Конструкциялық материалдар және термоөңдеу Конструкционные материалы и термообработка Constructional materials and heat treatment Учебное пособие для специальности: 5В071200– «Машиностроение»

78 
заттар кристалды және керамиканың аморфты фазасын түзеп, бір-бірімен 
ӛзара әрекеттеседі. Бұдан басқа керамикада кеуектер қалады.
Кристалды фаза дегеніміз–кӛлденеңі 20-30 мкм және одан да жоғары 
ионды кристалдар болып табылады. Негізгі құрамға қатысына орай олар 
тотықтар, қатты ерітінділер немесе тотық қосылыстары болуы мүмкін. 
Аморфты фаза химиялық құрамы жағынан кристалдардан ерекшеленетін 
шына болып табылады.
Керамикадағы кеуек ӛндіріс жағдайымен анықталады. Кеуектер 
механикалық және электрлік беріктікті тӛмендетеді және шығынды 
кӛбейтеді, сондықтан керамиканың кӛптеген түрлері жоғарғы тығыздыққа 
ие болады (қалдық кеуектер бірнеше проценттен аспайды). 
Арнаулы кеуек керамика кӛлемі бойынша 15-20% кеуектерді 
сақтайды, сондықтан оның салмағы да жеңіл келеді. Бұл керамиканың 
әлсіз ӛрістерде жоғарғы жиілік кезінде шығыны аз болады, ӛйткені 
диэлектриктік ӛтімділік кемиді. Кеуекті керамиканың жетілдірілген беті 
ток ӛткізгіш пленканың түзілмеуі салдарынан металдардың ваккумда 
тозаңдануынан болатын зиянды әсерлерді азайтады. 
Керамиканың 
қасиеттері оның құрамындағы кристалдар мен 
шынылардың қасиеттерімен анықталады. Керамика изотропты, ӛйткені 
ретсіз орналасқан ұсақ кристалдар поликристалды заттар болып табылады. 
Негізі монокристал болатын керамика анизотропты болады, сондай-ақ 
қалдық 
полярлану 
сақталған 
кезде 
сегнетокерамикалы 
және 
пьезокерамикалы болып та келеді.
Керамика жақсы электрлік қасиеттерге, химиялық тӛзімділікке, доғаға 
және суға тӛзімділікке ие. Пластмасссалардан керамика жылуға жоғарғы 
тӛзімділігімен ерекшеленеді, оны ескірмейді деуге де болады және 
механикалық 
күш 
түскенде 
қалдық 
деформациялар 
бермейді. 
Керамиканың бір кемшілігі––морттығы. Сонымен бірге керамика
күйдіргенде қатты шӛгеді (20–25%-ке дейін) және бұйымның дәл 
мӛлшерін алып қалу да қиынға түседі, ӛйткені күйдірілген керамика ӛте 
қатты болады әрі қиындықпен және тек қана абразивті түрде кесіледі.
Керамиканың тығыздығы онша кӛп емес, 1,8-ден––3-9г⁄см
3
-ге дейін 
(кейбір түрлерінде 5 г⁄см
3
-ге дейін) болады. Тығыз керамикада кеуектер 
бір-бірімен және беткі қабаттарда байланыспайды, керамика газ ӛткізбейді 
және суды сіңірмейді. Кеуекті керамика ылғалды сіңіреді. Керамиканың 
беріктігі оның құрамымен,құрылымымен, кеуектілігімен анықталады: 
кристалл аз болған сайын оның құрамына шыны да аз сақталады және 
кеуектілік аз болған сайын беріктік те соғұрлым артады. Иілу беріктігі 
300–3000кгс⁄см
2
-ге тең, ал сығу беріктігі бұдан да асып түседі. Егер беткі 
қабат 
сызықтық 
ұлғаю 
коэффициенттерінің 
айырмашылықтары 
салдарынан сығу кернеуін тудыратын глазурьмен кӛмкерілетін болса, онда 
беріктік 15–20%-ке артады. Глазурь электр шығындарын кӛбейтеді, оны 
жоғары жиіліктегі керамикада пайдаланбайды. 

