Теплоемкость керамики – Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значений

Содержание

Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значений

Теплопроводность и плотность керамики, огнеупоров

В таблице представлены значения плотности, пористости П, теплопроводности керамики и огнеупоров в зависимости от температуры. Свойства керамики и огнеупоров в таблице даны для температуры от 200 до 1600°С.

Содержание оксида алюминия Al2O3 в изделиях находится в пределах от 28 до более 90%; содержание оксида кремния SiO2 в керамике от 25 до более 97%; содержание оксида циркония ZrO2 от 50 до более 90%. Также в огнеупорах содержаться оксид магния и карбид кремния.

Плотность, пористость П и теплопроводность приведены для следующих материалов: огнеупор из кварцевого стекла, керамика, содержащая оксид алюминия Al2O3, SiO2, MgO, SiC, диоксид циркония ZrO2, изделия: динасовые, полукислые, шамотные, муллитокремнеземистые, муллитовые, муллитокорундовые, корундовые, периклазовые, форстеритовые, карбидкремниевые, бадделеитовые, цирконовые плавленые и поликристаллические.

Плотность керамики в таблице приведена при температуре 20°С. Наиболее плотной и тяжелой керамикой является бадделеитовая керамика на основе оксида циркония — ее плотность составляет от 5500 до 5800 кг/м

3.

Теплоемкость керамики и огнеупоров

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости керамики и огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупоров в таблице дана в интервале температуры от 273 до 1773К (от 0 до 1500°С). Размерность теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость приведена для следующих огнеупорных материалов: алундум, глинозем, карборунд, кирпич динасовый, магнезитовый, хромитовый, шамотный кирпич, силлиманит, уголь электродный, фарфор высоковольтный, низковольтный и установочный, циркон.

Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита

В таблице представлены значения удельной массовой теплоемкости этих огнеупоров в зависимости от температуры.
Теплоемкость шамота, динаса, корунда и магнезита в таблице дана в интервале температуры от 50 до 1500°С. Размерность удельной теплоемкости кДж/(кг·град).

Теплоемкость высокоогнеупорных материалов и керамики

В таблице даны значения удельной массовой теплоемкости высокоогнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Теплоемкость огнеупорных материалов и керамики в таблице приведена в интервале температуры от 100 до 1400°С (размерность теплоемкости кДж/(кг·град)).

Теплоемкость указана для следующих огнеупоров и керамических материалов: корунд (искусственный), глинозем, муллит, кианит (борисовский), андалузит (Семиз-Бугу), силлиманит, муллитовые изделия, магнезитовые изделия 88% MgO, спекшийся магнезит, серпентин, шпинель, известь (плавленая), окись циркония ZrO2, циркон (ильменский), хромитовые изделия, хромит (халиловский), карборунд (кристаллический), карборундовые изделия типа карбофракс SiC, графит С.

Источники:
1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

2. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
3. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М., «Металлургия», 1975.- 368 с.

thermalinfo.ru

Коэффициенты теплопроводности керамики кислотоупорной - Справочник химика 21

    Керамические изделия обладают низкой теплопроводностью. Теплопроводность обычной кислотоупорной керамики составляет 1,05—1,57 втЦм - град), а ее удельная теплоемкость 0,75— 0,79 кдж/(кг град). Керамика, предназначенная для изготовления теплообменной аппаратуры, может иметь коэффициент теплопроводности до 1,86 вт/ м-град). Есть указания, что изготовляется специальная керамика с теплопроводностью [c.380]
    В настоящее время выпускаются керамиковые изделия повышенной теплопроводности. Теплопроводность некоторых специальных изделий достигает 3,95 ккал м-час-град. Теплопроводность обычной кислотоупорной керамики составляет 0,9—1,35 ккал м час град, а ее удельная теплоемкость — 0,18—0,19 ккал кг-град. Керамика, предназначенная для изготовления теплообменной аппаратуры, может обладать несколько повышенным коэффициентом теплопроводности — до 1,6 ккал м час град. 
[c.373]

    Кислотоупорная керамика и каменныйтовар сравнительно дешевы и химически стойки, но непрочны, хрупки и обладают низкой теплопроводностью, что с появлением химически стойких сплавов ограничило их применение. Основные свойства изделия из керамики з дельный весу = 2,5ч-2,7, теплоемкость с = 0,19 к Ал//сг°С, коэффициент температурного расширения а = 4,5 X 10 - . Предел прочности при рзстяжении = 95 ч- 100 кг/см , при сжатии к.г/см . Для понижения пористости, достигающей [c.54]

    Кислотоупорная керамика характеризуется следующими свойствами плотность 2,5—2,56 г/см объёмный вес 2,1—2,3 г/см пористость по водо-поглощению 0,3—10% пределы прочности, кг1см при растяжении 50—100 сжатии-—до 5000 изгибе 100—400 огнеупорность 1500—1650° коэффициент линейного расширения — 4,3-10 теплопроводность 0,9—1,05 ккал/м-ч-град, теплоемкость 0,185—0,187 ккал// -spao кислотоупорность 92—99,8. 

