KOMPOZYTY

NA BAZIE

CERAMIKI

Kompozyty Ceramiczne

Zalety:

• Odporność na wysokie
temperatury
(żarowytrzymałość,
odporność na utlenianie)

• Duża twardość

• Odporność na

ścieranie

• Mała gęstość

• Duże E

• Odporność na

działanie środowiska

• Izolacja elektryczna i

cieplna

Wady:

• Kruchość

• - nagłe zmiany

obciążenia

• - drgania mechaniczne

• Małe Rm

• Wrażliwość na udary

cieplne

• Działanie H2O –

„zmęczenie

statyczne”

• Trudne i kosztowne

procesy

Produkcyjne

Kompozyty ceramiczne

Zasadniczym powodem wytwarzania kompozytów
ceramicznych jest zwiększenie odporności na pękanie
kruchej ceramiki.

Często uzyskuje się także zwiększenie innych
wskaźników wytrzymałościowych.

Istotą mechanizmu umocnienia jest najczęściej
ograniczanie rozwoju pęknięcia w osnowie.

Włókna lub cząstki mogą absorbować energię pękania,
odchylać lub stępiać wierzchołek pęknięcia.

Główna wada ceramiki jest kruchość
wprowadzenie zbrojenia do ceramicznej
osnowy służy
głównie zwiększeniu odporności na
pękanie

Bilans energii podczas pękania

Niestabilny wzrost pęknięcia nastąpi gdy energia
wyzwalana
w wyniku wzrostu pęknięcia będzie większą od
pochłanianej
(nie będzie konieczne dostarczanie energii z
zewnątrz)

Przyrost długości pęknięcia
powoduje:
pochłoniecie energii w wyniku m.in.:

tworzenia nowej powierzchni

pęknięcia,

odkształcenie plastycznego;
wyzwolenie części energii
odkształcenia
na skutek odciążenia materiału;

Pękanie kruche

Przykłady uszkodzeń w kompozytach
ceramicznych

Rozgałęzianie pęknięcia w fazie między ziarnowej tworzywa
ceramicznego

Przykłady uszkodzeń w kompozytach
ceramicznych

Efekt
mostkowania
pęknięcia przez
cząstkę
molibdenu

3 Metody wytwarzania kompozytów
ceramicznych

Metody te obejmują głównie:
- prasownie i spiekanie - kompozyty zbrojone
cząsteczkami i whiskerami,
- techniki wykorzystujące gęstwę -
kompozyty o osnowie szklanej i
szklanoceramicznej.
- formowanie przetłoczeniowe - kompozyty o
osnowie szklanej, szklanoceramicznej.
- osadzanie próżniowe metodami
chemicznymi lub fizycznymi - najczęściej
stosowany proces CVD.
- samorozwijającą się syntezę
wysokotemperaturową

Umocnienie cząstkami

 zwiększenie wytrzymałości na

zginanie i odporności na
pękanie,

 zwiększenie odporności na
nagłe zmiany temperatury,

 gwałtowny przebieg
procesu pękania;

Zbrojenie cząstkami

monolityczny Al2O3
(pękanie międzykrystaliczne)

nanokompozyt Al2O3+10%SiC
(pękanie trans krystaliczne)

Zbrojenie włóknami



Celem techniki kompozytowej jest
połączenie bardziej korzystnych właściwości
różnych materiałów pod kątem określonego
zastosowania.



Ceramika kompozytowa może zawierać takie
składniki jak: metale, polimery czy też
odmienną fazę ceramiczną jak np. whiskery
(mikroskopijne pojedyncze kryształy w
kształcie igieł).

Kompozyt
wzmocnio

ny

włóknami

Kompozyt
wzmocnio

ny

cząstkami

stałymi

Kompozyt

infiltrowan

y

Kompozyt

warstwow

y

Zastosowania kompozytów

ceramicznych:

narzędzia skrawające z dużymi prędkościami, np. z Al2 ę ją y p
ę , p 2O3
wzmocnionego wiskersami SiC, elementy silników spalinowych:
zawory
wlotowe (Nissan), pierścienie tłokowe (Isuzu), komora spalania,
wirniki,
łopatki turbin spalinowych (Toyota) — z kompozytu SiC/SiC.
Kompozyt węgiel/węgiel (z powłoką ochronną SiC) wytrzymuje
ekstremalne temperatury do 2600°C, jest więc wykorzystywany
w takich
elementach jak dziób wahadłowca kosmicznego, wykładzina
komory
spalania i dysza wylotowa gazów silnika odrzutowego, tarcze
hamulcowe samochodu Porsche

Dziękuje Za uwagę