79 
Керамиканың жылу ӛткізгіштігі тӛмен (λ=20÷200·10
-4
·С·с) 
болады, ал негізі Al
2
O
3
болатын керамикада және әсіресе, негізі ВеО 
болатын керамикада жоғары келеді. Керамиканың сызықтық ұлғаюы 
коэффици
10-нан 120·10
-7ᵒ
С
-1
-ге дейін ӛзгереді. 
15-сурет. Сегнетоэлектриктің екі типінің ε–температуралық байланысты 
Керамиканың электрлік қасиеттері иондардың қозғалғыштығына 
байланысты.
Иондар кристалдарға қарағанда шыныда ӛте қозғалғыш келеді. 
Қоспалардың ӛздерінің иондары, әсіресе, сілтілі металдардікі кристалл 
құрайтын иондарға қарағанда ӛте қозғалғыш келеді. Егер керамиканың 
аморфты фазасында BaO тотығы сақталса, электрлік шығын азаяды, ол 
қоспалы иондардың, бәрінен бұрын натрийдің қозғалғыш тығын 
бәсеңдетеді. 
Тұрақты диэлектрлік ӛткізгіштігі ɛ крамикасын яғни кіші ТК ɛ
құрылымда кристаллдардың әр түрін – оң және теріс ТК
ɛ 
-ні жасау 
жолымен алады. Сегнетоэлектриктерде ɛ-нің жоғарғы температуралық 
тұрақылығы бір ғана кристалды фазаның негізінде қатты ерітінді түзілу 
жолымен алынады. Мұндай сигнетозлектриктерде дипольдардың қайтадан 
бағдарлануы қиындай түседі және температураның жұмыс интервалымен 
ӛзгеру кернеуінде ɛ30%-тен аспайды.

80 
Электрлік қасиеттеріне орай керамиканы 20 мың ГЦ жиілікке дейін 
қолданылатын электротехникалық және кӛбіне жоғарғы жиілікте 
пайдаланылатын радиотехникалық түрлерге бӛледі. Жұмсалуына қарай 
керамиканы қондырғылы немесе изоляторлы , конденсаторлық және 
пьезоэлектрлік деп бӛледі 
2. Қондырғылы керамикада шығын аз, оның жақсы электроизоляциялық 
қасиеттері мен беріктігі болады. Ол изолятор, қалып, плат, катушка 
қондырғылары, тағы да басқа түрлерде қолданылады. 
Тӛменгі жиілікте негізінен әрі арзан, әрі орташа электрлік қасиеттері бар 
электрофарфор пайдаланылады. Оның кемшіліктері: 200
ᵒ
С-тан жоғары
қыздырған кезде күрт ӛсетін аса зор шығыны және механикалық 
беріктігінің тӛмендігі. Электрофарфордың кемшіліктері оның құрамында 
шынылардың айрықша кӛп болуымен түсіндіріледі. Жоғарғы жиіліктегі 
керамиканың электрлік қасиеттері мынадай сатыда ұлғаяды: радиофарфор 
~30%Al
2
O
3
, корундты – муллитті керамика КМ-1 63% Al
2
O
3
, 
Ультрафарфор 80–85%Al
2
O
3
, алюминоксид 99% Al
2
O
3
. 
Жоғарғы жиілікте жұмсаслатын негізгі материалдар үшін тальктан 
алынатын стеатит пайдаланылады. Стеатиттің құрамында 65-70% 
клиноэнстатит MgO·SlO
2
мен алюмосиликатты шыны бар. Ол құрамында 
іс жүзінде зиянды қоспаларды сақтамайды, оның қасиеттері 100
0
С-қа дейін 
тұрақты келеді. Стеатиттер жеңіл сығымдалады, күйдіргенде не бары 1-2% 
қана шӛгеді және ол тығыз, кеуек құрылымды, дәл мӛлшерлі детальдар 
үшін пайдаланылады. Керамиканың басқа түрлерінен айырмашылығы сол, 
стеатит жеңіл кесіледі алдын-ала күйдіргеннен кейін . Стеатиттердің 
кемшілігі: температураларды жылдам ӛзгерткенде қақырауы және 
күйдіргенде қиындығы. 
