Тематики и направления исследований

Техническая керамика

Для изготовления изделий из технической керамики в центре используется различные виды сырья, а также применяются различные технологические подходы. Получаемые изделия обладают точными размерами и комплексом эксплуатационных свойств, что обеспечивается совершенством технологии и тщательностью контроля качества полуфабриката и готовой продукции. Центр работает над производством изделий электротехнического назначения (изоляторы), электронной техники (конденсаторы), изделий конструкционного назначения, пьезокерамики и других.

Используемые в центре методы формования и обработки изделий и полуфабрикатов

Шликерное литье

Данный метод позволяет получать тонкостенные изделия сложной формы. Не требует высоких затрат на оснастку и оборудование

Полусухое прессование

Изделия, полученные данным методом формования, обладают более высокой плотностью и более высокими значениями механических свойств. Это происходит за счет уменьшения расстояния между

Горячее литье

Метод позволяет получать изделия сложной формы, минуя стадию сушки. При правильном подборе соотношения порошок-связка можно получить изделия правильной структуры, что хорошо сказывается на их прочностных характеристиках

Вибропрессование

В данном методе суммируются преимущества полусухого прессования и виброукладки. При приложении вибрации частицы равномерно распределяются в пресс-форме, что способствует увеличению плотности заготовки. Такой режим прессования позволяет получать более плотные заготовки

Вибролитье

При правильном подборе амплитуды и частоты колебаний можно достичь более высоких значений плотности для сырца за счет виброукладки частиц. В свою очередь это увеличивает плотность и прочность готовых изделий

Экструзия

Метод позволяет получать в больших объемах габаритные изделия с внутренними полостями, трубки различных диаметров, фильтры, кирпичи и прочее

Механическая обработка

Шлифование и полирование изделий - две основные механические подготовки готовых изделий (центр обладает возможностью получения поверхности самого высокого класса точности)

Используемые в работе центра материалы и изделия на их основе


ОКСИДНАЯ
КЕРАМИКА

Производство керамических изделий на основе оксидов алюминия, бария, циркония.


БЕЗОКСИДНАЯ
КЕРАМИКА

Обладает высокой твердостью и теплопроводностью, устойчива к изнашиванию в жестких условиях трения.


КЕРАМИЧЕСКИЕ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ

Композиционные материалы с керамической матрицей.


МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Изготовление и исследование металлов, сплавов и композиционных материалов.

Высокоогнеупорные оксиды

Керамика из оксида алюминия – корундовая керамика

Корундовая керамика обладает высокими электроизоляционными свойствами (от 1x1014 до 1x1015 Ωсм), средней или чрезвычайно высокой механической прочностью (от 300 до 630 MПа); высоким пределом прочности при сжатии (от 2000 до 4000 MПа); высокой твердостью (15 до 19 ГПа); умеренной теплопроводностью, (от 20 до 30 Вт/(м*K)), высокой устойчивостью к коррозии и износу; хорошими показателями скольжения; низкой плотностью (от 3,75 до 3,95 г/см3); рабочей температурой без механической нагрузки – от 1000 до 1500 °C; биоинертностью и пригодностью для пищевых целей. Высокая твердость, теплопроводность, химическая устойчивость к расплавленным металлам, газам и кислотам, включая плавиковую, позволяют широко использовать корундовую керамику в современной технике.

Керамика из диоксида циркония

Керамика на основе диоксида циркония (ZrO2) обладает высоким коэффициентом теплового расширения (α=11 x 10-6/K), низкой теплопроводностью (от 2,5 до 3 Вт/(м*K)), очень высокой устойчивостью к распространению трещин, высокой ударной вязкостью (от 6,5 до 8 МПа*м1/2), способностью проводить ионы кислорода. Керамика на основе диоксида циркония используются, помимо прочих областей применения, при изготовлении инструментов для формования изделий из проволоки, в качестве вспомогательного материала в сварочных процессах, в качестве материала для коронок и мостовидных протезов в стоматологии, в качестве изолирующих колец в тепловых процессах, а также в качестве элементов для измерения содержания кислорода в лямбда-зондах.

