Сподуменовая керамика

Керамику, в состав которой в преобладающем количестве входят литиевые соединения, принято называть литиевой. В тройной системе Li₂O – Al₂O₃ – SiO₂ имеются три кристаллических алюмосиликатных соединения:

Li₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 2SiO₂ – эвкриптит;
Li₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 4SiO₂ – сподумен;
Li₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 8SiO₂ – петалит.

Уравнения реакций получения сподумена
2Li₂Si₂O₅ + Al₂SiO₅ → β-Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂ + Li₂SiO₃
4Al₂SiO₅ + Li₂O → β-Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂ + 3α-Al₂O₃
2Al₆Si₂O₁₃ + Li₂O → β-Li₂O∙Al₂O₃∙4SiO₂ + 5α-Al₂O₃


Эти соединения имеют уникальное для керамических материалов свойство: они обладают в области небольших температур (до 400 – 500°С) отрицательными коэффициентами линейного расширения. Практически это означает, что такой материал при нагревании не расширяется, а, наоборот, сжимается.



Для изготовления литиевой керамики используют природное литийсодержащее сырье в виде перечисленных минералов (чаще всего распространён сподумен). В некоторых случаях Li₂O вводят через Li₂CO₃. Сподумен до 200°С имеет отрицательное значение ТКЛР; при 400°С – нулевое, а выше 400°С – слабоположительное значение. Петалит имеет нулевое значение указанного коэффициента при 700°С.
Изделия литиевой керамики изготовляют методами пластичной технологии, если в массу вводят глину, и методами непластичной технологии, если в масса непластична. Температура обжига литиевой керамики сравнительно невысока (1200 – 1250°С), так как литиевые минералы являются по существу плавнями, подобными полевому шпату. Ввиду очень короткого интервала спекания обжиг керамики затруднен. Изготавливают ее плотного и пористого строения. Пористая керамика более термостойка. Литиевая керамика выдерживает без разрушения нагрев до 500 – 1000°С и охлаждение в проточной воде. Средние значения свойств литиевой керамики даны ниже.
Плотность, г/см³ – 2.47
Пористость, % – 0.2
Диэлектрическая проницаемость – 8.5 – 9
Тангенс угла диэлектрических потерь – 150 – 200
ТКЛР – 0.9 ∙ 10^-6
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.).