Materiały stosowane na konstrukcje.
Stopy Fe-C.
Żelazo ma ograniczone zastosowanie ze względu na niskie własności wytrzymałościowe (Rm = 300-350 MPa). Dlatego zastosowanie w przemyśle znalazły stopy tego pierwiastka z węglem i innymi dodatkami. Istnieją trzy podstawowe stopy żelaza z węglem: stale, staliwa i żeliwa.
Stal.
Jest to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami, zawierającym do 2, 11% węgla. Po odlaniu stale są przetwarzane drogą przeróbki plastycznej na inne półwyroby dla przemysłu. W zależności od obecności i zawartości innych pierwiastków wyróżnia się stale węglowe i stopowe. Wśród stali stopowych wyróżnia się stale do ulepszania, do nawęglania, do azotowania, nierdzewne, kwasoodporne, żaroodporne, itp.
Staliwo.
To stal w postaci lanej, stosowana na odlewy. W porównaniu ze stalą, staliwo ma strukturę gruboziarnistą, przez co wykazuje gorsze własności mechaniczne, a zwłaszcza niższe wskaźniki plastyczności, jak udarność czy wydłużenie. Własności te są jednak lepsze od żeliw. Dzięki temu staliwa są stosowane na odlewy w tych przypadkach, gdy ze względu na wymaganą plastyczność nie można zastosować żeliwa. Staliwo poddaje się obróbce cieplnej.
Żeliwo.
Jest to stop o zawartości węgla powyżej 2, 11% i podobnie jak staliwo nie podlega przeróbce plastycznej. Zawartość węgla w żeliwach na ogół nie przekracza 4%. W zależności od składu i struktury rozróżnia się podstawowe rodzaje żeliwa: białe, szare i sferoidalne. Żeliwo można również poddawać obróbce cieplnej.
Rodzaje stali.
Istnieje wiele sposobów klasyfikacji stali w zależności od składu chemicznego, ilości dodatków stopowych, struktury, zastosowania, własności fizykochemicznych, itp.
Podział według najpopularniejszych kryteriów:
Ze względu na zawartość węgla i udział pierwiastków stopowych można podzielić stal na:
- węglową:
niskowęglową,
średniowęglową,
wysokowęglową
- stopową:
niskostopową,
wysokostopową.
Ze względu na zastosowanie rozróżnia się stal:
- konstrukcyjną:
niskostopowa,
ogólnego stosowania,
wyższej jakości,
automatowa,
łożyskowa,
sprężynowa,
do ulepszania cieplnego,
do nawęglania,
do azotowania,
- narzędziową:
węglowa,
stopowa (do pracy na zimno, do pracy na gorąco, szybkotnąca),
- specjalną:
nierdzewna,
kwasoodporna,
żaroodporna,
żarowytrzymała,
transformatorowa,
niemagnetyczna,
trudnościeralna,
zaworowa.
Zastosowanie stali.
Skład chemiczny decyduje o własnościach stali, a co za tym idzie, o jej zastosowaniu.
Przykłady zastosowań dla popularnych gatunków stali:
18G2A/S355J2/A105/St52-3
Stal używana głównie do wykonywania elementów spawanych ogólnego przeznaczenia, części maszyn w przemyśle budowlanym, elementów konstrukcyjnych, wagonów, rur o dużych średnicach, itp..., Stal ta doskonale się spawa i dzięki temu nadaje się do wielu zastosowań technicznych. W zależności od potrzeb i asortymentu występuje w postaci surowej lub normalizowanej. W szczególnych przypadkach stosuje się ulepszanie cieplne.
45/C45/1045
Stal stosowana bardzo często w przemyśle maszynowym do wykonywania kół zębatych, wałów średnio obciążonych, wrzecion, noży zwykłych, piast do kół. Gatunek ten jest trudno spawalny. Ze względu na bardzo małą spawalność i większą hartowność, stal w tym gatunku jest bardzo często zamiennikiem gatunków do ulepszania w przypadku mniej obciążonych części maszyn i urządzeń.
40HM/42CrMo4/4140
Stal charakteryzuje się dużą hartownością i jest typowym gatunkiem do ulepszania cieplnego. W związku z tym jest stosowana na, pracujące pod dużymi obciążeniami, części maszyn jak koła zębate, wały, wirniki, itp. Stal posiada bardzo dobre własności mechaniczne i dość dużą odporność na ścieranie.