Периклазовая керамика (MgO)

Изделия из MgO выдерживают действие органических кислот, расплавов и кислотообразующих газов, в частности SO2, NO2 и H2S, почти не взаимодействует с щелочными средами и водой, не подвергаются разрушению неорганическими кислотами, обладают высокой стойкостью к воздействию основных шлаков и нейтральных солей при высоких температурах. Изделия обладают высокой температурой применения в атмосферных условиях – 2000-2200°С, а в восстановительной среде и в вакууме – 1700°С. Предел прочности плотноспеченного оксида магния составляет 1200-1500 МПа. Периклаз широко используется в производстве керамических материалов и огнеупоров.

Кварцевая керамика

Кварцевая керамика характеризуется высокой химической стойкостью, радиопрозрачностью и огнеупорностью; обладает рядом ценных свойств: исключительно высокой термостойкостью (благодаря низкому коэффициенту линейного расширения – 0,5∙10-6 С-1); устойчивостью к перепадам температур от 0 до 1100 °С (кратковременно до 2200 °С без нарушения целостности); стабильными электрофизическими свойствами. Кварцевую керамику применяют в качестве теплоизоляционных элементов в тепловых агрегатах, в качестве труб и форм при литье металлов; в ракетной технике для изготовления головных частей ракет, радиопрозрачных обтекателей антенн и сопел ракетных двигателей.

Керамика из оксида иттрия и его соединений

Оксид иттрия Y2О3 – наиболее устойчивое кислородное соединение иттрия, имеет температуру плавления 2410 – 2415оС, температура начала деформации под нагрузкой 2250оС. При нагревании на воздухе эта керамика устойчива до температуры плавления, а в восстановительной среде (в атмосфере водорода) восстанавливается при температуре около 2000оС. В воде оксид иттрия нерастворим, к щелочам устойчив, но растворяется в минеральных кислотах. Керамику на основе оксида иттрия используют в электровакуумной технике (катоды), атомной энергетике (контейнерный материал), для изготовления тиглей, ИК-окон летательных аппаратов, смотровых окон высокотемпературных печей,

Керамика на основе силикатов и алюмосиликатов

Муллитовая и муллитокорундовая керамика

Муллит 3Al2O3∙2SiO2 обладает хорошей механической прочностью, сохраняющейся или растущей при высоких температурах (σизг при 1450оС – 300 МПа), высокой термической прочностью, благоприятными электрофизическими свойствами. Свойства высокоглиноземистой керамики, как правило, улучшаются и приобретают более высокие значения по мере увеличения в материале Al2O3. Температура эксплуатации изделий – до 1750оС. Из муллитокорунда изготавливают кокили для разливки металла; прижимные пластины для плавильных тиглей; заглушки для металлургических печей; футеровки различных тепловых агрегатов; стаканов и стаканов-коллекторов для шиберных затворов сталеразливочных ковшей; футеровки различных тепловых агрегатов и др.

Клиноэнстантитовая (стеатитовая) керамика

Преимуществами стеатитовой керамики являются ее малая абразивность и незначительная усадка при обжиге (1,0-1,5%). Поэтому из нее изготавливают мелкие детали с повышенной точностью в размерах. Стеатитовая керамика отличается высокой пластичностью, значительной прочностью при статическом изгибе до 190 Мн/м2 (1900 кгс/см2), диэлектрическая проницаемость колеблется в пределах 5,5-7, диэлектрические потери (при частоте 1 Мгц и температуре 20оС) составляют (3-25)∙10-4. Стеатитовую керамику применяют в качестве высокочастотных проходных изоляторов, в качестве электроизоляционного материала для выполнения опорных плит и подложек, изолирующих колец, деталей корпусов полупроводниковых приборов, а также в виде пористой вакуумной керамики для внутриламповых изоляторов

Форстеритовая керамика

Форстеритовая керамика состава 2MgO∙SiO2 отличается плотным строением и применяется главным образом в качестве высокочастотного диэлектрика. характеризуется весьма малой величиной диэлектрических потерь tgδ, высоким электросопротивлением ρ, а также повышенным значением термического коэффициента линейного расширения α, что позволяет получать герметичные спаи с железоникелевыми сплавами, но снижает стойкость к термоударам и ограничивает применение. Форстеритовая керамика в результате отсутствия полиморфных превращений не подвержена старению, применяется для изготовления изоляторов вакуумных приборов, когда требуется вакуумплотное соединение с металлом, обладающим повышенным температурным коэффициентом линейного расширения, например с медью

