Właściwości chemiczne proszku: skład chemiczny(najważniejszy), stopień utlenienia, wilgotność proszku, zapalność, piroforyczność- skłonność proszku do samozapłonu lub szybkiego utleniania połączonego z wydzieleniem znacznych ilości ciepła, toksyczność - polega na powodowaniu zaburzeń funkcji lub śmierci komórek żywych.
Najważniejsze materiały ceramiki tlenkowej:
-oparte na tlenku aluminium Al2O3 - najczęściej wykorzystywana ceramika specjalna (od 80 do 99 spieku), twarde i odporne na ścieranie, odporne na korozje (także w wysokich temperaturach), izolatory
-oparte na tlenku cyrkonu ZrO2 - wysoka wytrzymałość, odporne na zużycie i ścieranie, bardo niska przewodność cieplna (bariera cieplna na elementach turbin)
-tytanian baru BaTiO3 - wysoka stała dielektryczna do 10000; używany w kondensatorach
-tlenek berylu BeO - wysoka przewodność cieplna
Porowate łożyska samosmarowne
W przeciwieństwie do licznych materiałów spiekanych, w tym także łożysk litych, charakteryzujących się dużą gęstością, niektóre wyroby, takie jak łożyska samosmarowne, są produkowane jako porowate. Pory występujące wewnątrz materiału są połączone ze sobą, tworząc kapilarne kanaliki. Objętość porów sięga 50% całkowitej objętości łożysk. Łożyska porowate są wytwarzane z proszków metali, najczęściej ze stopów żelaza lub miedzi, m. in. z brązów cynowych, do których mogą być dodawane proszki niemetali, np. grafitu. Najczęściej łożyska te produkuje się w postaci cienkościennych tulei lub tulei z kołnierzami, a także w postaci baryłkowatej. Są również wytwarzane taśmy porowate, nakładane następnie na podkładki stalowe i zwijane w półpanewki. Łożyska porowate nasyca się odpowiednim olejem, który w czasie pracy smaruje wał lub oś. Występuje wówczas równowaga między siłami wysysania oleju a siłami kapilarny-mi porów, dzięki czemu olej nie wycieka, a po zaprzestaniu pracy natychmiast jest wciągany w głąb łożyska. Spiekane łożyska porowate są stosowane w układach, w których nie ma możliwości doprowadzenia dodatkowego smarowania oraz wykonywania przeglądów okresowych oraz tam, gdzie nie można dopuścić do wyciekania oleju. Łożyska porowate z dodatkowym smarowaniem są stosowane w ciężkich warunkach pracy — przy dużych prędkościach oraz obciążeniach.
Spieki metalowo- diamentowe - są to kompozyty ceramiczno-metalowe, bezkonkurencyjne, Uzyskuje się ją techniką spiekania. Cermetale- są spiekami wysokotopliwych i twardych węglików, tlenków i borków z metalami. Łączą one cechy metali (dobre wł. Mech. W temperaturze otoczenia, odporność na udary cieplne) z cechami ceramiki (niewielka zmiana właściwości mechanicznych pod wpływem temperatury, żarowytrzymałość, odporność na korozję. Podział: spieki metalowo-diamentowe, w których ziarna diamentu znajdują się w osnowie stopów metali na bazie Fe, Cu, Mo, W lub węglików WC, tic ;-spieki proszków Cu i Fe, z dodatkami Sn, Pb, grafitu oraz sio2 i Al2O3; -spieki z proszku metalu i Al2O3oraz węglików i borków
Metody formowania gęstw: Formowanie - odlewanie gęstwy - suspensji proszku ceramicznego. Suspensja- zaw. wody 60-70%. Metody formowania : metoda wtrysku, wyciskanie, Prasowanie na gorąco (prasowanie jednoosiowe w ogrzewanych matrycach, prasowanie izostatyczne na gorąco HIP)
Metody wytwarzania proszków z/bez zmiany wł. chemicznych.