17HNM/17CrNiMo6/18CrNiMo7-6
Stal do nawęglania używania do produkcji szczególnie obciążonych części maszyn jak koła zębate, turbiny, sworznie, wały wysokoobrotowe.
16HG/16MnCr5
Stal do nawęglania przeznaczona do produkcji części maszyn o małych rozmiarach, pracujących przy niewielkich obciążeniach.
Wpływ pierwiastków na własności stali.
Zawartość pierwiastków, będących dodatkami stopowymi, oraz innych domieszek ma wpływ na własności danego gatunku stali.
Wpływ zawartości podstawowych pierwiastków na własności stali.
Węgiel - C
Wzrost zawartości węgla powoduje zwiększenie twardości i poprawę własności mechanicznych jak wytrzymałość na rozciąganie, obniżają się, zatem własności plastyczne jak wydłużenie i przewężenie. Maksymalną wytrzymałość osiąga stal przy zawartości ok. 0, 85% węgla. Przy większej zawartości węgla wytrzymałość zmniejsza się na skutek pojawiania się coraz większej ilości cementu wtórnego, który wydziela się na granicach ziaren. Zwiększenie zawartości węgla, oprócz obniżenia własności plastycznych, pogarsza również własności technologiczne stali węglowej, szczególne znaczenie ma pogorszenie spawalności.
Mangan - Mn
Podobnie jak węgiel, mangan zwiększa własności wytrzymałościowe kosztem plastycznych. Zwiększa hartowność stali już przy zawartościach około 1%. Przeciwdziała "kruchości na gorąco" i wpływa dodatnio na skrawalność. Dodatek tego pierwiastka powoduje również zwiększenie odporności na ścieranie. Stale o dużej zawartości manganu są używane do produkcji blach trudnościeralnych. Obniża również zdecydowanie kowalność i skrawalność w stalach austenitycznych.
Krzem - Si
Krzem jest dobrym odtleniaczem, zwiększa hartowność stali zawierających pierwiastki węglikotwórcze. Dodatek krzemu podnosi wytrzymałość i granicę sprężystości stali hartowanych i odpuszczonych w połączeniu ze wzrostem odporności na obciążenia dynamiczne, powiększa odporność na utlenianie stali żaroodpornych. Stale o podwyższonej zawartości tego pierwiastka są stosowane do produkcji sprężyn i innych elementów sprężystych. Krzem jest stosowany również w stalach o specjalnych własnościach magnetycznych. Jest podstawowym składnikiem blach magnetycznych prądnicowych i transformatorowych.
Fosfor - P
Jest pierwiastkiem będącym domieszką w stali. Fosfor dostaje się do stali z rud żelaza, które zawierają różne jego ilości. Podczas wytapiania fosfor zostaje z niej usunięty w mniejszym lub większym stopniu, zależnie od rodzaju procesu stalowniczego. Fosfor rozpuszczony w ferrycie zmniejsza bardzo znacznie jego plastyczność i
podwyższa temperaturę, w której stal staje się krucha, wywołując tzw. kruchość na zimno. Ten wpływ fosforu jest bardzo wyraźny wówczas, gdy jego zawartość w stali jest większa niż 0,1%. Jednak w stalach przeznaczonych na odpowiedzialne wyroby zawartość nawet 0,05% P jest niebezpieczna i należy jej unikać, ponieważ w czasie krystalizacji stali zachodzi silna segregacja fosforu, wskutek czego w pewnych miejscach jego zawartość będzie dość znaczna i będzie powodować kruchość. W zależności od przeznaczenia stali ustala się ostrzejsze wymagania dotyczące zawartości fosforu (np. max 0, 025%). Należy zaznaczyć, że w niektórych wyjątkowych przypadkach zawartość fosforu w stali może być pożyteczna. Na przykład w stalach automatowych dodatek ok. 0,1% P polepsza skrawalność, zaś do ok. 0,35% - zwiększa odporność na ścieranie. Przy jednoczesnej zawartości miedzi fosfor zwiększa odporność stali na korozję atmosferyczną.