[c.507]


chem21.info

Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений

Кирпич — ходовой стройматериал в строительстве зданий и сооружений. Многие различают только красный и белый кирпич, но его виды намного разнообразнее. Они различаются как внешне (форма, цвет, размеры), так и такими свойствами, как плотность и теплоемкость.

Традиционно различают керамический и силикатный кирпич, которые имеют различную технологию изготовления. Важно знать, что плотность кирпича, его удельная теплоемкость и теплопроводность кирпича у каждого вида может существенно отличаться.

Керамический кирпич изготавливается из глины с различными добавками и подвергается обжигу. Удельная теплоемкость керамического кирпича равна 700…900 Дж/(кг·град). Средняя плотность керамического кирпича имеет значение 1400 кг/м3. Преимуществами этого вида являются: гладкая поверхность, морозо- и водоустойчивость, а также стойкость к высоким температурам. Плотность керамического кирпича определяется его пористостью и может находится в пределах от 700 до 2100 кг/м

3. Чем выше пористость, тем меньше плотность кирпича.

Силикатный кирпич имеет следующие разновидности: полнотелый, пустотелый и поризованный, он имеет несколько типоразмеров: одинарный, полуторный и двойной. Средняя плотность силикатного кирпича составляет 1600 кг/м3. Плюсы силикатного кирпича в отличной звуконепроницаемости. Даже если прокладывать тонкий слой из такого материала, звукоизоляционные свойства останутся на должном уровне. Удельная теплоемкость силикатного кирпича находится в пределах от 750 до 850 Дж/(кг·град).

Значения плотности кирпича различных видов и его удельной (массовой) теплоемкости при различных температурах представлены в таблице:

Таблица плотности и удельной теплоемкости кирпича
Вид кирпича Температура,
°С
Плотность,
кг/м3
Теплоемкость,
Дж/(кг·град)
Трепельный -20…20 700…1300 712
Силикатный
-20…20
1000…2200 754…837
Саманный -20…20  — 753
Красный 0…100 1600…2070 840…879
Желтый -20…20 1817 728
Строительный 20 800…1500 800
Облицовочный 20 1800 880
Динасовый 100 1500…1900 842
Динасовый 1000 1500…1900 1100
Динасовый 1500 1500…1900 1243
Карборундовый 20 1000…1300 700
Карборундовый 100 1000…1300 841
Карборундовый 1000 1000…1300 779
Магнезитовый 100 2700 930
Магнезитовый 1000 2700 1160
Магнезитовый 1500 2700 1239
Хромитовый 100 3050 712
Хромитовый 1000 3050 921
Шамотный 100 1850 833
Шамотный 1000 1850 1084
Шамотный 1500 1850 1251

Необходимо отметить еще один популярный вид кирпича – облицовочный кирпич. Он не боится ни влаги, ни холодов. Удельная теплоемкость облицовочного кирпича составляет 880 Дж/(кг·град). Облицовочный кирпич имеет оттенки от ярко-желтого до огненно-красного. Таким материалом можно производить и отделочные и облицовочные работы. Плотность кирпича этого вида имеет величину 1800 кг/м3.

Стоит отметить отдельный класс кирпичей — огнеупорный кирпич. К этому классу относятся динасовый, карборундовый, магнезитовый и шамотный кирпич. Огнеупорный кирпич достаточно тяжел — плотность кирпича этого класса может достигать значения 2700 кг/м3.

Наименьшей теплоемкостью при высоких температурах обладает карборундовый кирпич — она составляет величину 779 Дж/(кг·град) при температуре 1000°С. Кладка из такого кирпича прогревается намного быстрее, чем из шамотного, но хуже держит тепло.

Огнеупорный кирпич применяется, при строительстве печей, с рабочей температурой до 1500°С. Удельная теплоемкость огнеупорного кирпича существенно зависит от температуры.