Конденсаторлық керамиканың жоғарғы меншікті сыйымдылыққа, аз 
шығынға, кіші ТК
ɛ
-ге ие болуы үшін алдымен үлкен ɛ-ге ие болуы керек. 
Керамиканы қолдану жұмыстың сенімділігін және конденсатордың 
жылуға тӛзімділігін арттырып оның мӛлшерін азайтады. 
Конденсаторлық керамиканың жоғарғы жиіліктегі жұмыста шығыннан 
құтылу үшін ɛ-нің ӛте үлкен мағынасына ие болмауы мүмкін емес. 
Жоғарғы жиіліктегі конденсаторлар үшін ультрафарфор, стеатит, 
станнатты керамика қолданылады, бірақ негізі TiO
2 
болатын керамиканың 
қасиеттері бұлардан гӛрі жақсы болады. Бұл керамиканы тикондтар Т–60; 
Т–80; Т–150 және термокондар Т–20; Т–40 деп екі топқа бӛледі, мұндағы 
цифрлар ɛ шамасын кӛрсетіп тұр. Тикондарда кристалдардың негізгі түрі –
T1O
2 
-нің ең тығыз модификациясы – рутил болып табылады. Керамикада 
TiO
2 
кӛп болған сайын ɛ мен ТКʋ-нің мәні соғұрлым кӛп болады. 
Тикондарды қолданудың негізгі саласы – термокомпенсациялық 
конденсаторлар. Термокондардың құрамында TiO
2
-мен бірге Z
10
және 

81 
басқа да қоспалар болады. Олар ТК
ɛ
-нің мәніне ие болып, тұрақтылығы 
жоғары конденсаторлар үшін пайдаланылады. 
Тӛменгі жиілікте жұмсалатын жақсы конденсаторлық керамиканың бірі 
– сегнетокерамика, оның біршама үлкен шығыны, орташа электрлік 
беріктігі, температураға, жиілік пен ескеруге байланысты қасиеттері 
ӛзгермелі болады. Сегнетокерамиканы шағын және үлкен сызықсыз 
материалдарға бӛледі. Бірінші топ материалдарында ɛ температура мен 
ӛріс кернеулерінің барлық интервалдарында 30% - тен артық ӛзгермейді 
(15.1 – суретті қара). Бұл топтағы керамикалардың әр түрлі маркалары бір-
бірінен ɛ=1000÷7500 мәнімен және ɛ температуралық максимумының 
жағдайымен ерекшеленеді. Екінші топ материалдарында ɛ -нің ӛріс 
кернеуіне қатысы сызықсыз К коэффициентпен сипатталады. Ол әлсіз 
ӛрісте анықталған (2––5 В/Мм) ε
max
Kɛ
кач 
қатысына тең болады. Үлкен 
сызықсыз материалдар варикондарда – айнымалы сыйымдылық 
конденсаторларында қолданылады. Тұрақты және айнымалы ӛрістің бір 
мезгілде әсер етуі кезінде ε ӛзгермелі болады(оны реверсивті деп атап, ε
р 
–
мен белгілейді) және оның мәні ӛріс кернеулерінің қатынастарымен 
анықталады. Тұрақты ӛріс кернеуі жоғары болған сайын домендер жақсы 
бағдарланады және айнымалы ӛрістің полярлануы әсері аз болады. ε-нің 
берілген шамасын конденсаторға қосымша тұрақты және айнымалы 
кернеулерді сәйкестендіре отырып, таңдап алуға болады. Тұрақты немесе 
айнымалы кернеуді ӛзгертіп, конденсатордың сыйымдылығын бірнеше рет 
ӛзгертуге болады(белгіленген сызықсыз коэффициент кӛлемінде). 
Варикондарды күшейткіштерде және жиіліктің кӛбейткіштері мен басқа да 
құрылғыларда пайдаланады. 
