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; Т_ю — температура плавления; Я_м — 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; р_к — 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; а_п — 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

Продолжение табл. 1.1

Окончание табл. 1.1