История электротехники
Шрифт:
10.3. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В настоящее время под керамическими материалами подразумеваются не только такие мате-
риалы, как фаянс, фарфор, огнеупоры, строительная керамика, абразивы, эмали, цементы и стекла, но также неметаллические магнитные материалы, сегнетоэлектрики, синтетические монокристаллы и другие виды, еще не существовавшие несколько лет назад.
Слово керамика происходит от греческого слова «keramos», что означает горшечная глина или фаянс. Традиционная керамика изготавливается
Изготовление фаянса путем формования и обжига глиняных изделий известно давно. В раскопках находят изделия из обожженной глины, имеющие возраст около 17 тыс. лет. В Египте около 5 тыс. лет до нашей эры существовало промышленное производство керамических изделий.
Производство силикатных стекол известно также с древних времен. Эмали на каменных украшениях и изделия из стекла были известны 12–5 тыс. лет до нашей эры, а в Египте около 2 тыс. лет до нашей эры имелась достаточно развитая стекольная промышленность.
Производство цементных материалов получило развитие не более 200 лет назад.
В России гончарное производство было широко распространено уже в X–XIII вв. Глиняные изделия, найденные при раскопках Великого Новгорода, указывают на высокое мастерство русских гончаров.
В XVIII в. в России был создан фарфор и стало осваиваться его промышленное производство. В 1756 г. под Москвой строится фарфоровый завод. В 1798 г. начинает выпускать продукцию первый фаянсовый завод вблизи Киева.
В XIX в. керамическая промышленность России добивается значительных успехов. Центрами силикатной промышленности становятся такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Харьков и др.
Если провести анализ керамической промышленности развитых стран, то можно увидеть, что наибольший объем занимает производство натрий- и кальцийсиликатных стекол. Затем наиболее крупным по объему является производство извести и цемента (здесь большая доля падает на производство строительного цемента). Наиболее разнообразная группа изделий относится к тонкой керамике, которая включает фаянс, фарфор и другие виды материалов с тонким черепком. К следующей распространенной группе традиционной керамики относятся эмали, выпускаемые для покрытия металлов, затем следуют строительные материалы, огнеупоры и абразивные материалы.
Несмотря на то что силикатная (традиционная) керамика составляет наибольший объем выпускаемых керамических изделий и материалов, в последнее время разрабатываются разнообразные типы новых керамических материалов, которые обладают уникальными свойствами. Такие материалы разработаны либо для применения при очень высоких температурах и при этом обладают большой механической прочностью, высокими значениями электрического сопротивления и химической стойкостью, либо при исследовании материалов, когда открываются новые свойства, которые позволяют создавать принципиально новые устройства или существенно улучшить параметры существующих (например, открытие варисторного и позисторного эффектов, высокотемпературной сверхпроводимости и гигантского магнитного сопротивления в оксидных перовскитовых структурах).
В последние 50 лет было создано много новых керамических материалов [10.8–10.13]:
керамика чистых
ядерное топливо на основе использования диоксида урана UO2, который сохраняет свои свойства при длительном использовании в ядерных реакторах;
магнитная керамика, уникальные электрические свойства которой позволяют использовать ее в высокочастотной радиоэлектронике;
монокристаллы разнообразных материалов, которые используются в настоящее время в различных областях техники. В качестве примера можно привести монокристаллы сапфира, выращиваемые из расплава, и крупные кристаллы кварца, выращиваемые в гидротермальных условиях;
металлокерамика, играющая большую роль в машиностроении; представителями этой группы материалов являются различные карбиды на металлической связке, а также смеси хромосодержащих сплавов с оксидом алюминия;
сегнетоэлектрическая керамика на основе титана бария, открытого в 1944 г. Б.М. Вулом (СССР), которая имеет высокую диэлектрическую постоянную и может служить активной и пассивной средой во многих электротехнических приборах и устройствах;
бессиликатные стекла, которые имеют особое применение благодаря прозрачности в инфракрасной части спектра;
ситаллы, технология которых является достаточно новой и заключается в формовании изделий из стекла с последующей термообработкой, обеспечивающей протекание процессов образования центров кристаллизации и контролируемого роста кристаллов с получением однородного тонкозернистого стеклокристалличес-кого материала.
Кроме того, в настоящее время производят и используют большое количество других новых керамических материалов, не известных 10 или 20 лет назад. С этой точки зрения керамическая промышленность является одной из наиболее быстро развивающихся отраслей индустрии, продукция которой постоянно совершенствуется. Необходимость в новых керамических материалах обусловливается постоянными потребностями в создании более совершенных и новых изделий.
Быстрое развитие электротехнической и радиотехнической промышленности требует роста производства, электротехнической керамики и высококачественных изоляторов.
Основными материалами для изготовления изоляторов являются керамические материалы, среди которых ведущее место занимает фарфор [10.13–10.19]. В России этот замечательный материал был создан Д.И. Виноградовым, современником М.В. Ломоносова. В результате многочисленных исследований. Д.И. Виноградов получил первые образцы отечественного фарфора (порцелина) [10.20] и основал первый фарфоровый завод в России «Порцелиновая мануфактура» в 1744 г. До нас дошли 23 рецепта фарфоровых масс и 10 рецептов глазурей, разработанных Д.И. Виноградовым, которого по праву можно считать основоположником производства русского фарфора [10.14, 10.20, 10.24].