mikołaj szafran
Post on 30-Dec-2015
70 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Współczesna ceramika-tradycja -teraźniejszość -przyszłość
Ceramika [gr. Ho kéramos ‘ziemia’, ‘glina’] nieorganiczne i niemetaliczne materiały otrzymywane w wyniku procesu ceramicznego.Proces ceramiczny przebiega następująco: drobnoziarniste proszki ceramiczne formuje się różnymi metodami (prasowanie, odlewanie, toczenie) w żądany kształt, często po dodaniu substancji ułatwiających lub umożliwiających kształtowanie (woda, subst. organiczne); po uformowaniu kształtki konsoliduje się (zespala) do postaci litego ciała stałego poprzez wypalanie w temp. 900-2200oC.
R.Pampuch, Wielka Encyklopedia PWN, Warszawa 2001, t.5, s. 277.
Mezopotamia 5500 BC
Chiny 4500 BC
Egipt 1300 BC
Fajans
Szkło
Mezopotamia 500-600 BC
Szkliwione cegły
Grecja 400 BC
ceramika szkło
Rzym 100 AD
lampka oliwna
szkło
Chiny 500-600 AD
Porcelana
Barcelona XX wiek
XXI wiek
ZMIANY STRUKTURY W TRAKCIE PROCESU CERAMICZNEGO
FormowanieProszek Spiekanie
Podstawowe stadia wytwarzania wyrobów ceramicznych wg Neprakty
C E R A M I K A
MATERIAŁY BUDOWLANE
MATERIAŁY WIĄŻĄCE
CERAMIKA SZLACHETNA
SZKŁO I DEWITRYFIKATY
MATERIAŁY OGNIOTRWAŁE
MATERIAŁY ŚCIERNE
CERAMIKA KONSTRUKCYJNA
Al2O3 ZrO2 Si3N4 SiC AlN
CERAMIKA FUNKCJONALNAelektronicznaelektrotechnicznamagnetycznapiezoelektrycznajądrowakosmiczna
bioceramika
NANOCERAMIKA
EMALIE
Charakterystyka porównawcza wybranych właściwości metali, tworzyw sztucznych i
ceramiki technicznej
Gęstość
Wytrzymałość cieplna
Odporność chemiczna
Odporność na ścieranie
Kruchość
Wytrzymałość mechaniczna
Obrabialność
Cena
?
?
?
METALETWORZYWA SZTUCZNE
CERAMIKA TECHNICZNA
niekorzystna mniej niekorzystna korzystna ? możliwa do osiągnięcia
Funkcje tworzyw ceramicznych
Funkcje termiczne
izolacje termiczne promienniki IR
Funkcje mechaniczne
wirnikikomory spalaniałożyskadysze palnikównarzędzia skrawające
Funkcje biologiczne
sztuczne korzenie zębówendoprotezykości i stawysztuczne zastawki serca
nośniki katalizatorówkatalizatoryelektrodynośniki enzymówczujniki gazówdetektory węglowodorówukłady alarmowe przecieku gazu
Funkcje chemiczne
Funkcje nuklearne
paliwa nuklearnemateriały na osłony i ekrany
Funkcje optyczne
świetlówkiwysokociśnieniowe lampy sodowelasery
Funkcje magnetyczne
głowice magnetofonowerdzenie pamięcimagnesysilniki miniaturowe
Funkcje elektryczne
Kondensatorypodłoża elektroniczneelementy czujników temperaturyogniwa słoneczne
Zastosowanie ceramiki konstrukcyjnej
Ceramika konstrukcyjna obejmuje swoim zasięgiem głównie:
• mechanoceramikę
• chemoceramikę
• bioceramikę
• termoceramikę
• Części silników spalinowych• Części turbin gazowych• Części statków powietrznych
i sprzętu wojskowego• Części termoodporne• Części odporne na ścieranie• Łożyska toczne• Części pomp i armatury• Narzędzia do szybkościowej
obróbki metali
Zastosowanie ceramiki konstrukcyjnej
W obrębie mechanoceramiki wyróżnić można kilka podstawowych grup wyrobów:
Zastosowanie ceramiki funkcjonalnej
• Około 70% obrotów rynku ceramicznego skupia się wokół wyrobów spełniających głównie funkcje elektryczne (ceramika elektroniczna)
• Do najważniejszych wyrobów z zakresu elektroceramiki zalicza się: kondensatory, filtry, przetworniki, termistory, warystory, izolatory, podłoża do układów scalonych, świece zapłonowe.
• optoceramika – materiały laserowe, okienka optyczne, przetworniki elektrooptyczne
Właściwości materiałów ceramicznych
Charakterystyczna różnica między ceramiką a innymi materiałami leży w wytrzymałości na wzrastające naprężenia (ciągliwość).
