- •Химия металлов
- •1.1. Общая характеристика металлов
- •1.2. Сплавы
- •1.3. Методы получения металлов
- •1.6. Переходные металлы и их соединения
- •Химия неметаллов
- •2.1. Общая характеристика неметаллов
- •2.2.Бор и его соединения
- •2.3. Азот, фосфор и их соединения
- •2.4. Кислород, сера, селен, теллур и их соединения
- •2.5. Галогены и их соединения
- •Неорганические соединения углерода, кремния и германия
- •3.1. Общая характеристика углерода, кремния и германия
- •3.2. Аллотропные формы углерода
- •3.3. Неорганические соединения углерода
- •3.4. Соединения кремния и германия
- •3.5. Химия полупроводников
- •Силикаты и алюмосиликаты
- •4.1. Общая характеристика
- •4.2.Стекло, ситаллы
- •4.3. Цементы
- •4.4. Керамика
- •4.5. Фарфор
- •Нанохимия. Наночастицы Наноматериалы
- •5.1. Общая характеристика наносистем. Основные понятия
- •5.2. Размерные эффекты
- •5.3. Методы получения наночастиц
- •5.4. Наноматериалы и методы их получения
- •5.5. Реакционная способность наноматериалов
- •5.6. Перспективы развития нанохимии
- •Ответы к задачам
- •Учебное издание
Бытовая керамика представляет собой преимущественно изделия из фаянса разных видов. Глинистый фаянс, содержащий 75-85 % тугоплавкой и легкоплавкой глины и 15-25 % кварцевого песка, применяется в основном при производстве гон чарных изделий. Бытовую посуду чаще изготовляют из известкового фаянса, при производстве которого используют 5-15 % мела СаС03 или доломита MgC03CaC03, 35—55 % глинистого вещества, остальное —кварцевый песок. Широкое распростране ние получил также твердый (полевошпатный) фаянс, содержащий 40-60 % глинисто го вещества, 25-40 % кварцевого песка и небольшое количество полевого шпата A[AlSi3Og], где А = Na, К, V2Ba.
Сформированные фаянсовые изделия проходят обжиг при 1250-1300 °С. Техническая керамика имеет разный состав и соответственно разные свойства,
что определяется ее назначением. Для изготовления изоляторов используют керамику на основе каолина (26-28 %), то есть породы типа каолинита Al4[Si40io](OH)8, высо кокачественных огнеупорных глин (14-19 %), кварцевого песка (22-40 %), полевого шпата (25-36 %). Керамику для токов высокой частоты изготовляют на основе корун да А120 3 и муллита 3Al20 3-2Si02. Конденсаторы различных типов изготовляют на ос нове титансодержащей керамики. Она включает в себя диоксид титана ТЮ2 и добавки оксидов некоторых металлов (MgO, CaO, ZnO, BeO, Zr02).
Огнеупорные материалы различаются по способности противостоять воздейст вию высоких температур. Обычные огнеупорные материалы устойчивы до 1580-1770 °С, высокоогнеупорные - до 1770-2000 °С, а материалы высшей огнеупорности - выше 2000 °С. В их состав входят разные компоненты: Si02, А120 3, MgO, Zr02, SiC. Огнеупорные материалы применяют при сооружении коксовых, мартеновских, стек ловаренных печей, для футеровки сталеразливочных ковшей, при кладке котлов, для изготовления реакторов высокотемпературных процессов, деталей ракетных двигате лей.
Из приведенного обзора керамики разного назначения следует, что керамиче ские материалы разнообразны по составу и свойствам. Существуют такие типы кера мики, которые не содержат силикаты. Так, некоторые виды керамики изготовляют на основе тугоплавких карбидов элементов IV и VI групп периодической таблицы, нит ридов Si, В, А1, силицидов и боридов переходных металлов. Карбидная керамика об ладает электро- и теплопроводностью, а также огнеупорностью в бескислородной среде. Керамика на основе SiC устойчива и в окислительных средах до 1500 °С. Ке рамика на основе Si3N4 обладает стойкостью к термическому удару, механической прочностью и может эксплуатироваться в окислительных средах до 1650 °С.
4.5. Фарфор
Фарфор представляет собой разновидность тонкой керамики (с однородной тон козернистой структурой). Фарфоровые изделия, применяемые преимущественно в глазурованном виде, имеют белый цвет, просвечивают в тонком слое, не пропускают воду и газы, обладают характерным звучанием при ударе. Для фарфора свойственны также механическая прочность, высокие электроизоляционные свойства, термостой кость, устойчивость к действию всех кислот, кроме HF.
Фарфор состоит из стекловидной и кристаллических фаз (муллит, кварц или ко рунд). Его отличительная особенность —высокое содержание стекловидной фазы.
Различают твердый фарфор (около 50 % стекловидной фазы) и мягкий (более 50 % стекловидной фазы). В мягком фарфоре выше содержание оксидов Na, К, Са, Mg, и он характеризуется более низкими механическими, термическими и электроизоляци онными свойствами по сравнению с твердым фарфором.
Фарфор изготовляют из смеси каолина («белая глина», основной компонент ко торой - каолинит), пластичной глины, кварцевого песка и полевого шпата (A[AlSi30g], где А - Na, К, V2Ba). Из исходных материалов приготовляют формовочную массу (25 % кварцевого песка, 25 % полевого шпата, 50 % глины и каолина), далее из нее изго товляют изделия литьем, прессованием или раскаткой. Формованные изделия сушат, подвергают предварительному обжигу, покрывают глазурью, вторично сушат и об жигают при 1450 °С (твердый фарфор) или при 1300 °С (мягкий фарфор).
Фарфор применяют для изготовления элекгроизоляторов, санитарно технических изделий, химического оборудования, бытовых и художественных изде лий.
Вопросы для самопроверки к главе 4
4.1.Чем объясняется большое многообразие структур силикатов? Что определяет возможность включения в структуру силикатов дополнительных катионов? Ка кие свойства А1 и Si делают возможным образование этими элементами совместных структур типа алюмосиликатов?
4.2.Каким путем можно получить стекло на основе Si02? С какой целью в состав многих видов стекла вводят оксиды металлов (Na20, СаО, В20з и др.)? Какие добавки содержатся в стеклах специальных видов? За счет чего достигается возможность получения цветных стекол? Как получают ситаллы? Что они со бой представляют и какими свойствами обладают?
4.3.Что служит сырьем для цементов и как их получают? За счет чего происходит твердение смеси цемента с водой? Чем различаются разные марки цементов? Какие различия по составу имеют растворные и бетонные смеси, каково назна чение каждой из них?
4.4. Какие материалы называют керамикой? Чем керамика отличается от стекол? Ка кое сырье используют для изготовления муллитовой керамики? Каковы осо бенности состава и структуры муллитовой керамики? Охарактеризуйте различ ные виды керамики: строительную, бытовую, техническую. Отметьте особен ности их состава и свойств. Чем отличается фарфор от других видов керамики? Как его получают, для каких целей используют?
Задачи для самостоятельного решения к главе 4
4.5.Что определяет возможность замещения части атомов Si в структуре силикатов атомами А1 при образовании алюмосиликатов? Известно, что Si и А1 проявля ют разные степени окисления. Как при их взаимном замещении сохраняется электронейтральность структуры ?
4.6.Чем объясняется твердение смеси цемента с водой? Выразите этот процесс урав нением реакции.
4.7.Что представляет собой керамика? Какой компонент керамики называют мулли том и какова его роль в образовании керамики?