3. Пьезоэлектриктер – бұл механикалық кернеу әсерінен полярлануы 
(тікелей пьезоэффекті) пайда болатын және электр ӛрісінің әсерімен 
мӛлшерлерін ӛзгертетін (кері пьезоэффект) заттар. Пьезоэлектриктерге
қалдық полярлауы бар полярланған сегнетоэлектриктер, сондай-ақ 
симметрия орталығы жоқ кристалдар жатады. Пьезоэффектінің негізіне 
кристалдық тордағы серпімді деформация кезінде иондардың орналасуы 
жатады. Пьезоэффект анизатропты, ол пьеозомодульмен- жекелеген 
күштердің әсерімен пьезоэлектрик пластинасының бетінде пайда болатын 
зарядпен сипатталады.Әдетте мұндай бойлық пьезомодуль d
33 
деп 
аталатындарды осы бетке перпендикуляр күш түскенде беткі қабаттағы 
заряд бойынша, полярланудың перпендикуляр мен аз шығын талап етіледі. 
Сегнетокерамика 6·10
-0
К/Н-ге жақын пьезомодуьге ие болады, бұл кварцка 
қарағанда бір –екі есе кӛп. Пьезокерамиканың құрылымы –барий титанаты 
(ТБС пен ТБКС), барий ниобаты (НБС) және ниобат пен қорғасын 
титанаты (НТС) негізіндегі қатты ерітінділер. Соңғысы (d
33
-7·10
-10
К/Н-ге 
дейін , ε=400~1700, t
ш
ах
=250 С) кеңінен қолданылады.

82 
Пьезокерамиканы генерация құрылғылары мен ультрадыбыстарды 
қабылдау үшін қысым, үдеу, вибрация датчиктері үшін; двигательдердің 
жану жүйелерінде; трансформаторларда қолданылады. 
Керамиканы машина жасауда ұзаққа тӛзімді, тозуға, қыздыруға және
әрекетті ортаға тӛзімді материал ретінде пайдаланады. Қаптау үшін 
жұмсалатын 
керамикалық 
плиталар, 
отқа 
тӛзімді 
материалдар 
сантехникалық бұйымдар, трубалар- міне, керамиканы қолданудың толық 
емес тізімі осындай. Кӛптеген отқа тӛзімді материалдар – негізі SiO
2
; 
Al
2
O
3
; MgO; ZrO
2
; BeO; ThO
2 
болатын керамикалар, сондай-ақ негізі SiC 
және Si
3
N
4 
болатын керамикалар мен басқа да оттексіз қосылыстар. Отқа 
беріктікті керамиканың отқа беріктігі 2кгс/см
2
–ге дейін тӛмендеу
температурасымен сипаттайды. Қоспаларсыз таза қосылыстар отқа аса 
тӛзімді келеді: олардың арасында ZrO
2
; ThO
2 
–ні ерекше атап кеткен жӛн; 
ал негізінитридтер, карбидтер, боридтер болатын тотықсыз керамика 
2000
0
С-тан жоғары температурада қолданылады. Тотықсыз керамика 
1000
0
С-тан асқанда тотықтанады. Оны тек бейтарап орта мен вакуумдерде 
ғана қолданады. Отқа тӛзімді материалдар пештердің футеровкалары үшін, 
термопараларды қорғау, сұйық металдарды шайқау, қыздырғыштар 
дайындау, жылу изоляциялары үшін қолданылады. 
Керамиканың жоғарғы қаттылығы мен жылуға тӛзімділігі оның 
металдарды кесуге пайдалануына мүмкіндік береді., кескіш бӛлшектер 
ретінде корунд Al
2
O
3
, карборунд SiC және эльбор BN (бордың текше 
нитриді) пайдаланылады. Ұсақ кристалды, негізгі Al
2
O
3
болатын керамика 
ӛте кең түрде қолданылады, оны двигательдердің от алдыру білтесі үшін, 
жоғарғы температурада жұмыс істейтін қуатты радиолампалар, 
подшипниктер, сымдарды тартатын фильер, кескіш құралдар, тигель және 
басқалары үшін пайдаланады. 

жүктеу/скачать 1,99 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: