Главная / Статьи / Основные области применения высокоогнеупорных оксидов

Основные области применения высокоогнеупорных оксидов

← Предыдущая Следующая →
5

Оксид бериллия

 Области применения керамики из ВеО весьма разнообразны. Высокая химическая стойкость ВеО позволяет использовать ее в виде тиглей для плавки чистых веществ и чистых металлов. В тиглях из ВеО плавят щелочи и карбонаты; они устойчивы к основным известково-фосфатным шлакам до 1600°С, расплавам свинца и боратов. Применяются они также в металлургии для плавки U, Th, Be, Ptи редких металлов.
В ядерной энергетике спеченная ВеО применяется в качестве конструкционных элементов в обычных и высокотемпературных ядерных реакторах как замедлитель и отражатель нейтронов. Окись бериллия является также хорошим матричным материалом для ядерного горючего.
Благодаря хорошим электрофизическим свойствам и высокой теплопроводности разнообразные виды вакуумной керамики на основе ВеО широко применяются в электронной технике в основном в качестве выводов энергии и теплоотводов в мощных приборах СВЧ. К числу таких материалов можно отнести брокерит, изготавливаемый из ВеО с добавкой AI2O3 и отличающийся однородной кристаллической структурой и высокими показателями свойств.
Прозрачная керамика из ВеО используется для изготовления подложек интегральных схем, корпусов ламп высокого давления с парами щелочных металлов, волноводных окон для энергии большой мощности.
Кроме этого, плотная керамика из ВеО применяется в качестве изоляции и чехлов для термопар, используемых для измерения температуры до 2000—2100°С.
 
Оксид  алюминия
Из всех существующих в настоящее время окисных материалов изделия из Al2O3
 находят наиболее широкое применение в различных областях техники, что объясняется их высокими физико-механическими, диэлектрическими, химическими и другими свойствами, а также доступностью исходного сырья — технического глинозема.
Высокая огнеупорность и химическая стойкость корундовой керамики позволяют широко использовать ее в виде тиглей для плавки разнообразных металлов, окислов, стекол, шлаков и т. д.
В тиглях из окиси алюминия плавят тугоплавкие металлы и сплавы в высоком вакууме и инертных газовых средах, металлический алюминий и его сплавы, щелочные и щелочноземельные металлы, олово, никель, висмут, железо и др. В ряде, случаев корундовые тигли используют вместо платиновых для получения металлов высокой чистоты.
Кроме этого, в тиглях из Al2O3   без существенного разъедания можно плавить углекислый натрий, каустическую соду и перекись натрия.
Благодаря хорошим электрофизическим свойствам различные разновидности вакуумплотной корундовой керамики широко используются в электроизоляционной, электровакуумной и радиоэлектронной технике в качестве изоляционных оболочек вакуумных ламп, изоляторов и подложек в электронных лампах, трубчатых каркасов нагревателей для радиоламп, подложек для интегральных схем и т. д. Хорошие электроизоляционные свойства, химическая устойчивость и достаточно высокая теплопроводность позволяют применять плотную корундовую керамику в качестве изоляторов для свечей зажигания двигателей внутреннего сгорания .
Высокоплотная прозрачная керамика из Al2O3 в настоящее время используется для изготовления корпусов газоразрядных ламп, подложек для интегральных схем, окон вводов энергии.
Широкое применение корундовая керамика нашла в высокотемпературной технике в качестве изоляции и чехлов для термопар, применяемых для измерения температуры до 1800—1850°С. Кроме этого, корундовая керамика применяется в виде труб для изготовления высокотемпературных печей, являющихся муфелем, на который наматывают проволочные нагреватели из жаростойких сплавов или платины. Трубы и стаканы из Al2O3  применяют также для изоляции в высокотемпературных индукционных печах, в частности при выращивании монокристаллов при температурах до 1950°С.
 
Оксид  магния
 
Важное значение приобрела спеченная корундовая керамика с добавкой MgO (микролит) в металлообрабатывающей промышленности в качестве режущего инструмента . При обработке чугуна, закаленных сталей и других труднообрабатываемых материалов применение микролита позволяет резко увеличить скорость резания. Производительность труда при этом увеличивается в 2—3 раза по сравнению с инструментом из твердых сплавов.
Так как микролит характеризуется очень высокой твердостью и износоустойчивостью, из него изготовляют сопла для разнообразных машин и механизмов, в частности для гидромониторов и башенных сушилок для обезвоживания керамических шликеров.
Высокая прочность микролита при повышенных температурах позволяет применять его в качестве матриц и пуансонов при горячем прессовании окислов и ферритов.  
Важнейшие области применения керамики из MgO связаны с ее основным характером и с устойчивостью к восстановлению при действии расплавленных металлов. Спекшиеся тигли из MgO широко применяются для плавки чистых металлов, например Fe, Си, Zn, Mg, Al, Ag, Be, U. Имеются сообщения о плавлении  в тиглях из MgO марганца высокой чистоты при температурах до 2400°С; плавят также соли и окись свинца. Окись магния широко используют для футеровки вакуумных индукционных печей, в которых плавят никелевые и хромовые специальные сплавы при температурах до 1700°С.
Изделия из спеченной MgO используются как изоляторы для термопар при замерах температуры в воздушной среде до 2000°С; кроме этого, хорошие электроизоляционные и химические свойства позволяют применять MgO в. качестве диэлектрика в канале МГД-генератора в условиях ионизированного калием газового потока.
Прозрачную керамику из MgO, а также изделия, выпиленные из монокристаллов, используют в качестве окон для инфракрасной области излучения, а также в спектрографических исследованиях.
 
