ВЕЩЕСТВА И МАТЕРИАЛЫ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТВЕРДЫХ И ТУГОПЛАВКИХ ВЕЩЕСТВ

Представление о свойствах тугоплавких и твердых соединений, которые применяются в качестве основных компонентов составов машиностроительной керамики, дает табл. 1.1. Прежде всего, потому, что перечисленные в табл. 1.1 вещества отличаются сочетанием высокой температуры плавления, твердости и модулей упругости с низкими значениями коэффициентов термического расширения. Известны (в той или иной мере физически обоснованные различными авторами) представления о связи этих свойств, например:

В приведенных формулах: Е — модуль Юнга; Тю — температура плавления; Ям — микротвердость; а — коэффициент термического расширения; М — молекулярная масса; п — главное квантовое число; if — квадрат амплитуды тепловых колебаний; X и Х0 — коэффициенты теплопроводности при температуре Т и характеристической температуре 0; рк — плотность; R — газовая постоянная; И — постоянная Планка; U — энергия активации; а,Ь,с,к — эмпирические постоянные для данного типа кристаллической решетки; V — удельный объем.

Именно такое сочетание свойств определяет устойчивость веществ и материалов на их основе при высоких температурах,

например, подвижность, которая определяется коэффициентом само- диффузии D = D0cxp^-^:j, где Е — энергия активации; D0 — предэкс-

поненциальный множитель. При данной температуре Т величина D определяется двумя параметрами — ?>0 и Е, которые зависят от кристаллохимических особенностей соединения:

где / — коэффициент упаковки; v — частота колебаний атомов в узлах решетки; ап — параметр кристаллической решетки; к — постоянная для веществ с одинаковым типом химической связи и структурой. Приведенные зависимости отражают влияние электронного строения вещества на свойства химических соединений. Развитая школой Г. В. Самсонова теория электронной локализации в твердых телах, в соответствии с которой зонным строением обладают не отдельные электроны, а их наиболее устойчивые конфигурации, позволила использовать аппарат зонной теории (метод молекулярных орбиталей) для характеристики полученных зависимостей влияния электронного строения вещества на свойства химических соединений при сохранении генетической связи электронного строения атомов с электронной структурой их соединений. Из приведенных выше данных также следует, что в целом свойства соединений зависят от статистического веса атомов стабильных конфигураций (СВАСК) таким образом, что чем выше СВАСК, локализованных в направлении химических связей, тем выше прочность и гем выше твердость, температура плавления и модуль упругости химических соединений. Однако в настоящем пособии остановимся, главным образом, на характеристике свойств твердых и тугоплавких соединений, наиболее часто использующихся в производстве технической керамики для машиностроения (табл. 1.1).

Свойства тугоплавких и твердых соединений, используемых для машиностроительной керамики

Таблица 1.1

Тугоплавкое соединение

Сингония,

параметры

решетки,

нм

11лотность

Р.-10-3,

кг / м3

Термический

коэффициент

линейного расширения а, К ’1

Характерней! че- ская температура в, К

Температура плавления, разло ложе же- ния Гил, К

Теплопроводность

Вт/(мК)

Теплоемкость

СР(Т),

Дж/(моль-К)

Модуль

Юнга,

ГПа

Коэффициент

Пуассона,

V

Твердость

по

Виккерсу

HV,

ГПа

Удельное сопротивление Ом м, при 298 К

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

a-AIjO,

Гексагональная

« = (Х4759

с= 1.299

3,99

а-10'6 =

= 2,97 т14- -7,03

а = 8,5 10~6

590

2320

Х =

= 25(300К)

к = 88,3-Т + + 4,4-10123

109.36 +

+ 18,37 103Т- -30,434- 105Г2 при

298-2300 К

400

0,27

20-25

1016

Zr02

Моноклинная я = 0,517 Ь = 0,526 с = 0,530 р = 80° 10'

5,561

а-106 =

= 6,32 +

+ 3,1510'3Т ±0,2

а = 10-10

340

2960

х = 1,95

69,67 +

+ 7,5410'3Т- -14,Ы05Т2

168

0,33

11,6

3104 (570 К)