Например, удельная теплоемкость шамотного кирпича имеет величину 833 Дж/(кг·град) при 100°С и 1251 Дж/(кг·град) при 1500°С.

Источники:

  1. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов, М.: НИИ строительной физики, 1969 — 142 с.
  2. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с. строительной физики, 1969 — 142 с.
  3. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М., «Металлургия», 1975.- 368 с.
  4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.

thermalinfo.ru

Температура плавления керамики

Температура плавления керамики распространенных типов

В таблице представлены значения температуры плавления керамики различного состава. Температура плавления высокотемпературной керамики в таблице находится в интервале от 2000 до 4040°С.

Дана температура плавления следующих типов керамики (начиная с самой тугоплавкой): карбиды, бориды, силициды, оксиды, нитриды, сульфиды металлов (гафния, тантала, циркония, ниобия, титана, тория, кобальта, самария, лантана, иттрия, алюминия, урана, ванадия, вольфрама, бериллия, стронция, скандия, бария, гадолиния, молибдена, германия, неодима): HfC, TaC, NbC, HfB2, TiN, TiC, TaB2, TaN, NbB2, HfN, ZrN, TiB2, ThO2, ThN, CoO, NdB6, SmB6, LaB6, Ta4Si, MgO, Ta5Si3, UB4, SrO, CeS, BeO, Cr2O2, Nb5Si3, TaB, ThS, TaS, Nb2N, Y2O3, AlN, U2C, VB2, WB, UB2, VN, MoB, UC, La2O3, YC, W2B5, BeB6, YB6, CaC2, Th3S, Th5S7, NbB,NbB4, VC, HfO2, W2B, W2C, UO2, WC, MoC, диоксид циркония ZrO2, ZrB12, YN, ThC2, ScN, UN, ScB2, Mo3B2, VB, Zr5Si3, UC2, SrB6, UB12, CaB6, BaB6, Ba3N2, ThB4, Be3N5, BaS, Be3N2, Ti2B, CrB2, TaSi2, Nd2S3, GeB6, WSi2, ThB6, ZrSi, Mo2B, NdS, Ti5Si3, GdB4, Th4N4, MoB2, La2S3, V3B2, Al2O3, CrB, Ce3S4, MoSi2, TiO, Al2O3·BaO.

По данным таблицы можно выделить наиболее тугоплавкую керамику на основе карбидов гафния, тантала и циркония. Температура плавления такой керамики составляет величину

от 3500 до 4040°С.

Источник:
Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2–е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М., «Металлургия», 1975.- 368 с.

