Керамические композиционные материалы имеют керамическую матрицу и содержат металлическую или неметаллическую волокнистую арматуру. Условно к керамическим композиционным материалам относят также композиты с комбинированной матрицей, содержащей тугоплавкие неметаллические частицы и частицы металла, выполняющего функцию связки.
Композиционные материалы на основе керамики. Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Часто используют металлические волокна. Сопротивление растяжению растет незначительно, но зато повышается сопротивление тепловым ударам – материал меньше растрескивается при нагревании, но возможны случаи, когда прочность материала падает. Это зависит от соотношения коэффициентов термического расширения матрицы и наполнителя.
Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники – это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т.д.
Керамические композиционные материалы получают методами горячего прессования (таблетирование с последующим спеканием под давлением) или методом шликерного литья (волокна заливаются суспензией матричного материала, которая после сушки также подвергается спеканию).
M(SiO₂) = 60 г/моль Рассчитаем количество вещества выделившегося углекислого газа. Согласно уравнению реакции 1 моль (60 г) SiO₂ вытесняет 1 моль CO₂. Тогда 12 г SiO₂ вытесняют х моль CO₂:
SiO₂ + K₂CO₃ = K₂SiO₃ + CO₂↑ 60 г 1 моль 12 г х моль
х = 12*1/60 = 0,2 моль
Рассчитаем количество вещества NaOH. M(NaOH) = 40 г/моль. Массовая доля w(NaOH) = 10% = 0,1. Плотность раствора d = 1,11 г/мл. Объем раствора V = 100 мл. Масса раствора m = Vd = 100 мл * 1,11 г/мл = 111 г. Масса m(NaOH) равна w(NaOH) * m = 0.1 * 111 г = 11,1 г. Количество вещества n(NaOH) равно m(NaOH) / M(NaOH) = = 11,1 г / 40 г/моль = 0,2775 моль
Углекислый газ реагирует с щелочью с образованием гидрокарбоната:
CO₂ + NaOH = NaHCO₃
Согласно уравнению, на 1 моль CO₂ должно приходиться 1 моль NaOH. Соответственно, на 0,2 моль CO₂ - 0,2 моль NaOH. Фактически, количество вещества NaOH - 0,2775 моль. Значит, NaOH - в избытке. Расчеты ведем по CO₂.
0,2 моль CO₂ образуют 0,2 моль NaHCO₃. На это расходуются 0,2 моль NaOH. Остается избыток NaOH, он составляет 0,0775 моль. Этот избыток NaOH реагирует с образовавшимся гидрокарбонатом натрия NaHCO₃ с образованием карбоната натрия Na₂CO₃:
NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O Согласно уравнению, 1 моль NaOH реагирует с 1 моль NaHCO₃ с образованием 1 моль Na₂CO₃
Значит, количество вещества NaHCO₃ уменьшилось на 0,0775 моль и составляет 0,2 - 0,0775 = 0,1225 моль. n(NaHCO₃) = 0,1225 моль. Количество вещества образовавшегося Na₂CO₃ составляет 0,0775 моль. n(Na₂CO₃) = 0,0775 моль
При упаривании раствора гидрокарбонат натрия разлагается с образованием карбоната натрия и выделением углекислого газа:
2 NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O
Согласно уравнению реакции из 2 моль NaHCO₃ образуется 1 моль Na₂CO₃ А из 0,1225 моль NaHCO₃ - х моль Na₂CO₃
х = 0,1225*1/2 = 0,06125 моль - дополнительно образовалось Na₂CO₃
Всего же карбоната натрия Na₂CO₃ стало 0,0775 + 0,06125 = 0,13875 моль. n(Na₂CO₃) = 0,13875 моль. M(Na₂CO₃) = 106 г/моль. Масса m(Na₂CO₃) = n(Na₂CO₃) * M(Na₂CO₃) = 0,13875 моль * 106 г/моль = = 14,7075 г ≈ 14,7 г.
