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

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

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

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.

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

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 кирпичаТемпература,
°С
Плотность,
кг/м3
Теплоемкость,
Дж/(кг·град)
Трепельный-20…20700…1300712
Силикатный
-20…20
1000…2200754…837
Саманный-20…20 —753
Красный0…1001600…2070840…879
Желтый-20…201817728
Строительный20800…1500800
Облицовочный201800880
Динасовый1001500…1900842
Динасовый10001500…19001100
Динасовый15001500…19001243
Карборундовый201000…1300700
Карборундовый1001000…1300841
Карборундовый10001000…1300779
Магнезитовый1002700930
Магнезитовый100027001160
Магнезитовый150027001239
Хромитовый1003050712
Хромитовый10003050921
Шамотный1001850833
Шамотный100018501084
Шамотный150018501251

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.

Теплоемкость керамики – Теплопроводность, теплоемкость, плотность керамики и огнеупоров: таблицы значенийИсточник:
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 пластик1300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках840
Алмаз502
Аргиллит700…1000
Асбест волокнистый1050
Асбестоцемент1500
Асботекстолит1670
Асбошифер837
Асфальт920…2100
Асфальтобетон1680
Аэрогель (Aspen aerogels)700
Базальт850…920
Барит461
Береза1250
Бетон710…1130
Битумоперлит1130
Битумы нефтяные строительные и кровельные1680
Бумага1090…1500
Вата минеральная920
Вата стеклянная800
Вата хлопчатобумажная1675
Вата шлаковая750
Вермикулит840
Вермикулитобетон840
Винипласт1000
Войлок шерстяной1700
Воск2930
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат, газо- и пенозолобетон840
Гетинакс1400
Гипс формованный сухой1050
Гипсокартон950
Глина750
Глина огнеупорная800
Глинозем700…840
Гнейс (облицовка)880
Гравий (наполнитель)850
Гравий керамзитовый840
Гравий шунгизитовый840
Гранит (облицовка)880…920
Графит708
Грунт влажный (почва)2010
Грунт лунный740
Грунт песчаный900
Грунт сухой850
Гудрон1675
Диабаз800…900
Динас737
Доломит600…1500
Дуб2300
Железобетон840
Железобетон набивной840
Зола древесная750
Известняк (облицовка)850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем1680
Ил песчаный1000…2100
Камень строительный920
Капрон2300
Карболит черный1900
Картон гофрированный1150
Картон облицовочный2300
Картон плотный1200
Картон строительный многослойный2390
Каучук натуральный1400
Кварц кристаллический836
Кварцит700…1300
Керамзит750
Керамзитобетон и керамзитопенобетон840
Кирпич динасовый905
Кирпич карборундовый700
Кирпич красный плотный840…880
Кирпич магнезитовый1055
Кирпич облицовочный880
Кирпич огнеупорный полукислый885
Кирпич силикатный750…840
Кирпич строительный800
Кирпич трепельный710
Кирпич шамотный930
Кладка «Поротон»900
Кладка бутовая из камней средней плотности880
Кладка газосиликатная880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича880
Кладка из керамического пустотного кирпича880
Кладка из силикатного кирпича880
Кладка из трепельного кирпича880
Кладка из шлакового кирпича880
Кокс порошкообразный1210
Корунд711
Краска масляная (эмаль)650…2000
Кремний714
Лава вулканическая840
Латунь400
Лед из тяжелой воды2220
Лед при температуре 0°С2150
Лед при температуре -100°С1170
Лед при температуре -20°С1950
Лед при температуре -60°С1700
Линолеум1470
Листы асбестоцементные плоские840
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)840
Лузга подсолнечная1500
Магнетит586
Малахит740
Маты и полосы из стекловолокна прошивные840
Маты минераловатные прошивные и на синтетическом связующем840
Мел800…880
Миканит250
Мипора1420
Мрамор (облицовка)880
Настил палубный1100
Нафталин1300
Нейлон1600
Неопрен1700
Пакля2300
Парафин2890
Паркет дубовый1100
Паркет штучный880
Паркет щитовой880
Пемзобетон840
Пенобетон840
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-11260
Пенополистирол1340
Пенополистирол «Пеноплекс»1600
Пенополиуретан1470
Пеностекло или газостекло840
Пергамин1680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное840
Перлитобетон840
Перлитопласт-бетон1050
Перлитофосфогелевые изделия1050
Песок для строительных работ840
Песок речной мелкий700…840
Песок речной мелкий (влажный)2090
Песок сахарный1260
Песок сухой800
Пихта2700
Пластмасса полиэфирная1000…2300
Плита пробковая1850
Плиты алебастровые750
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ДСП, ДВП)2300
Плиты из гипса840
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем840
Плиты камышитовые2300
Плиты льнокостричные изоляционные2300
Плиты минераловатные повышенной жесткости840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем840
Плиты торфяные теплоизоляционные2300
Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе2300
Покрытие ковровое1100
Пол гипсовый бесшовный800
Поливинилхлорид (ПВХ)920…1200
Поликарбонат (дифлон)1100…1120
Полиметилметакрилат1200…1650
Полипропилен1930
Полистирол УПП1, ППС900
Полистиролбетон1060
Полихлорвинил1130…1200
Полихлортрифторэтилен920
Полиэтилен высокой плотности1900…2300
Полиэтилен низкой плотности1700
Портландцемент1130
Пробка2050
Пробка гранулированная1800
Раствор гипсовый затирочный900
Раствор гипсоперлитовый840
Раствор гипсоперлитовый поризованный840
Раствор известково-песчаный840
Раствор известковый920
Раствор сложный (песок, известь, цемент)840
Раствор цементно-перлитовый840
Раствор цементно-песчаный840
Раствор цементно-шлаковый840
Резина мягкая1380
Резина пористая2050
Резина твердая обыкновенная1350…1400
Рубероид1500…1680
Сера715
Сланец700…1600
Слюда880
Смола эпоксидная800…1100
Снег лежалый при 0°С2100
Снег свежевыпавший2090
Сосна и ель2300
Сосна смолистая 15% влажности2700
Стекло зеркальное (зеркало)780
Стекло кварцевое890
Стекло лабораторное840
Стекло обыкновенное, оконное670
Стекло флинт490
Стекловата800
Стекловолокно840
Стеклопластик800
Стружка деревянная прессованая1080
Текстолит1470…1510
Толь1680
Торф1880
Торфоплиты2100
Туф (облицовка)750…880
Туфобетон840
Уголь древесный960
Уголь каменный1310
Фанера клееная2300…2500
Фарфор750…1090
Фибролит (серый)1670
Циркон670
Шамот825
Шифер750
Шлак гранулированный750
Шлак котельный700…750
Шлакобетон800
Шлакопемзобетон (термозитобетон)840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон840
Штукатурка гипсовая840
Штукатурка из полистирольного раствора1200
Штукатурка известковая950
Штукатурка известковая с каменной пылью920
Штукатурка перлитовая1130
Штукатурка фасадная с полимерными добавками880
Шунгизитобетон840
Щебень и песок из перлита вспученного840
Щебень из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглопорита840
Эбонит1430
Эковата2300
Этрол1500…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.

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

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.

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

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.

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

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.

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

Характеристики облицовочного кирпича

Огнеупорный

Огнеупорные блоки можно разделить на несколько видов:

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

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.

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

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