thermalinfo.ru

Таблицы удельной теплоемкости веществ: газов, жидкостей, металлов, продуктов

АБС пластик 1300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках 840
Алмаз 502
Аргиллит 700…1000
Асбест волокнистый 1050
Асбестоцемент 1500
Асботекстолит 1670
Асбошифер 837
Асфальт 920…2100
Асфальтобетон 1680
Аэрогель (Aspen aerogels) 700
Базальт 850…920
Барит 461
Береза 1250
Бетон 710…1130
Битумоперлит 1130
Битумы нефтяные строительные и кровельные 1680
Бумага 1090…1500
Вата минеральная 920
Вата стеклянная 800
Вата хлопчатобумажная 1675
Вата шлаковая 750
Вермикулит 840
Вермикулитобетон 840
Винипласт 1000
Войлок шерстяной 1700
Воск 2930
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат, газо- и пенозолобетон 840
Гетинакс 1400
Гипс формованный сухой 1050
Гипсокартон 950
Глина 750
Глина огнеупорная 800
Глинозем 700…840
Гнейс (облицовка) 880
Гравий (наполнитель) 850
Гравий керамзитовый 840
Гравий шунгизитовый 840
Гранит (облицовка) 880…920
Графит 708
Грунт влажный (почва) 2010
Грунт лунный 740
Грунт песчаный 900
Грунт сухой 850
Гудрон 1675
Диабаз 800…900
Динас 737
Доломит 600…1500
Дуб 2300
Железобетон 840
Железобетон набивной 840
Зола древесная 750
Известняк (облицовка) 850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем 1680
Ил песчаный 1000…2100
Камень строительный 920
Капрон 2300
Карболит черный 1900
Картон гофрированный 1150
Картон облицовочный 2300
Картон плотный 1200
Картон строительный многослойный 2390
Каучук натуральный 1400
Кварц кристаллический 836
Кварцит 700…1300
Керамзит 750
Керамзитобетон и керамзитопенобетон 840
Кирпич динасовый 905
Кирпич карборундовый 700
Кирпич красный плотный 840…880
Кирпич магнезитовый 1055
Кирпич облицовочный 880
Кирпич огнеупорный полукислый 885
Кирпич силикатный 750…840
Кирпич строительный 800
Кирпич трепельный 710
Кирпич шамотный 930
Кладка «Поротон» 900
Кладка бутовая из камней средней плотности 880
Кладка газосиликатная 880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича 880
Кладка из керамического пустотного кирпича 880
Кладка из силикатного кирпича 880
Кладка из трепельного кирпича 880
Кладка из шлакового кирпича 880
Кокс порошкообразный 1210
Корунд 711
Краска масляная (эмаль) 650…2000
Кремний 714
Лава вулканическая 840
Латунь 400
Лед из тяжелой воды 2220
Лед при температуре 0°С 2150
Лед при температуре -100°С 1170
Лед при температуре -20°С 1950
Лед при температуре -60°С 1700
Линолеум 1470
Листы асбестоцементные плоские 840
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) 840
Лузга подсолнечная 1500
Магнетит 586
Малахит 740
Маты и полосы из стекловолокна прошивные 840
Маты минераловатные прошивные и на синтетическом связующем 840
Мел 800…880
Миканит 250
Мипора 1420
Мрамор (облицовка) 880
Настил палубный 1100
Нафталин 1300
Нейлон 1600
Неопрен 1700
Пакля 2300
Парафин 2890
Паркет дубовый 1100
Паркет штучный 880
Паркет щитовой 880
Пемзобетон 840
Пенобетон 840
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1 1260
Пенополистирол 1340
Пенополистирол «Пеноплекс» 1600
Пенополиуретан 1470
Пеностекло или газостекло 840
Пергамин 1680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки 850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой 860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное 840
Перлитобетон 840
Перлитопласт-бетон 1050
Перлитофосфогелевые изделия 1050
Песок для строительных работ 840
Песок речной мелкий 700…840
Песок речной мелкий (влажный) 2090
Песок сахарный 1260
Песок сухой 800
Пихта 2700
Пластмасса полиэфирная 1000…2300
Плита пробковая 1850
Плиты алебастровые 750
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ДСП, ДВП) 2300
Плиты из гипса 840
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта 1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем 840
Плиты камышитовые 2300
Плиты льнокостричные изоляционные 2300
Плиты минераловатные повышенной жесткости 840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем 840
Плиты торфяные теплоизоляционные 2300
Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе 2300
Покрытие ковровое 1100
Пол гипсовый бесшовный 800
Поливинилхлорид (ПВХ) 920…1200
Поликарбонат (дифлон) 1100…1120
Полиметилметакрилат 1200…1650
Полипропилен 1930
Полистирол УПП1, ППС 900
Полистиролбетон 1060
Полихлорвинил 1130…1200
Полихлортрифторэтилен 920
Полиэтилен высокой плотности 1900…2300
Полиэтилен низкой плотности 1700
Портландцемент 1130
Пробка 2050
Пробка гранулированная 1800
Раствор гипсовый затирочный 900
Раствор гипсоперлитовый 840
Раствор гипсоперлитовый поризованный 840
Раствор известково-песчаный 840
Раствор известковый 920
Раствор сложный (песок, известь, цемент) 840
Раствор цементно-перлитовый 840
Раствор цементно-песчаный 840
Раствор цементно-шлаковый 840
Резина мягкая 1380
Резина пористая 2050
Резина твердая обыкновенная 1350…1400
Рубероид 1500…1680
Сера 715
Сланец 700…1600
Слюда 880
Смола эпоксидная 800…1100
Снег лежалый при 0°С 2100
Снег свежевыпавший 2090
Сосна и ель 2300
Сосна смолистая 15% влажности 2700
Стекло зеркальное (зеркало) 780
Стекло кварцевое 890
Стекло лабораторное 840
Стекло обыкновенное, оконное 670
Стекло флинт 490
Стекловата 800
Стекловолокно 840
Стеклопластик 800
Стружка деревянная прессованая 1080
Текстолит 1470…1510
Толь 1680
Торф 1880
Торфоплиты 2100
Туф (облицовка) 750…880
Туфобетон 840
Уголь древесный 960
Уголь каменный 1310
Фанера клееная 2300…2500
Фарфор 750…1090
Фибролит (серый) 1670
Циркон 670
Шамот 825
Шифер 750
Шлак гранулированный 750
Шлак котельный 700…750
Шлакобетон 800
Шлакопемзобетон (термозитобетон) 840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон 840
Штукатурка гипсовая 840
Штукатурка из полистирольного раствора 1200
Штукатурка известковая 950
Штукатурка известковая с каменной пылью 920
Штукатурка перлитовая 1130
Штукатурка фасадная с полимерными добавками 880
Шунгизитобетон 840
Щебень и песок из перлита вспученного 840
Щебень из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглопорита 840
Эбонит 1430
Эковата 2300
Этрол 1500…1800