- metody mechaniczne - bez zmiany składu chemicznego
- metody fizykochemiczne - ze zmianą składu chemicznego
Metody mechaniczne
a) wytwarzanie ze stanu stałego:
- mielenie
- kruszenie
- rozbijanie
-obróbka skrawaniem ( frezowanie, ścieranie)
b) wytwarzanie ze stanu ciekłego
- rozpylanie
- granulacja
Metody fizykochemiczne można podzielić na:
a) elektrolityczne:
-elektroliza wodnych roztworów - rozpuszczanie anody, nierozpuszczanie anody
- elektroliza stopów soli
b) redukcja:
- roztworów wodnych soli
- stopów soli
-cieplna związków
c) z fazy gazowej:
- kondensacja
- karbonylkowa
Wielkość cząstek proszku: Analiza sitowa polega na przesiewaniu 100g proszku przez zestaw sit, określaniu mas i udziałów procentowych poszczególnych frakcji oraz wyznaczenie histogramu, krzywej sumarycznej.
Wiązania występujące w materiałach ceramicznych
Wiązanie jonowe - polega na elektrostatycznym przyciąganiu się jonów przeciwnych znaków, nie ma określonego kierunku, jest wiązaniem silnym, tworzą się tylko między atomami różnych pierwiastków.
Wiązanie kowalencyjne - polega na tworzeniu się wiążących par elektronów należących jednocześnie do dwóch sąsiadujących ze sobą atomów. Wiązanie kowalencyjne jest wiązaniem silnym, kierunkowym.
Ceramika techniczna- (inżynierska, drobnoziarnista) - wytwarzana w wyniku spiekania w wysokiej temperaturze bez udziału fazy ciekłej czystych związków takich jak tlenki, węgliki, azotki, diament.
Zastosowania ceramiki technicznej obejmują:
- materiały odporne na zużycie, łożyska, narzędzia skrawające, elementy samochodów, oprzyrządowanie energetyczne, endoprotezy, elementy w przemyśle kosmicznym lotniczym i militarnym.
Wyroby spiekane konkurencyjne:
Wyroby z żelaza, stali węglowej i stopowej, stopy miedzi
-Wyroby spiekane ze stali węglowych i stopowych
W postaci spieków są wytwarzane koła zębate, rolki, podkładki, nakrętki, zapadki, części amortyzatorów, gniazda zaworów, łożyska, okucia budowlane, elementy uzbrojenia, części maszyn biurowych i maszyn do szycia.
- Wyroby spiekane z miedzi i jej stopów
Miedź oraz brązy lub mosiądze są stosowane do wyrobu spiekanych części urządzeń i maszyn, okuć budowlanych, w medalierstwie.
Wyroby spiekane bezkonkurencyjne:
1.Łożyska i filtry spiekane:
-Spiekane łożyska lite
-Porowate łożyska samosmarowne
-Spiekane filtry porowate
2.Spiekane materiały narzędziowe:
-Spiekane stale szybkotnące
-Węglikostale spiekane
-Węgliki spiekane
-Węgliki spiekane pokrywane
-Ceramiczne materiały narzędziowe
-Stale i cermetale
-Materiały mieszane- ceramiczno-węglikowe
-Supertwarde materiały narzędziowe
Spieki konkurencyjne w samochodach.
Piasta napędu, koła zębate: wału korbowego, pompy olejowej, pośrednie biegu wstecznego; zawór rozdzielający, łożysko oporowe sprzęgła, wirnik pompy powietrza, kołnierz kolumny kierownicy, blokada układu kierownicy, tylna pompa układu napędowego, tarcza sprzęgła, przednia piasta sprzęgła, pręt wybieraka, tłok hamulcowy, łożyska przegubów kulkowych, filtr powietrza, włókna żarówek, części termostatu, elektrody świec zapłonowych.
Spiekane stale szybkotnące
Wytwarzane metodą ASP, która polega na uzyskaniu proszku stali szybkotnącej przez rozpylanie normalnie wytopionej stali szybko tnącej w strumieniu bardzo czystego azotu, izostatycznym prasowaniu bloków z tej stali o masie ok. 1500 kg pod ciśnieniem 0.4GPa i następnie spiekaniu izostatycznym
C pod ciśnieniem 0,1GPa w atmosferze argonu.°Na gorąco w temperaturze 1150. Stale te charakteryzuje dobra plastyczność, obrabialność mechaniczna, dobra szlifowalność, duża stabilność wymiarowa.
Obróbka wykańczająca: szlifowanie, polerowanie, szkliwienie, grawerowanie laserowe, spajanie ceramiki z metalami, spajanie ceramiki z tworzywami sztucznymi, lutowanie ceramiki, cięcie ceramiki laserem.