Кордиеритовая керамика

Кордиеритовая керамика – это огнеупорный материал, тройной оксид алюминия, магния и кремния (2MgO∙2Al2O3∙5SiO2). Этот материал отличается, хорошими диэлектрическими свойствами, низким коэффициентом термического расширения, обеспечивающим изделиям долгий срок службы, а также положительно сказывающимся на термостойкости. Это свойство материала позволяет применять его для изготовления дугогасительных камер в высоковольтных выключателях, в которых возможен тепловой удар искрового разряда, и аналогичных устройств в высоковольтной и низковольтной электротехнике. Температура использования такой керамики – до 1200 °C. Кордиеритовая керамика широко используется для изготовления высокотемпературных изделий, элементов печей, изоляторов, втулок и других фасонных изделий, а также деталей теплообменников.

Цирконовая керамика

Цирконовая керамика – материал на основе силиката циркония ZrO2∙SiO2 – циркона. Изделия из циркона обладают огнеупорностью около 2000оС. На циркон не действуют растворы кислот и щелочей, устойчив по отношению к кислым шлакам, имеет сравнительно небольшое коэффициент линейного расширения (4,6∙10-6 при 1100оС) и умеренную теплопроводность (так при 1130оС его объемное удельное сопротивление составляет 1,2∙103 Ом∙см). Термостойкость материала хорошая и превышает термостойкость корунда, диоксида циркония и муллита. Циркон обладает хорошими электроизолирующими и прочностными свойствами.

Цельзиановая керамика

Цельзиан – алюмосиликат бария ВаО∙Аl2O3∙2SiО2 составляет основу этой керамики. Характерными особенностями цельзиановой керамики являются очень низкий температурный коэффициент линейного расширения α, относительно высокая температура плавления (1740°С). Материал характеризуется весьма малым тангенсом угла диэлектрических потерь при нормальной и повышенной температуре, малым значением температурного коэффициента диэлектрической проницаемости, преимущественно электронной электропроводностью. Благодаря высоким электроизоляционным свойствам и малому α этот материал широко используется для изготовления установочных деталей, каркасов высокостабильных катушек индуктивности и высоковольтных конденсаторов с большой реактивной мощностью

Сподуменовая керамика

В тройной системе Li2O – Al2O3 – SiO2 имеются три кристаллических алюмосиликатных соединения: эвкриптит, сподумен и петалит. Эти соединения имеют уникальное для керамических материалов свойство: они обладают в области небольших температур (до 400 – 500°С) отрицательными коэффициентами линейного расширения. Литиевая керамика выдерживает без разрушения нагрев до 500-1000оС и охлаждение в проточной воде. Высокая термостойкость литиевой керамики даёт возможность применять её в условиях, при которых изделия испытывают резкие перемены температур (например, футеровки индукционных печей, защитные трубки для термопар, радиотехнические изоляторы постоянных размеров и т.д.).

Волластонитовая керамика

Основа такой керамики – природный минерал волластонит – метасиликат кальция CaO∙SiO2. Волластонитовая керамика имеет высокий уровень электрофизических характеристик, хорошую термостойкость, высокую химическую стойкость в различных средах, низкую теплопроводность. Введение волластонита в керамические массы обеспечивает сокращение продолжительности обжига, снижение его температуры, усадки изделий и упрочнение материалов. Волластонит, являясь сильным плавнем, позволяет снизить температуру обжига керамики на 50-70 ºС и повысить плотность и механическую прочность на 25 %. Волластонит применяют при производстве элементов алюмопроводов; футеровочных плит; распределительных коробов, миксеров; тепловых насадок, вставок в кристаллизаторы, переходных плит; дюзов; подводящих лотков; поплавков-дозаторов; защитных втулок; крышек и запорных конусов, а также огнеупорных ремонтных масс.