thermalinfo.ru

Удельная теплоемкость кирпича: керамического, силикатного и огнеупорного


Кирпич широко применяется в частном и профессиональном строительстве. Существует много разновидностей этого материала. При выборе стройматериала для возведения или облицовки сооружений важную роль играют его характеристики.

Характеристики, влияющие на качество

Нужно учитывать следующие свойства продукта:

  • теплопроводность – это способность передавать тепло, полученное от воздуха внутри помещения, наружу;
  • теплоемкость – количество тепла, позволяющее осуществить нагрев одного килограмма стройматериала на один градус по Цельсию;
  • плотность – определяется наличием внутренних пор.

Ниже будет приведено описание различных типов изделий.

Виды кирпичей

Керамический

Изготавливают из глины с добавлением определенных веществ. После изготовления подвергают термической обработке в специализированных печах. Показатель удельной теплоемкости составляет 0.7 – 0.9 кДж, а плотность – около 1300–1500 кг/м3.

Сегодня многие производители выпускают керамическую продукцию. Такие изделия отличаются не только размерами, но и своими свойствами. Например, теплопроводность керамического блока гораздо ниже, чем обычного. Это достигается за счет большого количества пустот внутри. В пустотах находится воздух, который плохо проводит тепло.

Свойства керамического кирпича

Силикатный

Силикатный кирпич пользуется высоким спросом в строительстве, популярность обусловлена прочностью, доступностью и низкой стоимостью. Показатель удельной теплоемкости составляет 0.75 – 0.85 кДж, а его плотность – от 1000 до 2200 кг/м3.

Продукт имеет хорошие звукоизоляционные свойства. Стена из силикатного изделия будет изолировать сооружение от проникновения различного рода шума. Его чаще всего используют для возведения перегородок. Продукт широко применяется в качестве промежуточного слоя в кладке, выполняющего роль звукоизолятора.

Схема силикатного кирпича

Облицовочный

Облицовочные блоки широко распространены при отделке наружных стен зданий не только из-за привлекательного внешнего вида. Удельная теплоемкость кирпича – 900 Дж, а значение плотности находится в пределах 2700 кг/м3. Такое значение дает возможность материалу хорошо противостоять проникновению влаги сквозь кладку.

Характеристики облицовочного кирпича

Огнеупорный

Огнеупорные блоки можно разделить на несколько видов:

Виды огнеупорного кирпича

  • карборундовые;
  • магнезитовые;
  • динасовые;
  • шамотные.

Огнестойкие изделия применяются для постройки высокотемпературных печей. Их плотность составляет 2700 кг/м3. Теплоемкость каждого из видов зависит от условий изготовления. Так, индекс теплоемкости у карборундового кирпича при температуре 1000о С составляет 780 Дж. Шамотный кирпич при температуре 100о С имеет индекс 840 Дж, а при 1500о С этот параметр повысится до 1.25 кДж.

Влияние температурного режима

На качества большое влияние оказывает температурный режим. Так, при средней плотности материала теплоемкость может отличаться, в зависимости от температуры окружающей среды.

Таблица сравнения теплопроводности бревна с кирпичной кладкой

Из вышеперечисленного следует, что подбирать стройматериал необходимо, исходя из его характеристик и дальнейшей области его применения. Так удастся построить помещение, которое будет отвечать необходимым требованиям.

Видео по теме: Виды кирпича


specnavigator.ru

Техническая керамика – часть 2

керамических материалов при их испытании на дефор* мацию под постоянной нагрузкой при повышающейся температуре. На рис. 2 кривая деформации различных по фазовому составу материалов имеет различный вид.

Как указывалось, на прочностные свойства керамики влияют ее структура и пористость. С повышением пори­стости все ее прочностные характеристики снижаются вследствие концентрации напряжений вокруг пор и уменьшения – контактной поверхности соприкосновения отдельных зерен (рис. 3). Керамика мелкозернистого строения, как правило, обладает большей прочностью, чем крупнозернистая, при одном и том же фазовом и химическом составе.