Pseudostop, spiek złożony z nierozpuszczalnych w sobie w stanie ciekłym metali, np. wolframu i miedzi, grafitu i miedzi. Do pseudostopów zalicza się również węgliki spiekane.
Proszek-substancja roztarta, rozkruszona, zmielona lub w inny sposób podzielona na wiele bardzo drobnych cząsteczek
Konglomerat - grupa połączonych elementów za pomocą jakieś substancji zazwyczaj są spojone lepiszczem. Cel: zmiana kształtu, można łączyć cząstki różnych materiałów
Rodzaje porowatośći-
I. Zamknięte;
II. Przelotowe:
a) proste
b) ślimakokształtne
c) pętlowokształtne
III. Nieprzelotowe:
a) proste i „butelkowe”
b) ślimakokształtne
c) pętlowokształtne
Wł.fiz ceramik: duża twardość, odporność na ścieranie, kruchość, ognioodporność, nieprzewodność cieplna (izolatory cieplne), nieprzewodność elektryczna (izolatory elektryczne), brak właściwości magnetycznych, odporność na utlenianie, podatność na gwałtowne zmiany temperatury
Własności termiczne ceramik
- Wysoka temperatura topnienia
- Duża odporność na pełzanie
- Odporność na działanie wysokich temp. (zachowanie wła. Mechanicznych)
- Niska odpornośc na wstrząsy cieplne (gwałtowne zmiany temperatury)
Cechy spiekania:
•Formówki są nagrzewane do 0,7-0,9 bezwzględnej temperatury topnienia podstawowego składnika.
•Następuje zmiana połączeń mechanicznych, na znacznie silniejsze wiązania metaliczne.
•Własności mechaniczne wzrastają o dwa rzędy wielkości.
•Zazwyczaj następuje zmiana wymiarów (skurcz).
Proces spiekania:formówka → tworzenie się szyjek → redukcja porowatości → rozrost ziarn, zanik porowatości
Zasadnicze zjawiska to:
•transport materii,
•zagęszczenie,
•rekrystalizacja,
•wyrównanie składu chemicznego
Wiązanie metaliczne - wiązanie chemiczne bezpośrednio występujące między atomami metali. Wiązanie to nie jest kierunkowe.
Własności technologiczne proszku : gęstość nasypowa, gęstość nasypowa z usadem , sypkość proszku, zagęszczalność, formowalność
Gęstość nasypowa-jest to stosunek masy proszku, zsypanego przez znormalizowany przyrząd, do objętości zajmowanej przez ten proszek. Jest to cecha proszku o luźnym układzie cząstek.
Gęstość nasypowa z usadem określana jest jako stosunek masy proszku do najmniejszej objętości, jaką on zajmuje w wyniku wstrząsania naczynka, w którym się znajduje. Jest to własność mająca wpływ na gęstość materiałów zagęszczanych wibracyjnie. Gęstość nasypowa z usadem wpływa także na odpowiedni dobór wielkości pojemników do pakowania proszku (np. beczek, worków).
Powierzchnia właściwa - parametr skalarny wyrażający wielkość powierzchni substancji (ciała stałego) przypadającej na jego ilość.
Powierzchnie właściwa - stosunek czynnej powierzchni zewnętrznej proszku do jego objętości lub masy.
Materiały ceramiczne w elektronice i elektrotechnice
elektroceramika - ogół materiałów i wyrobów ceramicznych stosowanych w elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze względu na ich właściwości, np. dużą wytrzymałość, rezystywność elektryczną, odporność na wysokie temperatury oraz małą stratność elektryczną.
wyroby elektrotechniczne
wykonane z porcelany krzemionkowej, korundowej, cyrkonowej, mulitowej, ceramiki cezjanowej lub ceramiki zawierającej węglik krzemu lub tlenek cynku (izolatory stacyjne, izolatory liniowe, izolatory przemysłowe, warystory)
wyroby elektroniczne
wykonane z ultraporcelany, ceramiki steatytowej, tytanianów modyfikowanych ołowiem, cyrkonem lub barem, czystego tlenku glinu (elementy piezoelektryczne, kondensatory, części konstrukcyjne, podłoża, magnesy ferrytowe, obudowy)
wyroby elektrotermiczne
Stosuje się je do ogniw paliwowych z tworzyw ceramicznych, ogniw sód-siarka oraz elementów grzejnych pieców elektrycznych.
