99,9%) алюмооксидная керамика применяется для протезирования тазобедренных суставов и зубов. Специально приготовленную пористую алюмооксидную керамику удается соединять с живой тканью. Такая керамика, как кальцийгидроксофосфатная, устойчива к биодеградации и к тому же совместима с костной тканью. Ортопедические и зубные имплантанты используются для реконструкции костей в случаях частичной потери костной ткани из-за травмы или болезни. Керамика на основе фосфатов натрия и кальция медленно разрушается и рассасывается в ходе нормальных биохимических процессов в теле, пока не останется только естественная кость. См. также

Источник