Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Mechaniczny Technologiczny

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

Grupa 5

Materiały ceramiczne - sprawozdanie

Kopiec Damian

Skuza Mateusz

Szymiczek Krzysztof

Ogólna klasyfikacja materiałów ceramicznych:

Ceramikę stanowią materiały nieorganiczne o kowalencyjnych i jonowych wiązaniach między atomowych wytwarzane zwykle w procesach wysokotemperaturowych związanych z przebiegiem nieodwracalnych reakcji. Do tej grupy materiałów zaliczane są również szkła oraz beton i cement, pomimo że, przy ich wytwarzaniu nie zachodzą wszystkie z tych procesów.

Materiały ceramiczne dzielimy na:

Ceramika inżynierska - określana również jako ceramika specjalna lub ceramika drobnoziarnista. Wytwarzana jest w wyniku spiekania, w wysokiej temperaturze, bez udziału fazy ciekłej, bardzo czystych związków, takich jak tlenki, azotki, węgliki a także diament i wykazujące w stanie stałym postać krystaliczną bez udziału fazy szklistej.

Cermetale - złożone są z drobnych cząsteczek krystalicznych, np. węglików lub azotków równomiernie rozmieszczonych w osnowie metali lub ich stopów stanowiących lepiszcze, o udziale masowym 5 - 15%. Cermetale są wytwarzane metodami metalurgii proszków ze spiekaniem w wysokiej temperaturze, najczęściej niższej od temperatury topnienia każdego ze składników. Niektóre z tych materiałów, mogą być poddawane obróbce cieplnej, podobnie jak stopy metali.

Ceramika porowata - określana jest również jako tradycyjna klasyczna lub wielko tonażową z tego względu ze zwykle obejmuje masowo produkowane materiały budowlane ogniotrwale lub stosowane w technice sanitarnej w tym kamionkę porcelanę dachówkę i cegłę. Charakteryzuje się ona sporym udziałem fazy szklistej otaczającej składniki krystaliczne utworzone głównie z AL₂O₃, SiO₂, H₂O występujących w różnych proporcjach(głównie z gliny, krzemionki lub kwarcu, skalenia lub kaolinu). Ceramika porowata charakteryzuje się

z 5 - 15% udziałem porów, po wypaleniu w wysokiej temperaturze, stosowanym w celu odprowadzenia wody. W skład ceramiki porowatej zaliczany jest również cement oraz beton, wytwarzane w wyniku wypalenia, przemielenia uzyskanego w ten sposób klinkieru w drobny proszek i następnego tężenia i twardnienia, po zmieszaniu z wodą i drobnoziarnistym piaskiem - w przypadku zaprawy cementowej, lub z wodą, piaskiem i kruszywem - w przypadku betonu.

Szkła - mogą być używane za odmianę materiałów ceramicznych, pomimo przewagi struktury bezpostaciowej nad krystaliczną. Stan struktury szkieł jest pośredni między stanami:

Stan ten nie jest stanem równowagi i jest osiągany przez powstrzymanie krystalizacji, w wyniku szybkiego chłodzenia w zakresie temperatury krzepnięcia zapewniającej powstawanie fazy krystalicznej, w razie powolnego chłodzenia w warunkach zbliżonych do równowagowych. Szkła podlegają denitryfikacji stając się materiałami krystalicznymi

lecz okres ten trwa minimum kilkaset lat. Podstawowymi składnikami szkłotwórczymi są trzy tlenki kwasowe: SiO₂, B₂O₃, P₂O₃, tlenki arsenu i germanu, a także siarka, selen, i fluorek ołowiu. W skład szkła, oprócz składników szkłotwórczych, mogą wchodzić tlenki zasadowe metali alkalicznych (Na2O, K2O) i ziem alkalicznych (MgO, CaO) zwane modyfikatorami wiązań sieci przestrzennej. Trzecią grupę składników szkieł stanowią tlenki pośrednie, takich metali jak aluminium lub berylu, które nie mogą samodzielnie utworzyć sieci przestrzennej szkła, lecz jedynie przyłączyć się do istniejącej sieci. Szkło jest przezroczyste dla światła widzialnego, a współczynnik załamania światła może być regulowany przez odpowiednie dodatki tlenków, np. ołowiu. Podobnie można zmienić zabarwienie przez dodatki tlenków metali przejściowych, co może nawet doprowadzić do utraty przezroczystości. Szkło jest izolatorem elektrycznym, a także cechuje się bardzo małą przewodnością cieplną.