Siarka - S
Siarka, podobnie jak fosfor dostaje się do stali z rud żelaza, a ponadto z gazów piecowych, tzn. z produktów spalania paliwa zawierających dwutlenek siarki (SO2). Siarkę można w znacznej mierze usunąć ze stali, jeżeli stosuje się podczas wytapiana zasadowy proces elektryczny. W stalach wysokojakościowych zawartość siarki
ogranicza się zazwyczaj do 0,02 ÷ 0,03%. W stali zwykłej jakości dopuszcza się większą zawartość siarki (do 0,05%). Siarka nie rozpuszcza się w żelazie, lecz tworzy siarczek żelazawy FeS, który powoduje kruchość stali nagrzanych do temperatury 800°C i powyżej. Zjawisko to nosi nazwę kruchości na gorąco. Wskutek tej wady stal zawierająca większy procent siarki nie nadaje się do przeróbki plastycznej na gorąco. Siarka pogarsza również spawalność stali. Natomiast, podobnie jak fosfor, polepsza skrawalność stali i w ilości 0,15-0,30% jest wprowadzana celowo do stali automatowych.
Chrom -Cr
Chrom jest bardzo ważnym dodatkiem w stali. Zdecydowanie zwiększa hartowność oraz polepsza własności wytrzymałościowe. Przy większych zawartościach zmniejsza spadek twardości podczas odpuszczania. W stalach o większej zawartości węgla zwiększa odporność na ścieranie. Jest podstawowym składnikiem stali nierdzewnych i żaroodpornych, ponieważ zwiększa odporność na korozję.
Nikiel - Ni
Umożliwia otrzymanie stali o dużej lub umiarkowanej hartowności (zależnie od zawartości innych pierwiastków) i stosunkowo niskiej temperaturze austenityzacji. Podwyższa własności wytrzymałościowe i plastyczne, zwłaszcza przy niskich temperaturach. Zwiększa, w znacznym stopniu, odporność na wysokie temperatury. Jest składnikiem stali o szczególnych własnościach fizycznych.
Wolfram - W
Tworzy twarde i odporne na ścieranie węgliki w stalach narzędziowych. Daje twardość wtórną oraz twardość przy temperaturach do 600 °C. Podnosi granicę pełzania i wytrzymałość czasową stali żarowytrzymałych. Zapewnia drobnoziarnistość.
Molibden - Mo
Hamuje rozrost ziaren austenitu, powiększa hartowność i daje twardość wtórną. Przeciwdziała kruchości odpuszczania, podnosi wytrzymałość czasową na gorąco i granicę pełzania. Zwiększa odporność stali nierdzewnych na działanie roztworów zawierających chlorki.
Wanad - V
Zwiększa odporność na przegrzanie i powoduje drobnoziarnistość stali. W stalach narzędziowych tworzy twarde węgliki zwiększając odporność na ścieranie. Hamuje rozrost ziaren austenitu. Jeśli jest rozpuszczony w austenicie, daje twardość wtórną.
Tytan - Ti
Obniża twardość i hartowność stali niskostopowych spawalnych. Przeciwdziała korozji międzykrystalicznej w stalach nierdzewnych. Utwardza dyspersyjnie żaroodporne stopy niklu.
Kobalt - Co
Zmniejsza spadek twardości wraz ze wzrostem temperatury. Z tego powodu jest cennym składnikiem stali żarowytrzymałych, szybkotnących i niektórych stali narzędziowych do pracy na gorąco. Jest składnikiem stali i stopów o szczególnych własnościach magnetycznych.
Niob - Nb
Hamuje rozrost ziaren austenitu, a przy niższych temperaturach austenityzowania obniża hartowność. Stwarza możliwość utwardzania dyspersyjnego i z tego powodu jest składnikiem stali żaroodpornych i żarowytrzymałych.
