Свойства керамики
Физика и химия керамики
Вплоть до самого последнего времени производство керамики представляло собой главным образом эмпирическое искусство. Потребители керамических изделий старались приобретать нужные им материалы у одного и того же поставщика и даже с одного и того же завода- изготовителя, с тем чтобы поддерживать однородность потребляемой продукции (обстоятельство, все* еще имеющее в некоторой степени место и теперь). Причиной этого было то, что использовавшиеся сложные керамические системы не были достаточно хорошо изучены для того, чтобы учитывать, предсказывать или понимать возможные изменения свойств.
Однако изучение природы керамических материалов показало, что .они представляют собой смесь кристаллических и стекловидных фаз, весьма различных по составу, количественному соотношению и взаимному расположению. Опыт доказал, что любой плодотворный метод изучения как традиционной, так и новой керамики должен учитывать свойства каждой фазы, влияние на свойства материала комбинации двух или большего числа фаз, а также источник возникновения каждой фазы и причины, определяющие фазовое распределение. )
Физика керамики является той частью физики, которая рассматривает структуру керамических кристаллов и стекол; их свойства, а также влияние изменений в составе и структуре на свойства керамических материалов. Кроме того, она рассматривает свойства смесей, возникающие в результате комбинирования двух или большего числа кристаллических фаз, или кристаллов и стекол. Вторая часть данной книги дает некоторые основы физики керамики; третья часть посвящена главным образом вопросам химии керамики; четвертая часть рассматривает применение химии и физики керамики к реальным керамическим системам.
Химия керамики является той частью химии, которая рассматривает реакции, связанные с развитием кристаллической и стекловидной фаа образующегося керамического материала, а также с химическими свой- ствами изделий. В особенности нам необходимо понимать, каковы источники возникновения, каковы состав и распределение фаз для того, чтобы получить нужный конечный продукт.
Третья часть данной книги посвящена главным образом химии керамики, а четвертая часть частично рассматривает применение химии и физики керамики к реальным керамическим системам.
Важность знания физики и химии керамики несомненна. Это, в частности, определяется тем, что возможность получения достоверных данных о керамических материалах из справочной литературы ограничена. Данные различных источников для сходных по общему мнению материалов могут изменяться по величине больше чем на один порядок. Р.сли же мы не понимаем, какие изменения в свойствах могут возникнуть при изменении состава, процесса производства, структуры и условий использования материала, то литературные данные могут ввести нас в заблуждение, а не оказаться полезными.
Объединение принципов физики и химии керамики является плодотворным методом, поскольку оно подводит нас, во-первых, к пониманию источников образования тех или иных составов и структуры и, во-вторых, к пониманию влияния изменения состава и структуры на свойства. Такой подход является единственной основой, на которой мы можем построить прочное понимание специфики керамических систем. Это полезно для существа дела не только с умозрительной точки зрения, но и с практической. Такой логический подход к вопросу исключает необходимость запоминания характеристики тысяч различных материалов. Преимуществом метода данной книги является также и то, что он обеспечивает приобретение основ понимания технологии, свойств и использования как новых типов керамики, так и традиционных керамических материалов.
КЕРАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В этой книге мы будем иметь дело главным образом с керамическими изделиями — результатом керамических процессов, а не с процессами производства как таковыми или с инженерными аспектами производственной техники. Однако свойства керамики в значительной степени зависят от сырьевых материалов и используемой производственной техники. Последние должны быть контролируемыми для того, чтобы получать требуемые воспроизводимые свойства изделий и обеспечить экономичность производства. Одна из главнейших задач данной книги — обеспечить основу для решения того, какой из разнообразных процессов производства должен быть контролируемым и как его следует контролировать для получения качественной продукции.
Контроль керамических процессов, безусловно, включает как сырьевые материалы, так и пути их переработки и тепловой обработки. В главе 2 рассмотрены виды и источники сырьевых материалов, наиболее часто используемых в керамике. Это в большинстве своем природные материалы, которые доступны по относительно низкой цене, но содержат Некоторое количество примесей. Если эти примеси вредны, то должны быть применены различные химические или другие методы обогащения сырья. Однако эти методы дороги и не должны использоваться без особой необходимости — в зависимости от их влияния на процесс производства и свойства готовой продукции. Существенно также понимание как влияния примесей на свойства изделий, так и общее знание наиболее пригодных для каждого конкретного случая сырьевых материалов.
Подобным же образом свойства, отклонение от заданных размеров, цена и даже практическая осуществимость получения годной продукции зависят от умения изготовлять изделия, отвечающие- нужным требованиям. В главе 3 рассмотрены разнообразные процессы формования с точки зрения их применимости к различным материалам, составам и формам, а также их потенциальное влияние на свойства изделий.