Продолжение табл. 1.1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

SiC

Гексагональная а-SiC (6Н) а = 0,3078 с = 0,2518 Кубическая P-SiC а = 0.4358

pa-SiC = = 3,208

pp-S/C = = 3,21

а = 4,7-10'6 при

298 - 2400 К

е« = = 1200

0р =

= 1430

2950

1 = 400; л. = 1,2 +

+ 0,02-(Т - - 270) +

+ 6.2-105(Т- -270); 400-500*

41,57 +

+ 8,04-10'3-Т- —1,53-106-Т*2 при

298- 1800 К

  • 450;
  • 380*

0,19

32,5

10-1014

В4С

Ромбоэдрическая

а = 0.5598 с = 1,212

2,52

а-10*=

= 0,23 + Т,/4 а = 6,5-10'6 при

293 - 1470 К

1640

2720

К = 24

96,62 +

+ 21,94-10'3-Т-

-4,5-106-Т'2

при

298- 1800 К

  • 440;
  • 483*

0,21

40

90

a-BN

Гексагональная а = 0,2504 с = 0,6661

2,29

а = 2,9-10'6 (ось а) а = 40-1 О*6 (ось с)

1400

3200

200 (ось а) 700 (ось с)

3,082 +

+ 6,908-10 2Т- -27,537- 10ЛТ*2

80

0,33

  • 2.3
  • 0,1*

Ю,4-1017*

P-BN

Кубическая

а = 0,3615

3,51

«=0,5-10'6 (470 К) «=5,4-106 (1270К)

1700

  • 90-172;
  • 150-700****

32,11 +

+ 14,57- 103-Т— -19,8 105Т2

670

-

50,7

  • 109-1011;
  • 10,2-1014*

A1N

Гексагональная а = 0,311 с = 0,498

3,26

а* 10"° =

= 4,1 +

+ 6.25-10'4Т

а = 4,9-10^

1000

2500

  • 30-170;
  • 260***

22,9 +

+ 3,27 102 -Т при

293 - 900 К

330

  • 0,24;
  • 0,18**

12,3

10";

до 1016**

Окончание табл. 1.1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

a-Si3N4

p-Si3N4

Г ексаго- нальная а = 0,776 с = 0,562

л = 0,761 с = 0,291

  • 3,183
  • 3,198

а-10*- = 3,07 +

+ 1,35-1 О^Т

а =3,2-10-* при

298- 1300 К

1140

2170

  • 60;
  • 20*

134,29 +

+ 20,04-Ю2!- -0,97 106Т'2 при

298 - 2000 К

310

0,27

  • 31,5
  • 23
  • 10'2;
  • 10,5-1016*
  • 108-109*

TiB2

Г ексаго- нальная a = 0,3032 с = 0,3226

4,54

а-106=4,1 + + 6,25* 1 O'4 Т а =4,8-Ю*

1100

3210

40

30,22 +

+ 4,802- 10'2-Т при

293- 1073 К

540

0,14

33,0

1410 s*

TiC

Кубическая

а = 0,4327

4,93

а-10б= 7,0 + + 7,92-10'4 Т

а = 7,74-10'6 при

273- 1470 К

940

3320

33

11,83 +

+ 0,8-10"3Т— -54,647- Ю'-'-Т2 - 39,06- 104Т2

460

0,18

30

68-10 s*

WC

Г сксаго- нальная а = 0,2906 с = 0,2836

15,77

а = 6,2-10"6

при

298- 1073 К

610

3040

  • 43;
  • 29*

41,538 +

+ 8,987-10'3Т- -54,647- 10*Т2 -39,06- ЮТ2

720

0,30

17,8

18-10 s*

Примечание: В таблице a — среднее значение термического коэффициента линейного расширения; >. — значение средней теплопроводности.

* — по данным ИСМ Украины, ** — по данным Р. А. Андриевского, *** — по данным японских авторов, **** — по данным А. В. Кабмшсва.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >