Химической (коррозионной) стойкостью называют способность керамических материалов противостоять разрушающему действию агрессивных сред.

Коррозию керамики могут ускорять химические реакции, сма­чивание поверхности, растворение и пропитка пор, объемные из­менения в керамике.

При коррозии обычно происходит взаимная диффузия ионов(атомов) керамики и агрессивной среды. Диффузия может и не со­провождаться разрушением керамического изделия, но свойства могут измениться настолько, что его дальнейшая эксплуатация в данной конструкции станет невозможной.

Химическая стойкость определяется свойствами корродиента, химическим составом и микроструктурой керамики, а также усло­виями процесса коррозии, особенно происходящими на границе керамики с агрессивной средой.

Агрессивные вещества, действующие на керамику, часто пред­ставлены жидкостями (растворы кислот, оснований, солей; рас­плавы солей, стекол, шлаков, металлов). Особенно большое зна­чение для огнеупоров имеет шлакоустойчивость. Основная доля потерь в металлургических агрегатах приходится на разрушение огнеупоров жидкими шлаками. Коррозия жидкими агрессивными средами имеет место также в химических реакторах, в доменных, мартеновских, стекловаренных печах, в конвертерах, установках для непрерывной разливки стали и т. д.

Корродиентами для керамических материалов могут быть так­же различные газы, в том числе ионизированные (плазма): пары воды, продукты сгорания топлива (СО, CO2), SO2, HCI, пары ле­тучих оксидов и солей и др. Бескислородная керамика и керметы могут, кроме того, окисляться. Коррозия агрессивными газообразными средами происходит в химических реакторах, металлургичес­ких и стекловаренных печах, рекуператорах, в каналах МГД-гене­раторов, в керамических двигателях и т. д.

Твердые вещества при повышенных температурах также могут взаимодействовать с керамикой. Этот вид коррозии встречается, когда в горячей зоне высокотемпературных агрегатов контактируют друг с другом различные по химическому составу виды огнеупоров.

Химическую стойкость керамики по виду корродиента подраз­деляют на кислотостойкость, щелочестойкость, стеклоустойчи-вость, металлоустойчивость, шлакоустойчивость и т. д.

Взаимодействие керамики с агрессивными веществами зависит от химической природы агрессивной среды и керамики. Керамика из кислотных оксидов легко разрушается агрессивными вещества­ми основного характера и наоборот. Так, керамика из MgO и СаО взаимодействует с парами воды, с НСl, SО2, СО2, кислыми шлака­ми. Керамика на основе SiO2 взаимодействует с парами и раство­рами щелочей, с основными расплавами.

Возможность тех или иных химических реакций между керами­кой и агрессивной средой можно оценить по потенциалу Гиббса, но для многокомпонентного расплава при высоких температурах это сделать очень сложно.

Продуктами взаимодействия керамики с агрессивной средой могут быть твердые, жидкие или газообразные вещества.

Выделение газообразных продуктов (встречающееся достаточ­но редко) увеличивает пористость керамики и этим уменьшает хи­мическую стойкость, механическую прочность и другие зависящие от пористости свойства материала.

Взаимодействие керамики с жидкостями, приводящее к изме­нению их состава, является важнейшим и наиболее часто встреча­ющимся процессом. Жидкие продукты могут, в свою очередь, вза­имодействовать с керамикой. Этим объясняется тот факт, что по­давляющая часть исследований в области химической стойкости керамики посвящена взаимодействиям с жидкостями.

Достаточно часто продукты взаимодействия бывают твердыми. Они могут стать твердыми в процессе охлаждения или изменения других условий процесса. Твердые продукты, с одной стороны, должны сдерживать дальнейшее взаимодействие, создавая своеоб­разный изолирующий слой между керамикой и агрессивным аген­том, но с другой - изменение физических и химических свойств ча­сто вызывает необходимость замены керамики.

Керамические футеровки различных высокотемпературных аг­регатов работают в условиях градиента температур по толщине стенки. Сочетание химического воздействия с температурным гра­диентом чаще всего приводит к зональному перерождению керами­ки. В результате в отдельных зонах может произойти настолько значительное изменение механических и термомеханических свойств керамики, что это приводит к ее деформации, скалыванию футеровки и даже к разрушению конструкции.

Химическая стойкость керамикизависит не только от ее химиче­ского состава,но и от макро- и микроструктуры: количества, формы и размера пор, количества и состава межзерновой фазы, размера и дефектности зерен. Наиболее интенсивно взаимодействие керамики с агрессивным веществом идет по порам в первую очередь откры­тым. Диффузия компонентов агрессивного вещества в керамику по поверхности пор интенсивнее, чем по межзерновой фазе, а тем бо­лее по объему зерен. Глубина пропитки пористой керамики жидкос­тью увеличивается вместе с увеличением открытой пористости.

По мере повышения температуры влияние пористости растет. Коррозия при этом определяется совместным влиянием формы пор, их ориентации и распределения по размерам и достаточно хо­рошо коррелирует с газопроницаемостью.

Под действием неоднородного температурного поля и в резуль­тате пропитки многокомпонентными расплавами керамический материал может приобретать зональное строение с различным распределением компонентов, зависящим в первую очередь от распределения температуры, скорости диффузии компонентов рас­плава по поверхности пор, удаленности от поверхности контакта с расплавом и времени взаимодействия.

Растворение стенок капилляров, происходящее при этом, мо­жет приводить к шлаковой усадке. Если в порах образуются новые продукты с большим объемом, то возникающие механические на­пряжения могут вызывать сколы. Благодаря твердофазным окис­лительно-восстановительным реакциям иногда могут возникать механические напряжения, приводящие к трещинам и образова­нию крупных полостей.

Для повышения химической стойкости керамики в первую оче­редь необходимо уменьшать ее пористость, особенно открытую. Другим эффективным способом является пропитка керамики специ­альными веществами, которые в дальнейшем повышают вязкость пропитывающей агрессивной жидкости, уменьшают смачивание поверхности пор жидкостью, увеличивают химическую стойкость поверхностных слоев пор и т. д.

Химическое взаимодействие агрессивной среды с керамикой протекает не только по порам, но и между зернами, в ходе которо­го растворяются границы зерен, что облегчает эрозию керамики. Коэффициент диффузии атомов или ионов агрессивного вещества по границам зерен обычно значительно (иногда на 2-3 порядка) превышает таковой в объеме зерна. Если в основном веществе примесей много, то в керамике образуется явно выраженная меж­зерновая фаза, в основном имеющая после охлаждения стеклооб­разное строение.

Наблюдается хорошая корреляция химической стойкости кера­мики с уменьшением содержания в ней плавней.

Межзерновая фаза и границы зерен, являясь менее термодина­мически устойчивыми, чем кристаллические зерна, легче подверга­ются химическому воздействию. Поскольку наиболее крупные от­крытые поры находятся между зернами, то проникающие по ним жидкость или газ растворяют межзерновую фазу в теле керамики.