Politechnika Śląska, wydział mechaniczny technologiczny

Materiały kompozytowe

Materiały kompozytowe o osnowie ceramicznej

mgr inż. Magdalena Zorychta

Kamil Kuźnik, Łukasz Zając, Dawid Majcherek

MiBM, semestr IV, grupa 3

Gliwice, 13.04.2014 r.

Ocena i podpis prowadzącego: ……………………………………

1. Spis treści:

- Wstęp teoretyczny 3-5

- Przebieg ćwiczenia 6

- Krzyżówka 6-8

- Podsumowanie 9

- Bibliografia 10

2. Wstęp teoretyczny

Grupa kompozytowych materiałów ceramicznych jest silnie zróżnicowana a właściwości tych materiałów zależą w dużej mierze od związków chemicznych, na bazie których zostały utworzone. Jako osnowę kompozytów rozważa się najczęściej ceramikę techniczną, szkła, tworzywa szklano-ceramiczne i węgiel.

Materiały ceramiczne stosowane na osnowę kompozytów można podzielić na:

1. Ze względu na rodzaj wzmocnienia:

- wzmacniane włóknami nieciągłymi,

- wzmacniane włóknami ciągłymi,

- o osnowie węglowej wzmacniane włóknami węglowymi,

- wzmacniane płytkami,

- wzmacniane cząstkami.

1. Ze względu na materiał osnowy:

- materiały budowlane (np. cement, gips, szkło),

- materiały hutnicze (np. materiały szamotowe, materiały krzemionkowe, dolomitowe, wysokoglinowe),

- materiały stosowane w elektronice.

Budowlane- wykorzystywane na osnowę kompozytów to klasyczne materiały wiążące, którymi są np: cement i gips

Hutnicze- to materiały oparte na grupie materiałów ogniotrwałych stosowanych na wykładziny pieców. Są to m.in. materiały mulitowe, szamotowe, grafitowe. Zbrojenie tych materiałów przede wszystkim włóknami ma za zadanie przeciwdziałać ich pękaniu pod wpływem zmiennych pól temperatury, tzw. szoków cieplnych.

Stosowane w elektronice- nazywana również elektroceramiką to materiały (i wyroby) stosowane w elektrotechnice, elektronice i elektrotermii ze względu na ich właściwości: dużą rezystywność i wytrzymałość elektryczna, małą stratność elektryczna, ogniotrwałość itp. Mogą być dielektrykami, półprzewodnikami jonowymi lub superjonowymi. Najczęstsze zastosowania to:

- wyroby elektrotechniczne

- wyroby elektroniczne

- wyroby elektrotermiczne

- nowe źródła energii, np. ogniwa sód

Właściwości materiałów kompozytowych o osnowie ceramicznej

- wysoka żaroodporność i duża odporność na zniszczenie,

- wysoka wytrzymałość na pękanie,

- wysoka wytrzymałość na ściskanie,

- w porównaniu do metali lub polimerów posiadają dużą twardość, sztywność oraz kruchość.

Metody wytwarzania kompozytów o osnowie ceramicznej:

- Infiltracja z gęstwy,

- Metalurgia proszków (prasowanie na zimno i spiekanie, prasowanie na gorąco),

- Proces bezpośredniego utleniania ciekłego metalu w celu zyskania tlenkowej osnowy (DIMOX – directed metal oxidation ),

- Zol–żel (infiltracja i spiekanie / prasowanie na gorąco),

- Osadzanie próżniowe metodami chemicznymi lub fizycznymi,

- Formowanie przetłoczne,

- Chemiczna infiltracja z fazy gazowej.

Materiał ceramiczny - materiał nieorganiczny o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach międzyatomowych, wytwarzany w wysokotemperaturowych
procesach.

Wiązanie kowalencyjne- Polega na utworzeniu wspólnej pary (lub kilku) elektronów przez dwa atomy, z których każdy dostarcza taką samą liczbę niesparowanych elektronów. Wiązania kowalencyjne występują pomiędzy pierwiastkami, w których różnica elektroujemności jest równa 0. Przykładami takiego wiązania są cząsteczki dwuatomowe: H₂, O₂, N₂, Cl₂, Br₂, I₂.