Co to są węgliki spiekane.
Materiałami tradycyjnie wytwarzanymi metodami metalurgii proszków i powszechnie stosowanymi są spiekane węgliki metali, produkowane bezpośrednio w postaci płytek i płytek wieloostrzowych. Stosuje się je jako nakładki do łączonych narzędzi skrawających i tnących, narzędzi dla górnictwa, matryc do celów metalurgii proszków, a także na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno, pracujące w warunkach znacznych obciążeń dynamicznych. Węgliki spiekane charakteryzują się dużą odpornością na działanie C nie tracą swej dużej twardości i°wysokiej temperatury-do ok. 1000 odporności na ścieranie. Mają też niską ciągliwość i małą wytrzymałość na rozciąganie.
Węgliki spiekane są materiałami składającymi się z węglików metal wysokotopliwych, głównie W, a także Ti, Ta i Nb, o udziale 95%, oraz metalu wiążącego, którym jest zwykle¸objętościowym ok. 65 kobalt.
Spiekanie-parametry: War spiekania są silnie determinowane właściwościami spiekanego materiału
-temp. Izotermiczna(800-2500C) -szybkość nagrzewania -czas spiekania izotermicznego -środowisko -ciśnienie (jeśli spiekanie pod cisnieniem) -SPS, mikrofale
5. Ceramika Magnetyczna to ferryty otrzymane z naturalnego magnezytu F3O4. Ceramika magnetyczna jest stosowana na rdzenie transformatorów wielkiej częstotliwość powyżej 100 Hz, których rezystancja wyklucza prądy wirowe nagrzewające miękkie rdzenie żelazne. Produkowane są ferryty mające kwadratowy kształt histerezy, i umożliwia ich zastosowanie w pamięci komputerowej oraz w obwodach logicznych.
Obróbka wykańczająca spieków składa się z:
-obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, wykonywanej w celu polepszenia własności wyrobów spiekanych, które można poddać hartowaniu i odpuszczaniu, przesycaniu i starzeniu lub obróbce cieplno-chemicznej nawęglaniu lub azotowaniu;
-utleniania w parze wodnej w celu poprawienia odporności na korozję i zmiana własności fizycznych i mechanicznych;
-kalibrowania, przeprowadzanego na gotowych produktach w celu uzyskania wyższej dokładności wymiarowej, poddając je naciskom znacznie niższym niż podczas formowania;
-nasycania spieków metalami ( stosowanego w celu zmniejszenia porowatości spieku, poprzez zanurzenie porowatego szkieletu w roztopionym metalu lub wygrzewaniu szkieletu wypełnionego proszkiem nasycającym w piecu) lub niemetalami;
-obróbki plastycznej i skrawaniem, wykonywanej w celu uzyskania wymaganych cech geometrycznych i własności, stosowana dla spieków obróbka plastyczna to np. kucie i walcowanie, a stosowana obróbka skrawaniem to np. szlifowanie.
Ceramika techniczna- (inżynierska, drobnoziarnista) - wytwarzana w wyniku spiekania w wysokiej temperaturze bez udziału fazy ciekłej czystych związków takich jak tlenki, węgliki, azotki, diament.
Zastosowania ceramiki technicznej obejmują:
- materiały odporne na zużycie, łożyska, narzędzia skrawające, elementy samochodów, oprzyrządowanie energetyczne, endoprotezy, elementy w przemyśle kosmicznym lotniczym i militarnym.
Wyroby spiekane konkurencyjne:
-Wyroby spiekane ze stali węglowych i stopowych
W postaci spieków są wytwarzane koła zębate, rolki, podkładki, nakrętki, zapadki, części amortyzatorów, gniazda zaworów, łożyska, okucia budowlane, elementy uzbrojenia, części maszyn biurowych i maszyn do szycia.
- Wyroby spiekane z miedzi i jej stopów
Miedź oraz brązy lub mosiądze są stosowane do wyrobu spiekanych części urządzeń i maszyn, okuć budowlanych, medalierstwie.