Metale nieżelazne właściwości i zastosowanie w technice. |
|||
Lp. |
Metale nieżelazne |
Właściwości |
Zastosowanie |
1 |
Miedź (Cu) |
Najczęściej występuje w postaci związków chemicznych z tlenem, żelazem i siarką. Miedź ma barwę czerwonozłotą i dopóki nie pokryje się patyną silny połysk. Jest odporna na korozję, daje się dobrze kuć i walcować tak na zimno, jak i na gorąco; daje się również odlewać. Charakteryzuje się bardzo dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym. |
Stosowana jest głównie w elektrotechnice na różnego rodzaju przewody, w galwanotechnice do miedziowania, używa się jej w przemyśle spożywczym, budownictwie okrętowym, w postaci rurek wykorzystuje w nowoczesnych instalacjach CO, z blach miedzianych wykonuje się pokrycia dachowe, jest pierwiastkiem stopowym. |
2 |
Mosiądz |
Jest to stop miedzi z cynkiem (do 45% Zn). Mosiądze specjalne zawierają jeszcze ołów, cynę, aluminium, nikiel, żelazo, krzem. Barwa mosiądzu zmienia się od złotej do czerwonej. W zależności od rodzaju i zawartości składników stopowych mosiądze mogą być twarde, sprężyste lub plastyczne. Mosiądze plastyczne są łatwo obrabialne i mają dobre właściwości odlewnicze. Przy mniejszej zawartości cynku otrzymujemy "tombak", tzw. fałszywe złoto. |
Mosiądz stosowany jest szeroko w przy wyrobie: części maszyn, osprzętu statków, gdyż są odporne na wodę morską, części zegarków, przyrządów pomiarowych, armatury hydraulicznej i gazowej, do wyrobu okuć meblowych, gałek, klamek itp. Mosiądz jest często stosowany w przemyśle artystycznym. |
3 |
Brąz |
Jest to stop miedzi z cyną. Barwa brązów zależna jest od składu i zmienia się od ciemnoszarej do różowej przy dużej zawartości miedzi. Przy niewielkiej zawartości cyny brązy są plastyczne, przy większej są nieplastyczne. Brązy typu odlewniczego łatwo się odlewają, a obróbka ich jest łatwa. Własności wytrzymałościowe brązu są znacznie większe niż miedzi. Brązy są odporne na działanie czynników atmosferycznych, gdyż pod ich wpływem pokrywają się ochronną warstwą patyny. |
Zastosowanie jest różnorodne. Stosowane są w budowie maszyn na części odporne na korozję i na ścieranie. Wykonuje się z nich części aparatury pomiarowej, chemicznej, panewki łożysk ślizgowych, części osprzętu jachtowego, dzwony, świeczniki, dawniej lufy armat. |
4 |
Glin Al (Aluminium) |
[Al] to glin. Aluminium to wyrób hutniczy zawierający nawet 99, 995 % Al. Barwa srebrnobiała, mała gęstość. Jest jednym z najbardziej odpornych metali na korozję. Pod wpływem czynników atm. pokrywa się cienką warstwą tlenku. Aluminium jest odporne na działanie większości kwasów organicznych. Nie jest natomiast odporne na działanie kwasu solnego, siarkowego, ługu potasowego i sodowego. Aluminium daje się dobrze kuć, walcować, przeciągać. Jest bardzo dobrym przewodnikiem prądu i ciepła. Jest paramagnetykiem - stopień jego namagnesowania jest szczątkowy. |
W stanie czystym aluminium stosuje się w przemyśle spożywczym, chemicznym, elektrotechnicznym na przewody - zwłaszcza wysokiego napięcia. Z aluminium wytwarza się naczynia kuchenne, folię aluminiową, opakowania, w postaci proszku farbę. W postaci stopów aluminium wykorzystuje przemysł samochodowy, lotniczy, wagonowy. |
5 |
Duraluminium |
To stop aluminium, miedzi, manganu, magnezu, krzemu i żelaza. Przy zachowaniu małej gęstości i cech aluminium charakteryzuje się dużą wytrzymałością. |
Durale stosowane są głównie w przemyśle lotniczym i samochodowym oraz do wyrobu urządzeń gospodarstwa domowego. |
6 |
Silumin |
To stop aluminium i krzemu. Charakteryzuje się dużą odpornością na wysoką temperaturę. |
Z siluminu wykonywane są tłoki silników spalinowych. |
7 |
Cyna [Sn] |
Cyna jest metalem o barwie srebrzystobiałej, jest miękka i bardzo plastyczna, odporna na działanie kwasów. Podczas zginania wydaje charakterystyczny chrzęst, który jest wynikiem tarcia pomiędzy kryształami. W niskiej temperaturze cyna przeobraża się w szary proszek. Cyna posiada niską temperaturę topnienia 232 [C], bardzo dobrze się walcuje, kuje na zimno, co wykorzystano przy produkcji cynfolii. |