Wiązanie jonowe- Polega na przejściu jednego lub kilku elektronów walencyjnych z atomów pierwiastka elektrododatniego do atomów pierwiastka elektroujemnego. Atom pierwiastka oddający elektrony staje się kationem, a atom przyjmujący elektrony staje się anionem. Powstałe różnoimienne jony przyciągają się siłami elektrostatycznymi, tworząc wiązanie. Takie wiązanie powstaje pomiędzy pierwiastkami, w których różnica elektroujemności jest większa od 1,7 (wg skali Paulinga).

Właściwości materiałów ceramicznych:

• wysoka temperatura topnienia,

• niska gęstość,

• wysoka twardość,

• wysoka wytrzymałość na ściskanie,

• niska wytrzymałość na rozciąganie,

• niska rozszerzalność cieplna,

• mała przewodność cieplna,

• dobra żaroodporność,

• dobra żarowytrzymałość,

• dobra odporność na korozję,

• duża kruchość.

3. Przebieg ćwiczenia:

   • Omówienie poszczególnych zagadnień,

   • Przegląd własności kompozytów ceramicznych

   • Dyskusja na temat struktury kompozytów,

   • Rozmowa na temat zastosowania kompozytów ceramicznych

   • Budowanie krzyżówki na temat kompozytów ceramicznych

   • Rozwiązywanie zadań podanych przez prowadzącego

- Podsumowanie omówionych treści.

3. Krzyżówka

Poziomo

2. Czym wzmacnia się kompozyty z osnową Al2O3?

5. Kompozyty z osnową Al2O3 wykorzystywane są jako narzędzia skrawające do ..... i metali

8. Z jakich substancji składa się ceramika?

10. Kompozyty C-C są o dużej zawartości ....

12. Jedno z wiązań występujących między atomami w ceramice.

14. Formowanie ...

16. Jaki materiał ogniotrwały ma ogniotrwałość 1500-1750

17. Jeden z surowców do otrzymywania wyrobów ceramicznych

Pionowo

1. Uwodniony siarczan wapnia CaSO4 x 2H20

2. Jedno z zastosowań ceramiki elektrotechnicznej

3. Wadą tych kompozytów jest mała wytrzymałość na ....

4. Kompozyt składa się z osnowy i ....

6. Wytrzymałość na .... 15-krotnie większa niż na rozciąganie w ceramice

7. Jedna z zalet kompozytów ceramicznych

9. Jedna z osnowykompozytów ceramicznych

11. Nazwa materiału ogniotrwałego

13. Żywica wykorzystywana w kompozytach C-C

14. Odporność na kruche ...

15. Technika wytwarzania - infiltracja z .....

3. Podsumowanie

Materiały kompozytowe o osnowie ceramicznej z racji swoich właściwości są coraz częściej wykorzystywane w różnych dziedzinach np. na narzędzia skrawające, w przemyśle, przemyśle lotniczym, kosmicznym jak i militarnym. Elementy wykonane z materiałów kompozytowych o osnowie ceramicznej charakteryzują się dużą sztywnością przy małych grubościach ścianek oraz posiadają dobre własności cieplne.

Tablica 1. Wady i zalety kompozytów ceramicznych

Zalety	odporność na działanie wysokiej temperatury żarowytrzymałość odporność na utlenianie duża twardość i sztywność
Wady	mała wytrzymałość na rozciąganie mała wytrzymałość na nagłe obciążenia mała odporność na zmiany temperatury mała odporność na drgania mechaniczne

3. Bibliografia

1. Boczkowska A., Kapuściński J., Puciłowski K., Wojciechowski S. „Kompozyty”, WPW, Warszawa 2000

2. Śleziona J. „Podstawy technologii kompozytów”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1998

3. "Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo." Prof. L. A. Dobrzański

4. http://www.gim1.miasto.zgierz.pl/uczen/chemia/lekcja/wiazania.html