Wyroby spiekane bezkonkurencyjne:
1.Łożyska i filtry spiekane:
-Spiekane łożyska lite
-Porowate łożyska samosmarowne
-Spiekane filtry porowate
2.Spiekane materiały narzędziowe:
-Spiekane stale szybkotnące
-Węglikostale spiekane
-Węgliki spiekane
-Węgliki spiekane pokrywane
-Ceramiczne materiały narzędziowe
-Stale i cermetale
-Materiały mieszane- ceramiczno-węglikowe
-Supertwarde materiały narzędziowe
Spieki konkurencyjne w samochodach.
Piasta napędu, koła zębate: wału korbowego, pompy olejowej, pośrednie biegu wstecznego; zawór rozdzielający, łożysko oporowe sprzęgła, wirnik pompy powietrza, kołnierz kolumny kierownicy, blokada układu kierownicy, tylna pompa układu napędowego, tarcza sprzęgła, przednia piasta sprzęgła, pręt wybieraka, tłok hamulcowy, łożyska przegubów kulkowych, filtr powietrza, włókna żarówek, części termostatu, elektrody świec zapłonowych.
Spiekane stale szybkotnące
Wytwarzane metodą ASP, która polega na uzyskaniu proszku stali szybkotnącej przez rozpylanie normalnie wytopionej stali szybko tnącej w strumieniu bardzo czystego azotu, izostatycznym prasowaniu bloków z tej stali o masie ok. 1500 kg pod ciśnieniem 0.4GPa i następnie spiekaniu izostatycznym
C pod ciśnieniem 0,1GPa w atmosferze argonu.°Na gorąco w temperaturze 1150. Stale te charakteryzuje dobra plastyczność, obrabialność mechaniczna, dobra szlifowalność, duża stabilność wymiarowa.
Obróbka wykańczająca: szlifowanie, polerowanie, szkliwienie, grawerowanie laserowe, spajanie ceramiki z metalami, spajanie ceramiki z tworzywami sztucznymi, lutowanie ceramiki, cięcie ceramiki laserem.
Pseudostop, spiek złożony z nierozpuszczalnych w sobie w stanie ciekłym metali, np. wolframu i miedzi, grafitu i miedzi. Do pseudostopów zalicza się również węgliki spiekane.
Proszek-substancja roztarta, rozkruszona, zmielona lub w inny sposób podzielona na wiele bardzo drobnych cząsteczek
Konglomerat - grupa połączonych elementów za pomocą jakieś substancji zazwyczaj są spojone lepiszczem. Cel: zmiana kształtu, można łączyć cząstki różnych materiałów
Rodzaje porowatośći-
I. Zamknięte;
II. Przelotowe:
a) proste
b) ślimakokształtne
c) pętlowokształtne
III. Nieprzelotowe:
a) proste i „butelkowe”
b) ślimakokształtne
c) pętlowokształtne
Wł.fiz ceramik: duża twardość, odporność na ścieranie, kruchość, ognioodporność, nieprzewodność cieplna (izolatory cieplne), nieprzewodność elektryczna (izolatory elektryczne), brak właściwości magnetycznych, odporność na utlenianie, podatność na gwałtowne zmiany temperatury
Własności termiczne ceramik
- Wysoka temperatura topnienia
- Duża odporność na pełzanie
- Odporność na działanie wysokich temp. (zachowanie wła. Mechanicznych)
- Niska odpornośc na wstrząsy cieplne (gwałtowne zmiany temperatury)
Cechy spiekania:
•Formówki są nagrzewane do 0,7-0,9 bezwzględnej temperatury topnienia podstawowego składnika.
•Następuje zmiana połączeń mechanicznych, na znacznie silniejsze wiązania metaliczne.
•Własności mechaniczne wzrastają o dwa rzędy wielkości.
•Zazwyczaj następuje zmiana wymiarów (skurcz).
Proces spiekania:formówka → tworzenie się szyjek → redukcja porowatości → rozrost ziarn, zanik porowatości
Zasadnicze zjawiska to:
•transport materii,
•zagęszczenie,
•rekrystalizacja,
•wyrównanie składu chemicznego
Wiązanie metaliczne - wiązanie chemiczne bezpośrednio występujące między atomami metali. Wiązanie to nie jest kierunkowe.