Cyna jest przede wszystkim składnikiem miękkich lutów,jest częstym pierwiastkiem stopowym. Zastosowanie jej w celach konstrukcyjnych jest nikłe ze względu na bardzo małą wytrzymałość tego metalu. Z cyny wyrabia się rurki na przewody do wina, a cienkie blachy znalazły zastosowanie w przemyśle spożywczym. |
8 |
Cynk [Zn] |
Cynk jest metalem o barwie srebrzystej z błękitnym odcieniem, jest odporny na działanie czynników atmosferycznych (powłoka tlenkowo-węglanowa tworzy warstwę ochronną), nie jest odporny na działanie kwasów. Cynk jest metalem plastycznym. W temperaturze 100 - 160 [C] daje się łatwo obrabiać. |
Cynk stosowany jest przede wszystkim na powłoki ochronne stali nakładane na gorąco, natryskowo lub galwanicznie. Cynk jest też składnikiem wielu stopów takich jak mosiądze czy znal. Tlenek cynku [ZnO] używany jest do wyrobu bieli cynkowej (farba olejna artystyczna, maści i kremy w farmacji), siarczan cynku do wytwarzania farb, chlorek cynku, jako środek do impregnacji drewna, siarczek cynku, jako wypełniacz do gumy i tworzyw sztucznych. |
9 |
Nikiel [Ni] |
Jest wyjątkowo odporny na działanie czynników atmosferycznych, wykazuje dużą odporność na działanie wody morskiej, alkaliów, roztworów alkalicznych soli i kwasów organicznych. Nikiel można kuć, walcować i prasować na gorąco, można go spawać palnikiem lub elektrycznie, zgrzewać i lutować. |
W stanie czystym stosuje się przede wszystkim w przemyśle chemicznym i spożywczym na (kotły, autoklawy, filtry), na przyrządy laboratoryjne. Jest on częstym składnikiem stopowym żeliw specjalnych, brązu, mosiądzu. Szeroko stosowany jest na powłoki galwaniczne dla innych metali w przemyśle samochodowym, rowerowym. |
10 |
Ołów [Pb] |
Jest metalem o barwie szarej z metalicznym połyskiem, pod wpływem działania powietrza pokrywa się szarą powłoką tlenku ołowiu, która chroni go przed dalszym utlenianiem. W kontakcie z wodą miękką tworzy trujące sole. Pary ołowiu i jego związki są silnie trujące. Ołów jest bardzo miękki, daje się łatwo obrabiać plastycznie, daje się dobrze odlewać. |
Stosowany jest głównie w przemyśle chemicznym na wykładziny komór i rur do kwasów, w przemyśle samochodowym, jako ogniwa akumulatorów, na ekrany ochronne w radiologii, w galwanotechnice na okładziny wanien, w budownictwie do uszczelnia przewodów kanalizacyjnych, jest składnikiem miękkich lutów oraz składnikiem stopowym stopów łożyskowych, brązów. |
11 |
Wolfram [W] |
Ma barwę szaro metaliczną, najwyższą z metali temperaturę topnienia, dużą twardość. |
Stosowany jest na żarniki żarówek, katody lamp elektronowych, styki przerywaczy, jest składnikiem stopowym wielu stali narzędziowych, zwłaszcza szybkotnących. Węgliki wolframu są głównym składnikiem spieków narzędziowych. |
12 |
Tytan [T] |
Ma barwę ciemnoszarą, jest lekkim i plastycznym metalem konstrukcyjnym, jest odporny na korozję. |
Jest przede wszystkim pierwiastkiem stopowym, używany jest do produkcji węglików spiekanych. Stopy tytanu stosuje się przemyśle lotniczym, chirurgii na implanty kostne, przemyśle zbrojeniowym, okrętowym. Biel tytanowa (dwutlenek tytanu) jest składnikiem farb, dodatkiem w produkcji gumy i ceramiki. |
13 |
Chrom [Cr] |
Ma barwę srebrzystą z niebieskawym odcieniem, jest metalem twardym, jest trudno rozpuszczalny w kwasach i odporny na czynniki atmosferyczne. |
Stosowany jest głównie na powłoki antykorozyjne na inne metale, do chromowania dekoracyjnego w przemyśle motoryzacyjnym. W metalurgii chrom jest pierwiastkiem stopowym wielu stali, żeliwa i stopów oporowych. |
14 |
Mangan [Mn] |
Barwa szarobiała, jest metalem kruchym odpornym na działanie czynników atmosferycznych. |
Mangan jest przede wszystkim pierwiastkiem stopowym. W metalurgii żelaza jest środkiem odtleniajacym i odsiarczającym. Jest naturalnym składnikiem stopowym żeliw, stali. Tlenek manganu wykorzystywany jest, jako sykatywa przy produkcji pokostu, ma właściwości antyseptyczne. |
15 |
Molibden [Mo] |
Ma barwę srebrzystą, jest metalem twardym o dużej temperaturze topnienia, łatwo się utlenia. |
Stosowany jest głównie do produkcji lamp elektronowych na druciki podtrzymujące spirale wolframową, na opory grzejne, jest składnikiem stopowym wielu stali stopowych, jest stosowany do produkcji twardych spieków narzędziowych, związki molibdenu stosuje się do barwienia szkła, emalii, jest częstym składnikiem smarów. |
Polimery.