Ceramika szklana - zwana też dewitryfikatami lub pyroceramiką powstaje przez krystalizację

( odszklenie) masy szklanej w ściśle określony sposób, umożliwiający tworzenie struktury drobnoziarnistej, bez porowatości, z pozostałością tylko około 2% fazy szklistej. Otrzymuje się ją w wyniku krystalizacji szkła na zarodkach tworzonych przez niewielkie dodatki Cu, Ag, Au, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Możliwe jest również uzyskanie podobnych materiałów przez dodatki katalizatorów, np. platynowców lub tlenków tytanu bez konieczności napromieniowania, lecz podczas obróbki cieplnej. Materiały te mają własności mechaniczne i odporność na udary cieplne znacznie większe od szkieł, a niektóre własności lepsze od ceramiki inżynierskiej.

Metody wytwarzania proszków
Mechaniczne		Fizykochemiczne
z fazy stałej:	z fazy ciekłej:	z fazy gazowej:	elektrolityczna:	redukowania:	inne:
- zdzieranie	- granulowanie	- zestalanie	- z roztworów wodnych	- z roztworów wodnych
- frezowanie	- rozpylanie	- rozkład karbonylków
- ścieranie	- rozpylanie i rozdrabnianie mechaniczne						- ze stopionych soli	- ze stopionych soli
- tłuczenie						- inne
- rozbijanie								- cieplnie ze związków chemicznych

Proszki są wytwarzane w wyniku mechanicznego lub fizykochemicznego rozdrabniania wyjściowego materiału litego albo reakcji chemicznych lub fizykochemicznych z innych materiałów

Metodami mechanicznymi przez rozdrabnianie w młynach kulowych, wibracyjnych lub wirowo-udarowych uzyskuje się proszki w kształcie talerzykowatym, wielościennym lub odłamkowym.

Metody mechaniczne są mało wydajne i mogą być stosowane do rozdrabniania metali i niemetali kruchych. Urządzeniem stosowanym do mechanicznego rozdrabniania proszków jest młyn wirowo-udarowy typu Hametag. W bębnie młyna dwa stalowe śmigła obracające się w przeciwnych kierunkach z dużą prędkościach powodują powstawanie wirów powietrza, które porywają cząstki wsadu metalowego w postaci pociętego drutu, wiórów i innych odpadków. Rozdrobnienie cząstek następuje w wyniku uderzania ich o śmigła i ściany bębna oraz o siebie. Gaz wdmuchiwany do bębna przez wentylator unosi proszek, kierując go przez segregator do osadnika. Proszek jest odbierany okresowo do hermetycznych osadników.

Metoda rozpylania.

Rozpylanie polega na rozbijaniu strumienia ciekłego na drobne kropelki przez środek rozpylający

działający pod znacznym ciśnieniem. Kropelki cieczy zastygają pod opadnięciem na dno zbiornika. Dodatkowo, w metodzie zwanej jako DPG poza rozpylaniem stosuje się również mechaniczne rozbijanie strumienia ciekłego metalu za pomocą łopatek - klinów, zamocowanych na wirującej tarczy. W metodzie określanej jako RZ proces rozpylania jest połączony z występującymi w jego trakcie lub stosowanymi później reakcjami chemicznymi utleniania, wypalania węgla lub jego redukcji.

Metody fizykochemiczne otrzymywania proszków.

Bardzo czyste chemicznie proszki metali, głównie żelaza, o charakterystycznej strukturze warstwowej i o kształcie kulistym otrzymuje się metodą, karbonylkową. Polega ona na wstępnym wytworzeniu karbonylków, np. Fe(CO)₅, w wyniku działania tlenku węgla na rude lub złom metalu w reaktorach wysokociśnieniowych. Karbonylki metali, które są cieczami, ogrzewane następnie powyżej temperatury wrzenia rozkładają się na czysty metal, osądzający się w czystych zbiornikach, oraz tlenek węgla, służący do wytwarzania następnej porcji karbonylków.

Metoda elektrolityczna polega na wydzielaniu metalu na katodzie, najczęściej w postaci gąbki, którą po wysuszeniu rozdrabnia się na proszek.

Proszki metali o niskiej temperaturze wrzenia, np. Zn, mogą być wytwarzane metodą odparowania metalu i następnie kondensacji jego par w zbiorniku, zwanym kondensatorem.

---