Ceramics present

История возникновения и развития керамики от древности до наших дней

Лекция доцента Химического факультета МГУ Дроздова А.А.

Керамика –важнейший атрибут неолита

Ранняя керамичекая посуда (с конца VII тыс) –ленточный способ, глина с добавками рубленой соломы, возможен орнамент (ямочные углубления, следы шнура, роспись красками (охра)

Глазурь – на основе соды с добавками соединений металлов

Ангоб – покрытие из белой или цветной глины, наносимое до обжига

Гончарный круг

Грубая (5-30% пор) – строительные материалы, огнеупорыВысокопористая (~30% пор) - теплоизоляционные материалы,Тонкая керамика (<5% пор) - художественая (фарфор, фаянс),

функциональная (пьезо-, сегнето-,магнитная, термоэлектрическая,сверхпроводящая, изоляционная,оптическая...)

Свойства керамики - физическими свойствами кристаллитов,определяются: - размером и формой (анизотропией и пр.),

кристаллитов,- природой связи между кристаллитами,- присутствием пор, жидких фаз и пр.

Преимущество керамики: - относительно простые и выгодныеметоды получения из порошков (спекание),

- уникальные свойства керамики и керамических композитных материалов

Керамика

Керамика

Электрокерамика

Магнетокерамика

Оптокерамика

Сверхпроводящая керамика

Биокерамика

Ядерная керамика

современные керамические материалы

Керамика: представления меняются

1


Керамика – неметаллический поликристаллический материал, обычно получаемый спеканием порошков

высокая твердость SiC, BN (cub), ZrO2 (cub)

электрические

свойства

диэлектрики Al2O3, AlN

полупроводники PbS, GaN

твердые электролиты оксиды металлов

сверхпроводники YBa2Cu3O7, HgBa2Ca2Cu3O8+x

пьезокерамика перовскиты PZT

ферриты шпинели

2

огнеупоры Al2O3, алюмосиликаты, нитриды, карбиды

оптические свойства лукалокс, иттралокс

химические свойства ZnO

ядерная энергетика UO2, BeO, SiC, Si3N4

биокерамика ГАП Ca5(PO4)3OH

конструкционная керамика оксиды металлов, сиалоны

нагреватели MoSi2

3

Режущие керамические инструменты

Циркониевая керамика Керамика на основе Al2O3


SiCэтапы:

•1824 г. – наблюдался Берцелиусом

•1893 г. – открыт минерал муассонит в

кратере метеорита в Аризоне

•1893 г. – Эдвард Гудрих Эксон (Acheson)

создал компанию “The Carborundum

Company”, разработал метод получения,

начато производство

Анри Муассан (Henri Moissan)

1852-1907

SiO2 + C T = 1600-2500ºC

4

Свойства основных марок режущей керамики


BN две модификации: кубическая и гексагональная

впервые применяется в

Японии в косметике в 1940х

НО! высокая цена

«боразон»

5


куб ZrO2три модификации: моноклинная, тетрагональная, кубическаядопирование катионами Ca, Mg, Ce, Y стабилизирует кубическую модификацию

•1892 г. – открыт минерал бадделеит

•1973 г. – синтез искусственного кубического ZrO2 –

фианит (в честь ФИАН им. Лебедева)

•1976 г. – начало производства абразивного материала

Осико Вячеслав Васильевич

метод прямого индукционного плавления в холодном контейнерер = 300 тоннt = 5-12 чТ = 1400ºС

6


•1857 г. – открыт Девиллем и Вёлером

•1948-1952 гг. – “The Carborundum Company” получает

несколько патентов на производство

•1958 г. – выпускаются тигли для плавления металлов,

изготовление ракетных сопел

•1990е – открыт минерал ниерит в составе метеорита

Si3N4

применение:

•повышение рабочей температуры двигателей до 1400ºС

•абразив, резка металлов (с 1970х)

•кантилевер

Si + N2 = Si3N4 T = 1300-1400ºC3 SiO2 + 6 C + 2 N2 = Si3N4 T = 1400-1450ºC

7


Фридрих Вёлер(Friedrich Wöhler)

1800-1882

Анри ЭтьенСент-Клер Девилль

(Deville)1818-1881

8


пьезокерамика PbZrO3 - PbTiO3 PZT

этапы:

•1880 г. – Жак и Пьер Кюри открывают пьезоэлектрический эффект

•1881 г. – Габриэль Липпман предсказывает обратный эффект, братья

Кюри его обнаруживают

•1952 г. – разработка пьезокерамики в Токийском технологическом

институте

Теорема обратимости физических явлений:

«Зная о существовании некоторого физического явления, мы можем

предсказать существование и величину обратного эффекта».