Polimery (gr. polymeres - wieloczęściowy, zbudowany z wielu części) - substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.
Przez "bardzo dużą masę cząsteczkową" rozumie się zwykle taką sytuację, gdy odjęcie lub przyłączenie jednego meru nie zmienia w zasadniczym stopniu ogólnych własności chemicznych i fizycznych związku chemicznego. Odróżnia to polimery od oligomerów, które mają jeszcze na tyle małą masę cząsteczkową, że dodanie do nich lub odjęcie jednego meru skutkuje zauważalną zmianą np. ich temperatury topnienia.
Fragment łańcucha przykładowego syntetycznego polimeru - polipropylenu
Przykłady polimerów:
polietylen (PE) - folie, jest odporny chemicznie, biały lub przezroczysty, tłusty w dotyku.
polipropylen (PP) - pojemniki, zabawki, bardziej wytrzymały niż polietylen (wyższa temperatura topnienia) np. wykładziny, rury, ale jest trudniejszy w obróbce, bardziej odporny chemicznie i łatwo się go barwi na żywe kolory.
polistyren (PS) - tworzywo konstrukcyjne, kruche ale wytrzymałe na zgniatanie.
poliakrylonitryl (PAN) - popularna "anilana" - podstawowy składnik tzw. sztucznego jedwabiu
poli(tereftalan etylenu) - (PET) - tworzywo przezroczyste, z którego produkuje się większość plastikowych butelek, oraz jest też stosowane jak sztuczne włókno (patrz polartec).
poli(tlenek etylenu) (PEO) - "sztuczna stal" - tworzywo konstrukcyjne o bardzo dużej wytrzymałości na rozciąganie i skręcanie
poli(chlorek winylu) (PCW, PVC) - wykazuje dużą odporność na działanie stężonych kwasów i zasad, produkuje się z niego panele podłogowe, rurki i węże, często występuje jako składnik klejów i lakierów.
nylon - mocny i rozciągliwy, wykorzystywany do produkcji lin i sztucznych włókien
kauczuk syntetyczny - cała grupa polimerów o własnościach elastycznych
politetrafluoroetylen (PTFE) - charakteryzuje się dużym napięciem powierzchniowym oraz jest wyjątkowo odporny chemicznie, ma też dość wysoką odporność termiczną, ale jest bardzo kosztowny i trudny w obróbce
poli(metakrylan metylu) (PMM) (szkło organiczne) - tworzywo o dużej przezroczystości, w zakresie światła widzialnego i UV.
polisiloksan - cała gama tworzyw, od kauczuków i żeli stosowanych w medycynie po tworzywa konstrukcyjne, farby i smary.
Zastosowania polimerów:
kleje i podobne środki powierzchniowo czynne
Spieki ceramiczne.
