Для повышения химической стойкости керамики необходимо уменьшить количество межзерновой фазы, что достигается повыше­нием чистоты основного материала. Увеличить химическую стой­кость межзерновой фазы можно, например, вводя высокоогнеупор­ные вещества в связующую часть шихты. Эффективно использова­ние специальных добавок, приводящих к развитию в огнеупорах во время их обжига прямой связи кристалл — кристалл, что будет препятствовать вымыванию зерен агрессивной жидкостью.

Отдельные кристаллы (плотные зерна) обычно являются наи­более устойчивыми элементами микроструктуры керамики к хими­ческому воздействию, однако они иногда могут вымываться агрес­сивной средой, еще полностью не растворившись."

Взаимодействие керамики с жидкостями и газами относится к гете­рогенным процессам и может происходить в диффузионной, кинетиче­ской или смешанной областях.

Если взаимодействие керамики с жидкостью или газом проис­ходит в диффузионной области, его можно описать эмпирической формулой Нернста

j=D(C,-C„)/d,

где j — потеря массы твердого тела на единицу поверхности разде­ла за единицу времени; D — коэффициент диффузии; d — толщина диффузионного слоя; Сх — концентрация растворяемого вещества в момент времени х; Сн — концентрация насыщения.

При выборе керамического материала для конкретных условий эксплуатации необходимо, чтобы скорость его растворения была минимальной, что достигается обычно при высокой его чистоте.

Наиболее важным для химической стойкости при эксплуатации керамики, особенно огнеупоров, являются процессы взаимодейст­вия с оксидными расплавами: стеклами, шлаками и т. д. Поэтому важно знать строение расплавов оксидов и зависимость свойств, определяемых массопереносом, в расплаве (диффузия, электриче­ская проводимость, вязкость и т. д.) от его химического состава.

Поверхностное натяжение σ агрессивной жидкости также влия­ет на химическую стойкость керамики. Оксидные расплавы обычно хорошо смачивают оксидную керамику. Уменьшение смачиваемости приводит к уменьшению глубины пропитки керамики. Увеличение поверхностного натяжения на границе жидкость — газ обычно уменьшает пропитку и способствует коррозии только с поверхности.

При взаимодействии шамотных огнеупоров с агрессивными различными расплавами чаще всего их поверхностное натяжение повышается, что приводит к малой пропитке и тонкому реакцион­ному слою. Динасовые огнеупоры при растворении несколько по­нижают σ расплава, что приводит к интенсивной пропитке и селек­тивному проникновению в огнеупор компонентов расплава. В ос­новных огнеупорах благодаря их малому растворению в основных оксидных расплавах свойства расплава меняются незначительно, что при достаточно низком поверхностном натяжении исходного расплава также благоприятствует пропитке.

На границе газ — жидкость — керамика, например на границе зеркала расплава стекла в стекловаренной печи, растворение кера­мики идет более интенсивно, чем в глубине. Основной причиной это­го явления считают изменение поверхностного натяжения на грани­це с керамикой, что может усиливать конвекцию. В поверхностные слои расплава могут вытесняться его наиболее агрессивные компо­ненты (в стекле — щелочи), вызывающие интенсивное растворение.

Многообразие и сложность процессов коррозии не позволяет выработать универсально применимые испытания химической стойкости керамики. Если для определения стойкости кислотоупоров существуют стандартные методы, то для испытания шлакоустойчивости, стеклоустойчивости и металлоустойчивости единых стандартных методов нет.

Для оценки химической стойкости керамики можно использо­вать изменения структуры, химического состава или свойств, имевшие место в результате коррозии в керамике, в прилегающем к ней слое агрессивного вещества или в агрессивном веществе.

Можно измерять изменение массы керамики, ее геометричес­ких размеров, глубину проникновения (пропитки) агрессивного ве­щества в керамику. Растворение приводит к уменьшению массы, а окисление, например керметов, и пропитка приводят к увеличению массы. Трудность заключается в том, что процессы растворения и пропитки обычно идут одновременно. Даже удаление налипшего расплава с образца часто является проблемой. Важную информа­цию о процессе дает изучение микроструктуры керамики и прилегающего к ней слоя агрессивного вещества с помощью оптической и электронной микроскопии. Иногда можно оценить химическую стойкость по изменению свойств агрессивного вещества и керами­ки, например электрической проводимости, механической прочно­сти, деформационных характеристик и т. д. Избирательность диф­фузии компонентов агрессивного вещества в керамику, состав диффузионного слоя исследуют с помощью электронного микро­зонда, лазерного микрозонда, ожеспектроскопии, а также исполь­зуя радиоактивные и нерадиоактивные изотопы.

Из сказанного ясно, что наиболее эффективным способом по­вышения химической стойкости керамики является увеличение ее плотности и повышение чистоты исходных веществ. При этом хи­мическую стойкость надо рассматривать в комплексе с другими ее эксплуатационными физико-химическими свойствами. Повыше­ния плотности керамики часто достигают при использовании специальных добавок. Важно, чтобы эти добавки не слишком понижа­ли химическую стойкость и не обесценивали влияние повышения плотности. Кроме того, повышение плотности может уменьшить термостойкость керамики. Повышение чистоты исходного сырья увеличивает стоимость изделий и требует более высоких темпера­тур для их обжига. Иногда возможно использование специальных добавок, перекрывающих систему открытых пор или ухудшающих смачивание их поверхности, или добавок, повышающих химичес­кую стойкость границ зерен. В конечном итоге в расчет надо при­нимать различные факторы, переводя их на язык экономики, и вы­бирать оптимальный вариант.

2. Радиационная стойкость керамики.

Развитие космической и лазерной техники, атомной энергети­ки, ускорителей элементарных частиц, использование радиоактив­ных изотопов, рентгеновских излучений и т. п. потребовали разра­ботки материалов, в том числе керамических, обладающих радиа­ционной стойкостью.

Чем короче длина волны, т. е. чем больше энергия кванта излу­чения Е (E=hf, где h — постоянная Планка, f — частота излучения), тем больше ее воздействие на материалы.

Наиболее сильно на материалы влияет ионизирующее излуче­ние высокой энергии, которое, проходя через вещество, взаимо­действует с электронными оболочками и ядрами атомов, вызывает нарушение структуры и другие повреждения материалов.

Характер повреждения при облучении зависит от дозы радиа­ции и свойств материалов, в частности от их радиационной чувст­вительности, которую можно оценить величиной изменения како­го-либо свойства в зависимости от мощности поглощенной дозы.

Поскольку почти все свойства керамических материалов зависят от их структуры, то изменения последней могут служить одним из важных показателей радиационной стойкости керамики при облучении.

Радиационная стойкость неорганических веществ, в том числе в составе керамики, зависит от их химического состава, типа химической связи, кристаллической структуры, а в изделиях — также от плотности упаковки.