Ceramika inżynierska

Al203 jest stosowany na elementy. które powinny charakteryzować się dużą wytrzymałością mechaniczną w wysokich temperaturach. Klasyczne zastosowanie to izolatory w świecach zapłonowych silników spalinowych. Jest również stosowany na podłoża izolacyjne obwodów scalonych oraz w dentystyce i meycynie do odnowy zębów, wypełniania ubytków kości oraz do wykonywania ortopedycznych wszczepów (implantów).

AIN jest dobrym izolatorem elektrycznym, a jednocześnie dobrym przewodnikiem ciepła. Jego przewodność cieplna jest dziesięciokrotnie większa od przew odności Al2O3. Z tego względu, że jego współczynnik rozszerzalności cieplnej niewiele się różni od współczynnika rozszerzalności krzemu, coraz częściej, z dobrym skutkiem, zastępuje Al2O3 jako materiał podłoża obwodów scalonych. Wykonane z AIN podłoże minimalizuje tworzenie się pęknięć, zapewnia dobrą izolację elektryczną. a ponadto dzięki dużej przew odności cieplnej szybko odprowadza wytworzone przez obwód elektryczny ciepło.

SiC (korborund) charakteryzuje się bardzo dużą odpornością na utlenianie w temperaturze do 1500C. Wększość węglików łatwo się utlenia, dlatego ich stosowanie w wysokich temperaturach jest możliwe jedynie w atmosferach redukcyjnych. Węglik krzemu jest jednak wyjątkiem. W atmosferze utleniającej, w wysokich temperaturach, na powierzchni elementu z SiC tworzy się cienka warstwa SiO2 chroniąca element przed dalszym utlenianiem, aż do temperat.ury ok 1500C

Ceramika inżynierska

Węglik krzemu jest powszechnie znanym i od wielu dziesięcioleci stosowanym materiałem przemysłowym. Jest on stosowany do produkcji elementów grzewczych pieców, jako materiał ścierny oraz do wytwarzania pokryć na metalach, kompozytach węgiel-węgiel i innych ceramikach w celu ich ochrony przed utlenianiem w wysokich temperaturach.

Węglik krzemu w postaci włókien lub cząstek rówuoosiowych jest stosowany do wzmocnienia kompozytów.

Si3N4 ma zbliżone własności do SiC, jego odporność na utlenianie i wytrzymałośc mechaniczna w wysokich temperaturach są jednak nieco mniejsze. Azotek i węglik krzemu są głównymi tworzywami wśród materiałow ceramicznych przewidywanymi do produkcji pracujących w wysokich temperaturach części silników samochodowych, odrzutowych i turbinowych umożliwiających wyższe temperatury pracy, większą sprawność i mniejszą masę niż części obecnie wytwarzane z metali.

Sialon powstaje wówczas, gdy Si i N są częściowo zastąpione przez Al i O. Zwykle stosowane tworzywo sialonowe składa się z kryształów sialonu w osnowie szklistej, której głównym składnikiem jest Y2O3
Materiał ten jest:
- względnie lekki.
- o małym w spółczynniku rozszerzalności cieplnej.
- dobrej odporności na korozję.
- dużej wytrzymałości mechanicznej. Jest on również materiałem przewidzianym na części silnika samochodowego pracujące w wysokich w temperaturach

B?C jest bardzo twardy i niezwykle lekki. Jest stosowany na elementy o bardzo dużej odporność i na ścieranie Jego wadą są zle własności mechaniczne w wysokich temperaturach

UO2, jest powszechnie stosowanym paliwem w reaktorach jądrowych. Charakteryzuje się wyjątkową stabilnością wymiarową, gdyż ze względu na strukturę krystaliczną łatwo akomoduje produkty procesu rozszczepiania.

