Transcript Keramiak_gyartasa_Jarszerk2

1. A kerámiák gyártása
Hagyományos kerámiák, az üveggyártás
Glass
Typical composition (wt%)
Typical uses
Soda-lime glass
70SiO2, 10CaO, 15Na2O
Windows, bottles, etc.; easily
formed and shaped
Borosilicate glass
80SiO2, 15B2O3, 5Na2O
Pyrex; cooking and chemical
glassware; high-temperature
strength, low coefficient of
expansion, good thermal shock
resistance
CaO
Viszkozitás csökkentés
Na2O
mechanizmus: SiO2-láncok széttördelése
Q
A megmunkálás alapja:
  e R T
folyási sebesség:
Q: viszkózus folyás
aktiválási energiája
(η)-1
Az üvegátalakulás és a kristályosodás közötti különbség
v, H, S
Tg2 Tg1
v1>v2
Tolv
T
Termodinamikai állapotjelzők és függvények változása az üvegátalakulás
során. G1 ill. G2 különböző hűtési sebességekkel előállított üvegek.
préselés
hengerlés
nagyobb
η–t igényel
síköntés
formaöntés
alacsonyabb
η–t igényel
fúvás
hőkezelés: feszültségmentesítő
A cement története
Egyiptom, Görög, Római kori épületek anyaga
(>2000 év)
Jelenkori cement: 1824-től (Portland): CaO+SiO2 keverék
CaCO
3
 SiO
2
2 Al 2 O 3  H 2 O 2
agyag
ahol A=Al2O3, C=CaO, S=SiO2
 C 3 A  C 2 S  C 3S
1500  C
A portland cement szerkezete és kötési mechanizmusa
2C 2 S  4H  C 3S 2 H 3  CH  hő
2C 3 S  6H  C 3S 2 H 3  3CH  hő
C 3 A  6H  C 3 AH 6  hő
A beton
Fázisdiagramok a kerámiákban
Alumínium forrasztása
NOCOLOK fluxszal
Műszaki kerámiák
• oxid alapú (Al, ZrO2 alapú)
• nitrid alapú (Si3N4)
• karbid alapú (B, Si-karbid)
A legismertebb típusok és legfontosabb tulajdonságaik:
Cementált
karbid
Szinterelt
alumíniumoxid
Al2O3-TiC
kompozit
Szialon
Keménység (GPa)
12,3-15,1
15,3-15,9
17,0-17,4
12,2-15,2
Olvadáspont (°C)
1400
2000
3140 (TiC)
szétesik
Hőtágulási eh. (10-6K-1)
4,7-5,2
7,5
7,6
3,2
Young modulus (GPa)
520-660
440
420
300
1000-2400
700-840
840-940
830
2,2-2,5
3,1-3,5
3,6-5,2
3,8-3,9
4,2-4,3
3,35
Hajlítószilárdság (MPa)
Szívósság (MN/m3/2)
Sűrűség (kg/dm3)
12,0-15,1
Kerámiák gyártástechnológiai lépései általában
1. a kerámia-por alapanyagának előállítása, ill. egyéb anyagok előállítása
2. formázás, a kívánt munkadarab kormájának kialakítása
3. a porszemcsék közötti kötés létrehozása
4. kikészítés
Szinterelés
Tszinterelés  2/3 Tolvadáspont
A sűrűségváltozás idő- és hőmérsékletfüggése:
d

dt
C
a
n
Q
 e R T
a: szemcseméret
C: konstans
Q: aktiválási energia
A szinterelési folyamat hajtóereje a felületi energia csökkentése:
ΔG  
4π
3
3
r ΔG
 4π r γ
2
V
pl.: 1μ-os Al2O3 por esetén 10 cm3 anyag felülete ≈ 1000 m2, a
határfelületi energia pedig kb. 1 kJ.
Kerámiák összekötése egymással és csatlakoztatása más
anyagokhoz
A kerámiákból készült szerkezeti elemek tervezésének
szempontjai, és a felhasználásuk alapelvei
A gyártási technológia ill. az alapanyag gondos megválasztása (a
célnak megfelelő tulajdonságok, + költségek figyelembevételével).
Olyan gyártási technológia és méretezés kívánatos, amellyel az
utómegmunkálások a minimálisra csökkenthetők.
Ennek ellenére az utómegmunkálások (köszörülés, lézeres
megmunkálás, stb. nem zárhatók ki a technológiából, pl. motor vagy
gázturbina alkatrészek).
Alkalmazáskor kerülni kell a pontszerű terheléseket. A terhelés
átadásának helyén felületszerű kiképzésekkel minimalizálni kell a fellépő
feszültségeket.
Célszerű az éles sarkok, nagy méretváltozások kerülése.
Minimalizáljuk a termikus feszültségeket. Használjuk lehetőleg a
legkisebb keresztmetszetet, az alkatrészeket lehetőleg bontsuk egyszerűbb
elemekre.
Az alkatrészek méretét minimalizáljuk (a kerámiák repedéseloszlása miatt
a szilárdság a méret függvénye, ezért a kisebb méretű alkatrészek
megbízhatóbbak).
Kerüljük az ütközéses igénybevételeket (ahol ez nem lehetséges, kis
szögű ütközéseket tervezzünk).
Az alkatrészek megmunkálása gondos legyen (az alkatrészek
szilárdságát csökkentő repedések gyakran a felületen ill. a felület
közelében keletkeznek a megmunkálások során).
Magas hőmérsékletű, vagy hőlökési igénybevételekre alkalmas
kerámiák gyártása
• tradicionális kerámiák
• műszaki kerámiák
Mindkét kerámiatípus gyártási technológiája tartalmaz közös elemeket,
alapelveket.
A magas olvadáspont miatt, valamint a ridegség következtében a
kerámiáknál nem jöhet szóba az ún. másodlagos megmunkálás olyan
mértékben és értelemben, mint a fémeknél ill. ötvözeteknél (hideg- vagy
meleghengerlés, kovácsolás).
A költséges mechanikai megmunkálás miatt a munkadarab közelítően
végleges méretű előállítására van szükség, erre alkalmas technológiai
műveletek kialakítása szükséges, ezért a kerámiák gyártásában nagy
szerepet játszanak az ún. porkohászati eljárások.
Kerámiák a gépkocsigyártásban
1. Az üveg
2. Gyújtógyertyák szigetelő eleme
3. Katalizátor hordozó alapanyaga (fejlesztés 1970-től)
követelmények:
• nagy felület,
• hőmérsékletstabilitás és hőlökéstűrés
• porlódással szemben ellenállóképesség
alapanyag: kordierit (Mg2Al4Si5O18)
4. Kerámiaszenzorok:
a gépkocsikban alkalmazott legfontosabb szenzorok:
- gázösszetétel,
- nyomás,
- hőmérséklet,
- sebesség,
- feszültség,
- gyújtási pozíció.
Pl. nyomásérzékelő szenzor: a
kerámia itt kapacitív elem,
alumíniumoxid alap.
Miért kerámia? → nagy hőstabilitás
Piezoelektromos anyagok: Pb-Zrtitanát (dinamikus nyomásmérés az
égéstérben)
Oxigénszenzor: O2-üzemanyag
arány ellenőrzése,
anyaga: TiO2, működési elve:
rezisztometria.