Укажите области применения каждого материала и представьте обоснованные предложения по замене этого материала на другие с аналогичными показателями эксплуатационных свойств.

Рисунок 1. Микроструктура корундовой керамики

 Керамика на основе оксида алюминия – корундовая керамика. Природный минерал корунд представляет собой чистый оксид алюминия α-Al₂O₃. Если керамика на основе оксида алюминия содержит 95% и более α-Al₂O₃, то ее называют корундовой. Микроструктура корундовой керамики представлена на рисунке 1.

Сырьем для производства корундовой керамики служит глинозем – смеcь α, β и γ-Аl₂O₃, причем α и γ-формы представляют собой чистый оксид алюминия, а β-форма содержит дополнительно в разных соотношениях CaO, BaO, SrO, Na₂O, K₂O, Li₂O. В α-Al₂O₃ ионы кислорода образуют плотную гексагональную упаковку, а ионы алюминия распределяются симметрично в октаэдрических пустотах. Структуру γ-А1₂О₃ считают дефектной структурой шпинели, при нагревании выше 1000°С она превращается в α-Al₂O₃. Температура плавления корунда 2050°С.

Корундовая керамика при нормальных температурах обладает исключительно высокой химической стойкостью как в отношении кислых, так и основных реагентов. При нормальной температуре на нее практически не действует даже плавиковая кислота. Корунд устойчив к действию большинства щелочных металлов при температуре их плавления, к воздействию газов. Однако, благодаря амфотерности оксид алюминия при 170°С растворяется в 40% - ной NаОН, превращаясь в алюминат натрия. Из всех галогенводородов корунд взаимодействует только с фтористым водородом НF при повышенной температуре.

Применение корундовой керамики, благодаря высоким значениям физико-механических и электрофизических свойств, отличной химической устойчивости, необычайно широко. Прозрачная корундовая керамика применяется в авиационной и космической технике, пористая корундовая керамика (пористость до 90%) – хороший теплоизоляционный материал, работоспособный до 1770…1750°С.

Керамика из β-Al₂O₃, получаемая из натриевого β-глинозема, является уникальным твердым электролитом и применятся в высокоэффективных химических источниках тока – аккумуляторах.

Керамика из оксида бериллия (ВеО) – броммелитовая керамика. Оксид бериллия ВеО – единственное кислородное соединение бериллия, во многом напоминает оксид алюминия А1₂О₃. Температура плавления ВеО 2520°С. Сам Ве проявляет слабые амфотерные свойства. По отношению к щелочам и щелочным расплавам ВеО достаточно стоек – он с трудом растворяется в расплавах солей, подобных КНSО₄, или в КОН. По отношению к кислым средам и расплавам ВеО не устойчив. Он довольно легко растворяется в горячей сиропообразной смеси серной кислоты и сульфата аммония.

Летучесть спеченного ВеО в вакууме, в сухом воздухе и большинстве газов (кроме галлоидо- и серусодержащих) практически не обнаруживается до 2000…2100°С. Однако в присутствии водяных паров летучесть ВеО становится заметной даже при сравнительно низких температурах. При 1700…1800°С потеря массы может достигать 50% и более за несколько часов.

Основные области применения керамики из ВеО – атомная техника и электроника. Это обусловлено малым поперечным сечением захвата и большим сечением рассеяния нейтронов (атомная техника) и необычайно высокой теплопроводностью (219 Вт/м·°С) в сочетании с высокими диэлектрическими свойствами. Из ВеО изготавливают также керамику с пористостью до 82% (пенолегковес).

Периклазовая керамика (MgO). Кристаллическую форму оксида магния называют периклазом, поэтому и керамику на основе оксида магния называют периклазовой. Периклаз существует в единственной кристаллической форме, имеет решетку типа каменной соли (кубическую), обладает высокой температурой плавления – 2800°С.

По своим химическим свойствам оксид магния – основной оксид, следовательно, соединяется со всеми кислотными оксидами, Растворим в неорганических кислотах, частично, – в воде. Обожженный при высоких температурах, а также электроплавленный MgO противостоит действию органических кислот, кислотных газов и почти не растворим в воде, однако, подвержен действию водяного пара. При высоких температурах гидратация усиливается. Кроме того, MgO обладает повышенной летучестью, особенно в восстановительной среде и в вакууме. Все это ограничивает температурную область применения периклазовой керамики. Практически температура ее применения в атмосферных условиях составляет 2000…2200^°С, а в восстановительной среде и в вакууме – около 1700^°С.

Применение изделий из MgO определяется его химической природой. Изделия хорошо противостоят различным щелочным средам и расплавам и плохо – кислым. В тиглях из MgO можно с высокой степенью чистоты плавить металлы, которые не восстанавливают его, например, железо, цинк, алюминий, олово, медь, а также тяжелые редкоземельные металлы.