Z uwagi na silne wiązania kowalencyjno-jonowe materiały ceramiczne są z natury kruche.
Podstawowym ograniczeniem szerszego stosowania materiałów ceramicznych jest ich KRUCHOŚĆ. Często defekt struktury nie powoduje widocznych zmian a jednak w następstwie korozji naprężeniowej, tworzącej ciągłe pękniecie, może dojść do zniszczenia wyrobu w czasie eksploatacji.
Ceramikamonolityczna
naprę
żenie
odkształcenie
Metal
Zniszczeniekatastroficzne
MATERIAŁY WSPÓŁCZESNE
TWORZYWA CERAMICZNEKompozyty
ceramika-metalKompozyty ceramika-
tworzywo sztuczne
Kompozyty ceramika-metal-tworzywo sztuczne
METALE TWORZYWASZTUCZNE
Dotychczasowe zastosowanie i prognozy wzrostu udziału procentowego szeregu materiałów w
konstrukcji silników samolotowych
1960 1970 19901980 2000 2010
10
20
30
40
50STAL
STOPY NIKLU
STOPY TYTANU
STOPY ALUMINIUM
METALOWE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE
CERAMICZNE MATERIAŁY
KOMPOZYTOWE
Lata 1990-91
uruchomienie masowej produkcji tłoków i bloków cylindrowych zbrojonych lokalnie (Toyota, Honda i Ebisawa
opanowanie procesu naparowywania - wlewki i wyroby kształtowane przez firmę ALCAN
opracowanie przez firmę Lanxide metody bezpośredniego utleniania/azotowania i infiltracji quasi-grawitacyjnej - kompozyty odporne na ścieranie i obudowy mikroukładów elektronicznych
komercjalizacja kompozytów zbrojonych dyspersyjnie SiC i Al2O3
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Rok
Pracekoncepcyjne
Pracebadawcze
Prace optyma-lizacyjne
Produkcjarynkowa
KOMPOZYTY CERAMICZNE
CERAMIKA MONOLITYCZNA
POKRYCIA CERAMICZNESTADIA ROZWOJOWE
GŁÓWNYCH
RODZAJÓW CERAMIKI
SPECJALNEJ W
ODNIESIENIU DO
CZĘŚCI SILNIKOWYCH
Mikroreaktor ceramiczny
R.Pampuch, Kompozyty, nr 12, 4(2004)
Nanostrukturalne (nanokrystaliczne) materiały
Wielkość ziarna (na ogół) 110 nm
lecz nie większa niż 100 nm
Gdy ziarno < 100 nm właściwości materiałów zmieniają się gwałtownie:
wytrzymałość mechaniczna rośnie ok. 4x
przesuwa się granica plastyczności materiału
przewodnictwo cieplne spada kilka razy
mikrotwardość wzrasta dwa razy, np. n-Al2O3-SiC (10%obj.)
odporność na ścieranie wzrasta 4 razy, np. n-Al2O3-TiO2 (13%obj.)
Wielkość nanokryształu jest zbliżona do wielkości komórki elementarnej
B.Pałosz, Kompozyty 4(2004)9
pojedyńczy nano-kryształ ma budowę dwufazową wnętrze-powierzchnia (core-shell)
NANOSTRUKTURALNE (NANOKRYSTALICZNE) MATERIAŁY
Wielkość ziarna ( na ogół) 1÷10 nm, lecz nie większa niż 100 nm
Droga i skomplikowana produkcja nanoproszków
Eliminacja aglomeracji proszków nanokrystalicznych
Trudności we właściwym zagęszczeniu proszków nanokrystalicznych
Minimalizacja procesu wzrostu ziarna podczas spiekania
PODSTAWOWE PROBLEMY
OTRZYMYWANIA NANOPROSZKÓW
CERAMIKA
POLIMERY
METALE
INNE
36% 28% 24% 12%
ZESTAWIENIE NAKŁADÓW NA BADANIA NAUKOWE I ROZWOJOWE W DZIEDZINIE
PROJEKTOWANIA MATERIAŁÓW W NIEMCZECH W LATACH 2001-2002
Prognozy rozwojowe ceramicznych materiałów specjalnych
Główne cele badawcze:• Podniesienie wytrzymałości, a tym
samym niezawodności tworzyw oraz wyrobów.
• Poprawa właściwości wysokotemperaturowych.
• Optymalizacja struktury dla każdego przypadku zastosowania.
• Zmniejszenie kruchości materiałów ceramicznych i tym samym zawężenie tolerancji uszkodzeń. 0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
Jap
on
ia
US
A
Nie
mcy F
ran
cja
Wie
lka
Bry
tan
ia
Kore
a P
ołu
dn
iow
a
Skala aktywności wiodących krajów w zakresie zgłoszeń patentowych związanych z ceramiką specjalną (1981-1995)
top related