При оценке механических свойств керамики следует иметь в виду, что результаты измерений в значительной степени определяются методикой подготовки образца и проведения испытаний, в первую очередь степенью об­работки его поверхности, скоростью нагружения и ха­рактером распределения нагрузки.

§ 3. Теплофизические свойства

К теплофизическим свойствам керамики относятся ее теплоемкость, теплопроводность, тепловое расшире­ние, лучеиспускание. Теплоемкость керамического ма­териала кристаллической структуры подчиняется зако­ну Дюлонга и Пти, по которому она приблизительно рав­на 24,7 Дж/(г-атом-К). Теплоемкость весьма сильно меняется при низких температурах и незначительно при высоких, особенно после 1000°С. Теплоемкость есть свойство самого вещества, она не зависит от структур­ных особенностей конкретного изделия, его пористости и плотности, размеров кристаллов и других факторов, поэтому теплоемкость единицы структурно различных, но одноименных по составу материалов одинакова.

Теплопроводность характеризует скорость перено­са теплоты керамическим материалом. Она очень раз­лична и зависит от состава кристаллической и стекло­видной фаз, а также от пористости. Теплопроводность материала принято характеризовать уравнением теплово­го потока

*, = Q6/[tF (k-t2)],

где Q — количество теплоты, Вт; б — толщина стенки, см; F — пло­щадь прохождения теплового потока, см2″, т — время; 11, f2— темпе­ратура, °С, соответственно на горячей и холодной поверхностях.

Теория теплопроводности основана на представле­нии о переносе теплоты в твердых неметаллических телах тепловыми упругими волнами—фононами. Тепло­проводность вещества зависит от длины свободного про­бега фононов и степени нарушения гармоничности коле­баний тепловых волн во время их прохождения через данное вещество. В связи с этим степень теплопровод­ности определяют структура вещества, число и вид ато­мов и ионов, рассеивающих волновые колебания. Кри­сталлы с более сложным строением решетки, как пра­вило, имеют более низкую теплопроводность, так как степень рассеивания тепловых упругих волн в такой ре­шетке больше, чем в простой. Снижение теплопроводно­сти наблюдается также при образовании твердых рас­творов, так как при этом возникают дополнительные центры рассеивания тепловых упругих волн. В стеклах, характеризующихся разупорядоченным строением, дли­на пробега фононов не превышает межатомных рассто­яний, и теплопроводность стекла соответственно мень­ше, чем теплопроводность керамического материала, со­держащего, как правило, значительное количество кри­сталлических фаз.

Особенно важно учитывать при применении керами­ки изменение теплопроводности во время ее нагрева. Общая закономерность здесь такая: теплопроводность спеченной керамики кристаллического строения, особен­но оксидной, с повышением температуры, как правило, сильно падает. Исключение составляет диоксид цирко­ния, теплопроводность которого с повышением темпера­туры возрастает. Теплопроводность стекла, а также ке­рамики, содержащей значительное Количество стекла, например муллитокремнеземистой, с повышением тем­пературы увеличивается. На рис. 4 показано изменение теплопроводности некоторых видов керамики в зависи­мости от температуры. Теплопроводность пористой теп­лоизоляционной керамики, изготовляемой из чистых ок­сидов,— основное свойство, по которому определяют область ее применения. Теплопроводность тесно связа­на с пористостью.

Термическое расширение керамики — следствие уве.-’ лличения амплитуды колебаний ее атомов или ионов от­носительно их среднего положения, происходящих под влиянием температуры. Поэтому температурный коэф­фициент линейного расширения ТКЛР керамики (далее употребляется «коэффициент линейного расширения») непостоянен при любой температуре. Для подавляюще-

Рис. 5. Линейное расширение некоторых видов технической керамики (Zr02 в зависимости от степени его стабилизации)

■—– I____ 1___ 1

Ш 800 1200 К00 2000 Температура, ‘С

§ 0 400 800 1200 IfiOO 200П. Тенпературп’С

Рис. 4. Теплопроводность не­которых видов керамики

1 — ВеО плотноспекшийся; 2 — SiC; 3 — MgO плотноспекшийся; 4 — AlaOj, корунд; В — ZrO? стабилизи­рованный плотноспекшийся

t ii, if К

го большинства керамических материалов он повыша­ется с температурой (рис. 5). Различают истинный ко­эффициент линейного расширения и средний, т. е. от­несенный к определенному интервалу температур:

Онст=(1/1) {dL/d Т)

Обычно измеряется не объемный, а линейный коэф­фициент, практически составляющий 1/з объемного. Это отношение справедливо для изотропных поликристалли­ческих материалов, в том числе и керамических.