Оксид иттрия
Имеющиеся в литературе сведения о применении Y2O3 отражают в основном те области техники, которые связаны с использованием порошкообразной Y2O3.
Благодаря высоким термоэмиссионным свойствам Y2O3 находит широкое применение в электровакуумном производстве при изготовлении катодов. Рабочая температура оксидно-иттриевых катодов того же порядка, что и оксидно-ториевых, но их долговечность и стабильность в работе выше.
Окись иттрия применяется в качестве стабилизирующей добавки к ZrO2, позволяя получать высокоплотную керамику, устойчивую к дестабилизации.
В атомной энергетике Y2O3 применяется как разбавитель топлива. В работе описывается применение сложного топлива UO2— Y2O3. керамика из Y2O3 может применяться в качестве контейнерного материала для жидко-металлического топлива для атомных реакторов.
Сообщается о применении Y2O3 в качестве тиглей при восстановлении урана из его окиси. При этом загрязнение урана иттрием было менее 0,01%. Возможно применение керамики из Y2O3 в качестве высокотемпературной изоляции в термоэмиссионных преобразователях тепловой ядерной энергии в электрическую.
Прозрачная керамика типа иттралокс может быть применена в ИК-окнах ракет с тепловой головкой самонаведения, в высокотемпературных печах и микроскопах в качестве смотровых окон и линз .  Y2O3применяется в качестве изоляции для высокотемпературных термопар и как материала для защиты индуктора вакуумных электропечей, используемых, например, при выращивании монокристаллов.
Благодаря хорошей устойчивости против деформации плотная керамика из Y2O3 может быть использована как высокотемпературный конструкционный материал. Кроме этого, высокая химическая устойчивость керамики из Y2O3 позволяет применять ее как высокотемпературный электроизоляционный материал в щелочных средах.
Керамика из Y2O3 с относительной плотностью 90—92% и размером кристаллов 10—40 мкм выдерживает поток быстрых нейтронов 1 • 1022 н/см2 при температуре 750°С, не изменяя своих размеров и не разрушаясь.
 
Оксид скандия
В настоящее время вследствие высокой стоимости Sс2O3 как самостоятельный керамический материал имеет весьма ограниченное применение: В основном Sс2O3 применяется как стабилизирующая добавка к ZrC2 для получения плотной керамики, используемой главным образом как твердый электролит. ,
Благодаря хорошим термоэмиссионным свойствам Sс2O3 может быть использована наряду с окислами иттрия и тория в качестве материала для термокатодов. Прозрачная керамика из Sс2O3 может найти применение для окон высокотемпературных установок и микроскопов, для корпусов газоразрядных ламп. Отмечается также, что эта керамика характеризуется хорошей устойчивостью в парах и расплавах щелочных металлов . Кроме этого, керамика из Sс2O3 при определенных условиях может явиться перспективным высокотемпературным конструкционным материалом.
 
Оксид  циркония
Достаточная величина и чисто анионный характер проводимости позволяют использовать керамику в качестве высокотемпературного твердого электролита. Такой электролит предназначается для топливных элементов, работающих при температурах порядка 1000—1200°С. В этом случае весьма важен выбор составов керамики, обеспечивающих фазовую и структурную стабильность в данной области температур. Твердые электролиты на основе ZrO2 используют и в других областях, в частности в электрохимических ячейках приборов для быстрого определения содержания (или активности) кислорода в газовых средах и расплавах.
Изделия из ZrO2 используют в качестве высокотемпературных нагревателей сопротивления, работающих в окислительных условиях. Первый материал такого типа — так называемая «масса Нернста»  85% (мол.) ZrO2 и 15% (мол.) Y2O3, предложенный еще в 1900 г., предназначался для изготовления стержней сопротивления — источников света и нагревателей. К настоящему времени разработаны технология изготовления и типы нагревателей из подобных масс с CaO, Y2O3, СеO2; изучено их поведение при длительной эксплуатации; сконструированы и опробованы высокотемпературные (до 2000°С) лабораторные печи, работающие в воздушной среде
Перспективным считается применение циркониевой керамики в качестве высокотемпературных электродов канала МГД-генератора . В этой области применения в связи с электролизом материала при воздействии постоянного тока предпочтительна не ионная, а электронная проводимость. Имеются сведения о разработках для данной цели

ЧИТАТЬ ДАЛЬШЕ