Қыштың конструкциялық материал ретінде екі бағалы қасиеттері бар: химиялық және термиялық тұрақтылық. Бұл екеуі де күшті химиялық атомаралық байланыстарға негізделген. Сондай-ақ көптеген ҚМ – металл оксидтері, сондықтан жану және химиялық реакциялар кезінде ары қарай тотықпайды. ҚМ – «жанып біткен» және «жемірілген» материал. Химиялық байланыстардың беріктігі ҚМ-дың жоғары балқу температурамен қаттылығын анықтайды. Бірақ бұл беріктілік атом қабаттарының өзара сырғанауына жол бермейді. Сондықтан сырттан жүктеме түсіргенде ҚМ өз пішінін сақтап қалады, егер жүктеме шекті болса, материал бірден бұзылады – морт сынады. ҚМ ығысуға қарағанда сығуға шыдамды, яғни
ҚМ-дағы ақаулардың негізгі түрі – қоспалар, жеке вакансиялар, вакансия кеуектері және микрожарықшақтар. 9.2 суретте ҚМ-да жарықшақтың дамуы көрсетілген. Тар жарықшақ ұшында созылу кернеуінің максимумы байқалады: , мұндағы - кристалды созатын күш; - кристалдың айырылу өтетін бет ауданы. Жарықшақ ұшында минималды, яғни - максималды. Егер үлгіні сығатын күш берілсе, онда ол теңестіреді. Керісінше, оны созып немесе кристалды ығыстырса, онда сыртқы күш ішкіге қосылып, жарықшақ үлгі бұзылғанға дейін кеңейеді (1-3). Металда (4-6) жарықшақ деформация кезінде кеңейіп, бұрыш төбесі үлкейеді, кернеу азайып, жарықшақтың байланыстары үзіледі, атомдық жазықтар ығысады. Сөйтіп, үлгі өлшемі өсіп, деформацияланады.
| 9.2 сурет. Қыш (1, 2, 3) және металда (4, 5, 6) жарықшақтардың түзілуі |
Кристалл қыш пен шыны морттылығы тұтқырлықпен сипатталады, ол 1 МПа/м , металдарда – 40 МПа/м . Морт сынуда ақаулардың ролін түсіну ҚМ-дың беріктігін жоғарылату жолдарын іздеуге ұмтылыс берді.
1-сі - жарықшақтардың пайда болу көздері болып табылатын кеуектер, химиялық қоспаларды жою. Бұл үшін бастапқы ұнтақты тазалап, өте жұқа майдалап, сосын престеу арқылы қатты тығыздайды. Технологиялық сызба келесі операциялардан тұрады: ерітіндіден металл оксиді, мысалы бөлшектерін (диаметрі 1 мкм төмен) тұндыру. Сосын осы бөлшектердің органикалық еріткіште, мысалы , полимер қосып суспензиясын дайындайды. Полимер бөлшектерде адсорбцияланып, олардың агломераттарға бірігуіне жол бермейді. Алынған ұнтақты «бақылаушы тығыздалуға» беріп, сосын пісіреді. Нәтижесінде материалдың тығыздығы теориялыққа жақын, яғни кеуексіз болу керек.
| 9.3- сурет. Қыш бұйымдарды ыстық престеу сызбанұсқасы: 1 – ұнтақ; 2 – бұйым; 3 – поршень |
Басты операция - «бақылаушы тығыздалу». Үлкен қысымда пресс-формаларда кәдімгі престеуден басқа қыздырылатын пресс-формада пісіріп престеу (9.3-сурет), зеңбіректің жабық үңгісінде жарылыс арқылы динамикалық престеу әдістері бар. Қазіргі кезде электрофорез – органо-полимерлі қабықшалы ұнтақ бөлшектерінің электр өрісінде қозғалуы қолданылады.
2 жол – жарықшақтардың өсуін тежеу. Бірнеше тәсілдері бар:
1) Кристалл құрылымын қысыммен әсер беру арқылы қайта құру, мысалы . Қысымда тетрагональды моноклиндіге ауысады. Жарықшақтың тар ұшында аудан аз болғандықтан үлкен кернеу болады да, осы орында құрылымдық айналу жүзеге асады. Моноклинді көлемі террагональдыдан 3-5 % үлкен. Кеңейе келе дәндері жарықшақты қысады да, ол ары қарай ажырамайды (9.4, а-сурет).
Қышқа тетрагональді енгізіледі, жарықшақ түзіліп, оның ұшында құрылымдық айналу жүзеге асады, ол ары қарай дамымайды.
2) Қышқа басқа берік, қыштан жасалған талшық енгізеді. Жарықшақ талшыққа соқтығысып, ары қарай тарамайды. Мысалы, талшығы қолданылады. Оны шыны, шынықышқа енгізеді (9.4, б-сурет).
| 9.4-сурет. Қыш материалдарды ZrO2 моноклинді модификациясымен (а) және талшықтармен (б) беріктендіру сызбанұсқалары: 1 – тетрагональды ZrO2; 2 – моноклинді ZrO2 |
3) Жарықшақ ұшындағы бұрышты өсіру (доғалдау). Бұл үшін ҚМ-ға микрожарықшақтар енгізеді. Негізгі жарықшақ микрожарықшаққа соқтығысып, «доғалданып», ары қарай ажырамайды (9.5-сурет).
| 9.5-сурет. Қыш материалдарды микрожарықшақтармен беріктендіру сызбанұсқасы |
ҚМ конструкциялық материал ретінде екі маңызды облыста қолданылады: 1 – кескіш металлөңдеуші құрал жасау; 2- қозғағыштар детальдарын жасау. Қыш құрал кесу жылдамдығын жоғарылатады, ұзақ уақыт пайдалануға мүмкіндік береді. Мысалы 9.6-суретте берілген. Қыш құралды пайдалану қоғамда энергияны үнемдеуге жағдай жасайды.
| 9.6-сурет. Қыш материалды кескіштердің кесу жылдамдығына байланысты құны: 1 – WC; 2 – қаптамасы бар WC; 3 – Al2O3; 4 – TiC; 5 және 6 – Si3N4 (1986 жылғы және қажетті) |
Қозғалатын және қозғалмайтын қалақтары (турбиналық қозғағыштардың) өте берік және морт емес конструкциялық қыштан жасалуы металл материалдар мен құймалармен салыстырғанда жоғары температурада жұмыс жасай алады. ПӘК де жоғары. Олардың тығыздығы жоғары емес, термо- және мүжілуге тұрақтылығы жоғары.
ҚМ–дың тағы бір перспективті қолданылу саласы – автомобиль қозғағыштарының клапандарының механикалық тығындары мен втулкаларын дайындау. Механикалық тығындар судың ағысын жабатын бұрандаларда жиі қолданылады. ҚМ пайдалану суды үнемдеуге жағдай жасайды. ҚМ маңызды артықшылығы –химиялық әсерге тұрақтылығы. Демек ҚМ жасалған тығындарды агрессивті сұйық бар бұрандалар және құбырларда қолдануға болады. Бірақ ҚМ-дың құны жоғары.