Термическое расширение большинства монокристал­лов, как известно, анизотропно. В кристаллах с кубиче­ской решеткой расширение происходит равномерно по всем направлениям, как, например, у MgO. Однако сре­ди керамических материалов есть такие, у которых ани­зотропия термического расширения выражена очень сильно. В частности, у широко распространенных корун­да а-А1203 и муллита 3Al203-2Si02 также наблюдается анизотропия. Асимметрия строения кристаллической ре-

°cp = i/1 — LtJLtt Cs — Mi­ls-некоторых случаях для наглядности коэффициент линейного расширения удобно выразить в процентах (%):

Таблица 2. Средние значения коэффициента линейного расширения

, Керамика

Фор­мула

T”l

0 О

1 1 Т о

esi

ь

Керамика

Формула

(OoOOOI — OS)

j_o0-»oi-»

Пернклазовая

MgO

13,8

Шпинельная

MgO-AbOj

8,6

Из диоксида цир­

Zr02

10

Муллитовая

3Ab03-2Si02

5.3

кония (стабилизи­

Цнрконовая

ZrOjOs’SiOi

4.2

рованная)

ВеО

9

Кордиернто-

2MgO • 2 AJ2O3 • 5S i О2

. 1

Из оксида берил­

вая

1.5

лия

8-8.5

Сподуменовая

Lis-AI203-4Si02

Корундовая

ai2o3

Кварцевое

SiO;

0.5

стекло

шетки приводит к тому, что коэффициент линейного рас­ширения в одном из направлений может оказаться ■отрицательным, а объемное расширение поликристалличе­ской керамики очень мало. Такими материалами явля­ются, например, кордиерит 2MgO • 2А12

Керамические материалы представляют собой поли­кристаллические тела. Поэтому они из-за хаотического расположения элементарных кристалликов становятся практически изотропными. Значение коэффициента ли­нейного расширения различных видов технической ке­рамики колеблется в очень широком диапазоне — от О до (13—14)10-6-°С. В табл. 2 приведены указанные ко­эффициенты некоторых видов технической керамики в порядке их убывания.

Термическая стойкость — это способность керамиче­ского изделия выдерживать без разрушения резкие сме­ны температуры. Термическая стойкость характеризует в Определенной степени материал, но в большей степе­ни изделие из данного материала, так как на результаты испытаний оказывают очень большое влияние размер и форма изделия. Условия эксплуатации керамических изделий настолько разнообразны, что предложить еди­ный критерий термической стойкости не представляется ^возможным. Действительно, температурные перепады и скорость’ изменения температуры этих изделий бывают совершенно несопоставимы, и едва-ли может быть еди­ный критерий оценки их термической стойкости. Однако качественная сторона процесса изменения свойств й разрушения изделия под влиянием резких Температур – ных перемен в основном одинакова для всех керамиче­ских материалов и почти во всех случаях.

Разрушение керамического изделия под влиянием температурных перемен происходит в результате напря­жений, возникающих в материале этого изделия. Такие напряжения могут вызываться разными причинами и иметь различный характер. Главные из этих причин: различие температуры в разных частях нагреваемого или охлаждаемого изделия, т. е. наличие температурно­го перепада; разные значения TKJIP компонентов в мно­гофазовой керамике; ограничение возможности расши­рения.

Изделия разрушаются в том случае, если возника­ющие при термическом напряжении силы растяжения, сжатия или сдвига превосходят пределы допустимой прочности материала этого изделия.

В общем виде, если не учитывать размерные и струк­турные особенности керамики и условия ее испытания, термическая стойкость керамики может быть охаракте­ризована некоторым коэффициентом термической стой­кости:

К = А. о/с у а Е,

где X — теплопроводность; а — предел прочности при разрыве; с — теплоемкость; у—плотность; а — TKJIP; Е — модуль упругости.

Из этой формулы следует, что термическая стойкость материала возрастает с увеличением его теплопроводно­сти и механической прочности и снижается с увеличе­нием коэффициента линейного расширения, модуля упругости и кажущейся плотности. Теплоемкость опреде­ленного материала постоянна. Однако эта формула, вы­ражая общую закономерность -’ изменения термической прочности изделий, не может дать сравнимых результа­тов, определяющих термическую стойкость керамиче­ских изделий.