Na ogół jakość omawianych materiałów rośnie wraz ze zmniejszaniem w nich zawartości zanieczyszczeń W niektórych przypadkach, ze względu na stawiane wymagania. zawartość zanieczyszczeń nie mozc przekroczyć 0.1 % Ponieważ oczyszczanie i następna proces formowania tych materiałów są kosztowne, więc jest uzasadniona duża różnica ceny tych materiałów w porówniu z ceną tradycyjnych wyrobów krzemianowych produkowanych z minerałów.

Przemysł samochodowy i lotniczy
- elementy turbin
- uszczelnienia
- osłom termiczne i wymienniki.
- elementy osłony termicznej promów kosmicznych.

Elektronika
- półprzewodniki
- nadprzewodniki
- izolatory
- lasery
- elementy grzejne

Wysoka temperatura
- produkty ogniotrwałe
- armatura instalacyjna
- piece

Medycyna
- osprzęt laboratoryjny
- protezy
- materiały stomatologiczne

Wytwarzanie
- narzędzia skrawajace
- elementy odporne na ścieranie i korozje
- ceramika szklana
- magnesy
- włókna optyczna
- światłowody

Prasowanie

W jednoosiowym prasowaniu proszki ceramiczne tworzą mieszaninę z lepiszczem organicznym i środkami poślizgowymi.

Otrzymane w ten sposób kształtki poddaje się nastepnie spiekaniu w temperaturze 1473 - 2073 K. W celu zwiększenia wytrzymałości prasowanych kształtek należy prasowanie przeprawadzać izostatycznie.

Prasowanie wypływowe i walcowanie

- Substancja wyjściowa w tym procesie to masa lepko-plastyczna, składająca się z proszków ceramicznych z odpowiednim dodatkiem żywic termoplastycznych. Formowanie takiej masy przeprowadza się poprzez prasowanie lub walcowanie wypływowe, na dowolne kształtowniki.

- Następnie materiał wygrzewa się w temperaturze do 573K. Ma to na celu pozbawienia kształtowników dodatków organicznych.

- Kolejnym etapem wytwarzania jest spiekanie w temperaturze 1473 - 2077 K.

Wtryskiwanie

Proszki ceramik miesza się z żywicami zwiesiny. Uplastycznioną masę poddaje się wtryskowi do odpowiednio wykonanej formy zapewniającej otrzymanie żądnego kształtu. Metodą tą wykonuje się małe elementy o skomplikowanych kształtach.

Odlewanie zawiesin wodnych

W metodzie tej stosuje się formy z higroskopijnych gipsów pochłaniających wodę. W operacji tej następuje formowanie elementów, które są z reguły małe i o skomplikowanych kształtach. Następnym etapem jest spiekanie w temperaturach analogicznych do poprzednich metod z przystankiem w temperaturze poniżej 573 K. w celu osuszenia i wypalenia części organicznych.

Spiekanie pod ciśnieniem

Metoda HIP - metoda izostaty cznego spiekania na gorąco, która jest także stosowana do dogęszczania elementów wykonanych innymi metodami

Metody wytwarzania tlenków aluminium

- Metoda Bayera
Wodorotlenkowa ruda glinowa poddawana jest suszeniu i wypalaniu w celu usunięcia części organicznych. Dokonuje się tego w piecach obrotowy ch w temperaturze 473 - 573 K.

Następnie otrzymana substancja jest poddaw ana zmieleniu i oddziaływaniu wodorotlenku sodu w autoklawach, w temperaturze 423 - 443 K. pod ciśnieniem 5 - 7 at. w celu oddzielenia skały płonnej oraz denkow metali jako nierozpuszczalnej zawiesiny.


- Metoda Grzymka
Następnie pył poddaje się ługowaniu umiarkowanym roztworem sody, w wyniku, czego do roztworu sody przechodzi glinian sodowy, który po poddaniu karbonizacji dwutlenkiem węgla przechodzi w czysty Al2O3 Tlenek glinu otrzymywany tą metodą posiada dużą zaletę - niski koszt produkcji.

Zastosowanie tlenku aluminium

- Narzędzia skrawające