Карбонат натрия выделяется в виде кристаллогидратов: до 32°С - Na₂CO₃*10 H₂O, от 32 до 35°С - Na₂CO₃* 7 H₂O, выше 35°С - Na₂CO₃* H₂O. При 100...120 °С окончательно теряет воду и превращается в Na₂CO₃. Поэтому при расчетах предполагается, что после упаривания осадок карбоната натрия в виде чистой соли, а не в виде кристаллогидрата.
M(SiO₂) = 60 г/моль Рассчитаем количество вещества выделившегося углекислого газа. Согласно уравнению реакции 1 моль (60 г) SiO₂ вытесняет 1 моль CO₂. Тогда 12 г SiO₂ вытесняют х моль CO₂:
SiO₂ + K₂CO₃ = K₂SiO₃ + CO₂↑ 60 г 1 моль 12 г х моль
х = 12*1/60 = 0,2 моль
Рассчитаем количество вещества NaOH. M(NaOH) = 40 г/моль. Массовая доля w(NaOH) = 10% = 0,1. Плотность раствора d = 1,11 г/мл. Объем раствора V = 100 мл. Масса раствора m = Vd = 100 мл * 1,11 г/мл = 111 г. Масса m(NaOH) равна w(NaOH) * m = 0.1 * 111 г = 11,1 г. Количество вещества n(NaOH) равно m(NaOH) / M(NaOH) = = 11,1 г / 40 г/моль = 0,2775 моль
Углекислый газ реагирует с щелочью с образованием гидрокарбоната:
CO₂ + NaOH = NaHCO₃
Согласно уравнению, на 1 моль CO₂ должно приходиться 1 моль NaOH. Соответственно, на 0,2 моль CO₂ - 0,2 моль NaOH. Фактически, количество вещества NaOH - 0,2775 моль. Значит, NaOH - в избытке. Расчеты ведем по CO₂.
0,2 моль CO₂ образуют 0,2 моль NaHCO₃. На это расходуются 0,2 моль NaOH. Остается избыток NaOH, он составляет 0,0775 моль. Этот избыток NaOH реагирует с образовавшимся гидрокарбонатом натрия NaHCO₃ с образованием карбоната натрия Na₂CO₃:
NaOH + NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O Согласно уравнению, 1 моль NaOH реагирует с 1 моль NaHCO₃ с образованием 1 моль Na₂CO₃
Значит, количество вещества NaHCO₃ уменьшилось на 0,0775 моль и составляет 0,2 - 0,0775 = 0,1225 моль. n(NaHCO₃) = 0,1225 моль. Количество вещества образовавшегося Na₂CO₃ составляет 0,0775 моль. n(Na₂CO₃) = 0,0775 моль
При упаривании раствора гидрокарбонат натрия разлагается с образованием карбоната натрия и выделением углекислого газа:
2 NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O
Согласно уравнению реакции из 2 моль NaHCO₃ образуется 1 моль Na₂CO₃ А из 0,1225 моль NaHCO₃ - х моль Na₂CO₃
х = 0,1225*1/2 = 0,06125 моль - дополнительно образовалось Na₂CO₃
Всего же карбоната натрия Na₂CO₃ стало 0,0775 + 0,06125 = 0,13875 моль. n(Na₂CO₃) = 0,13875 моль. M(Na₂CO₃) = 106 г/моль. Масса m(Na₂CO₃) = n(Na₂CO₃) * M(Na₂CO₃) = 0,13875 моль * 106 г/моль = = 14,7075 г ≈ 14,7 г.
Карбонат натрия выделяется в виде кристаллогидратов: до 32°С - Na₂CO₃*10 H₂O, от 32 до 35°С - Na₂CO₃* 7 H₂O, выше 35°С - Na₂CO₃* H₂O. При 100...120 °С окончательно теряет воду и превращается в Na₂CO₃. Поэтому при расчетах предполагается, что после упаривания осадок карбоната натрия в виде чистой соли, а не в виде кристаллогидрата.