Термическая стойкость различных видов изделий тех­нической керамики в настоящее время оценивается по различным методикам. В их основе лежат следующие критерии:

1) число теплосмен, при котором изделие разруша­ется полностью или частично при нагревании до темпе­ратуры со скоростью п, град/мин, и последующем медленном или резком охлаждении на воздухе или в другой среде. Эта методика определения термической стойкости довольно распространена и стандартизована для испытания массовых видов огнеупоров при нагреве до 800°С и охлаждении в воде при 20°С. В различных образцах, отличающихся размером и формой, темпера­турой, средой и скоростью нагрева и охлаждения, этот метод находит широкое применение;

2) потеря механической прочности специально подго­товленного образца (чаще всего балочки) после ряда последовательных нагревов и охлаждений до различных температур с различной скоростью и в различной среде. Термическая прочность выражается как потеря механи­ческой прочности в процентах к первоначальной после определенного числа теплосмен. Этот метод применяют для относительной оценки термической стойкости мате­риала главным образом в научных экспериментах;

3) предельный температурный перепад, при котором изделие разрушается или частично теряет необходимые технические свойства (например, вакуумную плотность, электрическую прочность). Этот метод наиболее широко применяют для определения термической стойкости электроизоляционных изделий, вакуумной керамики.

На термическую стойкость керамики сильно влияет ее макро – и микроструктура. Материал с зернистой струк­турой, как правило, более термостоек, чем плотный. В плотных спекшихся материалах заметна определенная тенденция к улучшению их термостойкости при крупной кристаллизации основной фазы (например, в корунде).

§ 4. Электрофизические свойства

Важнейшими электрофизическими свойствами элект­роизоляционной керамики, как и всякого диэлектрика, являются диэлектрическая проницаемость е, темпера­турный коэффициент диэлектрической проницаемости ТК е, удельное объемное и поверхностное сопротивле­ние pv и ре, диэлектрические потери, выражаемые чаще всего через тангенс угла диэлектрических потерь tg6, электрическая прочность или пробивная напряженность (Упр.

Электрофизические свойства керамики самым тесным образом связаны с составом и структурой кристалличе­ских фаз, образующих данный вид керамики, с составом /стекловидного вещества и соотношением кристаллической и стекловидной фаз в керамике. Кристаллические фазы керамических материалов в подавляющем большинстве случаев характеризуются преимущественно ионными связями. Ковалентные связи присуши лишь определен­ным классам соединений, в основном некоторым бескис – /.

/

/

лородным соединениям. Свободные электроны в кера­мических материалах в противоположность металлам почти полностью отсутствуют.

Специальные виды керамики, предназначенные для электрической. изоляции в тех или иных условиях, отли­чаются от массовых видов керамики и огнеупоров повы­шенными электрофизическими свойствами. Эти свойст­ва получают, применяя сырьевые и искусственные мате­риалы соответствующей чистоты, тщательно подготав­ливая и перерабатывая массы и обжигая изделия в строго регламентированных условиях.

Диэлектрическая проницаемость. Относительную ди­электрическую проницаемость определяют как отноше­ние зарядов на обкладках конденсатора при замене пла­стин из данного диэлектрика на вакуум.

е = Qm/Qb,

где Qm — заряд конденсатора с пластинкой из диэлектрика; Qn — заряд конденсатора с вакуумом.

Такое изменение электрической емкости конденсато­ра происходит в результате явления поляризации ди­электрика.

Поляризация представляет собой процесс смещения структурных элементов (электронов, атомов, ионов и др.) кристаллической решетки со своего нормального поло­жения под влиянием электрического поля. В результа­те взаимодействия с внешним электрическим полем про­исходит нарушение и перераспределение электростати­ческих сил, действующих внутри кристалла, при сохра­нении его общей нейтральности. Механизм поляризации может быть различен в зависимости от того, какие струк­турные элементы участвуют в процессе поляризации. В керамических материалах имеются следующие основ­ные виды поляризации: электронная, ионная, электрон­но – и ионно-релаксационная, спонтанная (самопроиз­вольная). Степень поляризации керамического диэлект­рика и его поляризуемость в целом складываются-как сумма поляризаций каждого вида. Диэлектрическая проницаемость керамики отражает ее поляризуемость.

Электронная поляризация представляет собой упру­гое смещение центра тяжести и деформацию отрицатель­но заряженного электронного облака под влиянием элек­трического поля. Электронная поляризация протекает практически мгновенно, не связана с потерей энергии и для большинства видов керамики не является характер­ной.

pandia.ru