Керамика на основе диоксида титана, титанатов, цирконатов и других соединений с подобными свойствами

Сегнето- и пьезоэлеткрическая керамика

Пьезокерамические материалы относятся к классу функциональной керамики. В датчиках они преобразуют силы, давления и ускорения в электрические сигналы, а в звуковых и ультразвуковых измерительных преобразователях и актуаторах – электрические напряжения в вибрации или деформации. Выделяет следующие категории: материалы для измерительных преобразователей (ультразвуковые системы и устройства); материалы для датчиков (ультразвуковые передатчики и приемники); материалы для актуаторов (системы прецизионного позиционирования или системы впрыска топлива); материалы специального назначения

Керамика на основе титанатов. Ниобаты, танталаты и другие соединения с пьезоэлектрическими свойствами

Титанат бария BaTiO3 применяют главным образом для изготовления пьезокерамических элементов и керамических конденсаторов. Пьезокерамику (Ba,Ca)TiO3 с добавкой кобальта применяют для изготовления пьезоэлементов, работающих в режиме излучения больших мощностей. Состав (BaO,CaO,PbO)TiO3, обладает рабочей температурой до 95оС и находит применение для изготовления электроакустических приемников. Пьезосвойства материалов в системе цирконатов-титанатов свинца (ЦТС) более высокие и стабильные в широком температурном интервале. Их применяют для работы как в режиме приема, так и в режиме излучения. Керамика на основе ниобатов (PbNb2O6) и танталатов (KTaO3, NaTaO3)обладает более высокой температурой Кюри и способна работать при более высоких температурах.

Керамика на основе шпинелей

Число шпинелей очень велико. Шпинель используют как огнеупорный, конструкционный и электроизоляционный материал. Особую группу шпинелей, обладающих специфическими магнитными свойствами, составляют шпинели с общей формулой МеО∙Fe2O3 или МеFe2O4, называемые феррошпинели. Технические свойства шпинелей в значительной степени зависят от структуры шпинели. Из всего разнообразия шпинелей, кроме феррошпинелей, практическое применение нашли некоторые шпинели, обладающие высокой температурой плавления (MgAl2O3 – 2135оС; ZnAl2O4 – 1930оС; CoAl2O4 – 1960оС; NiAl2O4 – 2020оС; MgCr2O4 – 2330оС и др.). Шпинели, не содержащие окислов переменной валентности, вполне устойчивы к действию различных газовых сред. Шпинели отличаются повышенной способностью к образованию твердых растворов замещения, причем многие из них обладают неограниченной взаимной растворимостью.

Керамические композиционные материалы и керметы

Керамические композиционные материалы с разными структурными признаками (дисперсные, армированные волокнами или нитевидными кристаллами, слоистые) обязательно содержат керамическую фазу, а их профилирующее свойство определяется по матричному компоненту. Керамические композиты сочетают в себе свойства технической керамики, но при этом обладают высокой ударной прочностью, нехрупким характером разрушения, устойчивостью к дефектам микроструктуры и различным напряжениям, возникающим при изготовлении и эксплуатации изделия. Керметы получают с применением металлоподобных тугоплавких соединений на металлической связке (на основе нитридов, силицидов, карбида титана и др.) и на основе оксидов. Керметы отличаются высокой износостойкостью; исключительной стойкостью к окислению; высокой прочностью и сопротивлению удару; минимальной шероховатостью обрабатываемой поверхности.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

В настоящее время центр оснащен полным комплектом оборудования для изготовления «под ключ» керамических изделий, деталей и компонентов различного назначения.

Для создания (модернизации) продукции Заказчиков сотрудниками центра проводится комплекс работ по разработке конструкторской и технологической документации на опытный образец, изготовление и испытание опытного (головного) образца (опытной партии).

В состав опытно-технологических работ центра по созданию новых материалов и (или) технологических процессов входят работы по разработке технологической документации и средств технологического оснащения для изготовления установочных серий, а также несерийной или единичной продукции.

Центр обладает уникальными компетенциями в области создания пилотных мелкосерийных производств полного цикла. Наши производственные цепочки позволяют отрабатывать с минимальными затратами производственный цикл и в дальнейшем быстро масштабировать выпуск высокотехнологичной продукции в интересах Заказчика.