9


Пьер Кюри1859-1906

Габриэль Липпман1845-1921

Нобелевская премия 1908 г. за цветную фотографию

Нобелевская премия 1903 г.

10


оптическая керамика

материал «лукалокс» разработан фирмой «GE»

в 1961 г.

11


ВТСП керамика

Хейке Камерлинг-Оннес1853-1926

•1908 г. – получил жидкий гелий•1911 г. – открыл сверхпроводимость ртути•1913 г. – удостоен Нобелевской премии

Иоханнес Георг Беднорц (род. 1950)Карл Александр Мюллер (род. 1927)открытие высокотемпературной сверхпроводимости – 1986 г.Нобелевская премия 1987 г.

12


1986 г. – Беднорц, Мюллер: La2-xCuxCuO4 – Tc = 35 К1987 г. – Чу: YBa2Cu3O7 – Tc = 93 К1988 г. – Маеда: Bi2Sr2CaCu3O7 – Tc = 110 K1988 г. – Шенг, Херман: Tl2Ba2CaCu3O10 – Tc = 125 K1993 г. – Антипов, Путилин: HgBa2Ca2Cu3O8+x – Tc = 135 K [1]

Шиллинг, Кантони, Отт (Университет Колорадо) [2]

Критическое поле:СП I рода – 1 кЭсплавы – 102 кЭСП керамика – >103 кЭ

[1] www.chem.msu.ru[2] www.superconductors.org

13


•1989 г. создание “Illinois Superconductor” (сейчас ISCO International) –производство оборудования для медицинской диагностики•2003 г. поезд в Японии

2001 г. – сверхпроводимость MgB2

Jun Nagamatsu, Norimasa Nakagawa, Takahiro Muranaka, Yuji Zenitani and Jun Akimitsu (1 March 2001). "Superconductivity at 39 K in magnesium diboride". Nature 410: 63

14

современные керамические материалы 15

1893 г. – первое промышленное применение «high-tech»

керамики

SiC “The Carborundum Company”

Эдвард Гудрих Эксон

1950е гг. – всплеск промышленного интереса к керамике в

связи с развитием микроэлектроники,

разработка пьезокерамики

1986 г. – Беднорц, Мюллер – открытие ВТСП-керамики



Оптическая керамика

Шихта из оксидов, взятых в стехиометрической пропорции; Смесь перетирается и прессуется под давлением 35МПа с

температурой обжига в 1200 °C; Полученные таблетки из указанной смеси подвергаются

сильному лазерному импульсному облучению с мощностью в 665Вт. В результате лазерного испарения таблеток получают нанопорошки оксидов размером до ~30 нм.

• на базе Al2O3• на базе Y2O3 (легирование ионами РЗЭ)• Y3Al5O12 и YAlO3•MgO, BeO

Высокопрозрачная керамика в видимойи инфракрасной областях спектра

Способ получения

Бронекерамика на основе α-Al2O3(корунд)

Твердость бронекерамики в 3 раза выше твердости для броневой стали!

Прочность связана с энергией решетки:Al2O3 EKP=15150 кДж/мольСaO EKP=3570 кДж/моль

Результаты испытаний в ОАО НИИ Стали

Объект испытаний

№ образца

Средство и условия

испытаний

Скорость пули, м/с

Результат испытаний

9,8 мм Al2O3-бронекерами

ка + 10 мм ткань Т-750 (суммарная

поверхностная плотность

487 г/дм3)

1234

Снайперская винтовка СВД,

пуля Б-32, дальность 5 м,

угол обстрела 0о

803808815818

Непробитие композиции

Documents

Ceramics present