Spiekami ceramicznymi nazywa się wyroby lub półwyroby wytwarzane ze spiekanych tlenków, siarczków, węglików, azotków, borków, krzemków itd. Z ewentualnymi dodatkami ułatwiającymi proces formowania. Zależnie od doboru składników rozróżnia się spieki proste, jednoskładnikowe (np. tlenkowe, azotkowe, borkowe) i spieki złożone, wielofazowe (np. tlenkowo-węglikowe). Wśród tych ostatnich wyróżnia się grupę spieków ceramiczno-metalowych (tzw. cermetali), zawierających składniki metalowe i ceramiczne. Spieki ceramiczne cechuje brak jednorodności fizycznej oraz porowatość, zależna od rodzaju materiału i stopnia spieczenia. Zwykle charakteryzują się one wysoką temperaturą topnienia, dużą twardością, dużą odpornością na korozyjne i erozyjne działanie gazów o wysokich temperaturach, dużą wytrzymałością na ściskanie i kruchością. Znajdują coraz szersze zastosowanie, jako tworzywa na ogniotrwały sprzęt laboratoryjny, na tygle do topienia metali, elementy grzejne, świece do silników spalinowych, części silników lotniczych i rakiet, części turbin gazowych, a także na elementy konstrukcyjne urządzeń jądrowych. W przemyśle lotniczym jak dotąd najczęściej wykorzystuje się tlenkowe spieki ceramiczne, zwłaszcza z tlenku aluminium.
Materiały kompozytowe.
Materiał kompozytowy (lub kompozyt) - materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach. Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z komponentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu.
Wiele kompozytów wykazuje anizotropię różnych właściwości fizycznych. Nie muszą to być wyłącznie własności mechaniczne. Np. polaroid to przykład kompozytu, który osiągnął sukces komercyjny dzięki jego szczególnym anizotropowym własnościom elektrooptycznym.
Jednymi z najczęściej stosowanych komponentów konstrukcyjnych są silne włókna takie jak włókno szklane, kwarc, azbest, kevlar czy włókna węglowe dając materiałowi dużą odporność na rozciąganie. Do najczęściej stosowanych lepiszczy zaliczają się żywice syntetyczne oparte na poliestrach, polieterach (epoksydach), poliuretanach i żywicach silikonowych.
Materiały kompozytowe znane są ludzkości od tysięcy lat. Np. tradycyjna, chińska laka, służąca do wyrobu naczyń i mebli otrzymywana przez przesycanie wielu cienkich warstw papieru i tkanin żywicznym „samoutwardzalnym” sokiem z sumaka rhus, była stosowana, od co najmniej V w. p.n.e. Równie starym i powszechnie stosowanym od wieków kompozytem jest drewniana sklejka.
Kompozyty mają zastosowanie, jako materiały konstrukcyjne w wielu dziedzinach techniki, m.in. w budownictwie (np. beton, żelbet), w technice lotniczej i astronautyce (np. elementy samolotów, rakiet, sztucznych satelitów), w przemyśle środków transportu kołowego i szynowego (np. resory i zderzaki samochodowe, okładziny hamulcowe), w produkcji części maszyn, urządzeń i wyrobów sprzętu sportowego (np. łodzie, narty, tyczki, oszczepy).
Współczesny rozwój materiałów kompozytowych zaczął się jednak dopiero po opanowaniu procesu produkcji żywic syntetycznych, stanowiącym podstawę produkcji laminatów. Jednym z pierwszych kompozytów opartych na tych żywicach był bakelit, pierwszy przedstawiciel fenoplastów. Gwałtowny rozwój materiałów kompozytowych był też związany z rosnącym zapotrzebowaniem przemysłu lotniczego, kosmicznego i motoryzacyjnego na lekkie i wytrzymałe materiały, którymi dałoby się zastąpić stal i inne metale. Obecnie, kompozyty stosuje w wielu technologiach - począwszy od implantów stosowanych w medycynie po tanie materiały konstrukcyjne stosowane w budownictwie.
Rodzaje kompozytów:
mikrokompozyty i nanokompozyty - w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym - tego rodzaju kompozyty występują w organizmach naturalnych - np. drewno - jest rodzajem mikrokompozytu, w skład, którego wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe, "sklejone" ligniną - współcześnie próby sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badań nanotechnologicznych,
stopy strukturalne - które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami, polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze - przykładem tego rodzaju kompozytu jest stal damasceńska i duraluminium.
Porównanie własności materiałów konstrukcyjnych:
Metale- zwykle wytrzymałe, tanie, łatwe w formowaniu w procesach fizycznych i termicznych.
Polimery- lekkie, tanie, odporne na korozję, łatwe w formowaniu w procesach fizycznych, chemicznych i termicznych.
Materiały ceramiczne- twarde, odporne i trwałe, odporne na korozję i wysokie temperatury.
Kompozyty- niekiedy wykazują najlepsze cechy powyższych materiałów. Są niestety drogie i trudne w przetwórstwie.
ŹRÓDŁA:
1
