330 3

0 MATERIAŁY CERAMICZNE I SZKŁA

Podc/as suszenia zostaje usunięty nadmiar wody. co powoduje /n... skurcz kształtki (rys. 9.4). Sztywność i wytrzymałość wyroby z pitny u/..^ dopiero podczas wypalania. Skaleń obniża temperaturę iikwidusu. a w konselcw_Cl|

- temperaturę wypalania. Podczas nagrzewania w procesie wypalania nasr_v, usuwanie wody wchodzącej w skład kao/inifu. a następnie tworzenie się f_a/y _C|ę , której ilość zależy od składu materiału, a zwłaszcza od zawartości skalenia _ur V/ ^vJ' temperatury wypalania. Skaleń i zanieczyszczenia reagujn z glina i SiO _tW(^ '^,(l fazę o niskiej temperaturze topienia. Utworzona p<xlczas wypalania na powi_c ^/-K czystek SiO. i gliny faza ciekła przepływa dzięki siłom napięcia powicry._ch ^/Chn' go między nie stopionymi czystkami do porów, powodując ich szybki zanik * ^>Uc czas chłodzenia ciecz przemienia się w fazę s/klistą wiążącą cząsiki _CCra Ze "zrostem temperatury wypalania pory stają się mniejsze i zaoknjuł zmniejszeniem porowatości polepszają się własności mechaniczne prodirki ^ ^ miast pogarszają własności izolacyjne.    ^u‘ ^nafo

9.2. Nowoczesne (zaawansowane) materiały ceramiczne

Składnikami nowoczesnych materiałów ceramicznych są węgliki, azotki, borki i tlenki. Przykłady takich ceramik łącznie z ich własnościami podano w tabl 9 | Ceramiczne materiały konstrukcyjne są stosowane na części, które powinny charakteryzować się dobrą odpornością na ścieranie i dobrymi własnościami mechanicznymi oraz odpornością na korozję w wysokich temperaturach. Z tych materiałów wytwarza się części silników spalinowych, odrzutowych ora/ t_ur. binowych. Duża grupa nowoczesnych materiałów ceramicznych znajduje nick. r wencjonałne zastosowanie ze względu na ich funkcjonalność, gdzie wykorzystuje się ,ch dużą odporność korozyjną w wysokich temperaturach oraz szczególne własność! elektryczne, magnetyczne i optyczne, jak też ich zdolność do katalizy reakcji

TABLICA 9.1. Własności mechaniczne niektórych nowoczesnych materiałów ceramicznych

Materia!	Gęstość Mg m*^3	Moduł Younga GPa	Wytrzymałość na zginanie MPa	Wytrzymałość na ściskanie MPa	Odporność na pękanie MPa m^,/5
A!,0,	3.96	400	380	2800	5
AJN	3.26	3J0	350	2100	3
B,C	2.51	450	400	2400	4
SrC	3.21	440	450	2900	4
SijN*	3.20	310	1000	3400	4
Stolon	3.24	310	950	3500	7
TiBj	4.48	540	350	4900
ZrO_, (częściowo stabilizowany) --i-	5.75	200	800	1800	10

licznych, do spełniania roli sensorów wykrywających gazy trujące . do ^stęp°^{wan,a zui}V^tych części organizmu ludzkiego Poniżej omówiono czyściej '^wane nowoczesne materiały ceramiczne.

Al_:0, jesi stosowany na elementy, które powinny charakteryzować się dużą v_vlr/yn^o.<c»ą mechaniczną w wysokich temperaturach Klasyczne zastosowanie * ,/olflW ^w *^w‘®C«ch zapłonowych silników spalinowych. Jest również stosowany ’ podło/a izolacyjne obwodów scalonych oraz w dcntystycc i medycynie do J* *y zębów, wypełniania ubytków kości oraz do wykonywania ortopedycznych ' Czepów (implantów).

ĄlNjest dobrym izolatorem elektrycznym, a jednocześnie dobrym przewod-

pikicni

_no<ci

ciepła. Jego przewodność cieplna jest dziesięciokrotnie większa od przewód-Ał.o Z lego względu, Ze jego współczynnik rozszerzalności cieplnej niewiele

^p _f^_/n*i ₍₎d współczynnika rozszerzalności krzemu, coraz częściej, z dobrym ** kicm. zastępuje Alj0₃ jako materiał podłoża obwodów scalonych. Wykonane AlN podłoże minimalizuje tworzenie się pęknięć, zapewnia dobrą izolację ’ *ktrvczn«|. a ponadto dzięki dużej przewodności cieplnej szybko odprowadza ^tworzone przez obwód elektryczny ciepło.

BjC jest bardzo twardy i niezwykle lekki. Jest stosowany na elementy bardzo dużej odporności na ścieranie. Jego wadą są złe własności mechaniczne wysokich temperaturach.

SiC (karborund) charakteryzuje się bardzo dużą odpornością na utlenianie * temperaturze do 1500°C. Większość 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 'cmpcraturach. na powierzchni elementu z SiC tworzy się cienka warstwa Si0₂ chroniąca element przed dalszym utlenianiem, aż do temperatury ok. 1500°C. 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. W postaci włókien lub cząstek równoosiowych jest stosowany do wzmocnienia kompozytów.

Si_jN₄ ma zbliżone własności do SiC; jego odporność na utlenianie i wytrzymałość mechaniczna w wysokich temperaturach są jednak nieco mniejsze. Azotek i węglik krzemu są głównymi tworzywami wśród materiałów 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 w Si₃N₄ są częściowo zastąpione przez Al i O. Wzór sialonu można zapisać Si^ Al.O. N,^, gdzie 0 ^ z ^ 6. Jeżeli z = 3, to wzór sialonu jest następujący Si₃AI₃0₃N₅. Zwykle stosowane tworzywo sialonowe

331