plik


MateriaBy Specjalne Cz.1. Konstrukcyjne MateriaBy Ceramiczne W.Pyda W1. PodziaB i oglna charakterystyka tworzyw zaawansowanej ceramiki technicznej SzkBo i tworzywa szklanokrystaliczne Tworzywa glinokrzemianowe W2. Tworzywa tlenkowe W3. Tworzywa wglikowe i azotkowe W4. Tworzywa wglowe, borkowe i krzemkowe Nanoceramika DEFINICJA MATERIAAU CERAMICZNEGO MateriaB w staBym stanie skupienia, otrzymany z substancji nieorganiczno-niemetalicznej o du|ej trwaBo[ci termicznej NAZEWNICTWO ODR{NIAJCE CERAMIK TRADYCYJN OD ZAAWANSOWANEJ CERAMIKA ADVANCED ZAAWANSOWANA CERAMICS ceramika drobnoziarnista fine ceramics nowa ceramika new ceramics ceramika nowoczesna modern ceramics special ceramics ceramika specjalna ceramika techniczna technical ceramics ceramika in|ynierska engineering ceramics ceramika o wysokich high-performance parametrach ceramics ceramika technologicznie high-tech ceramics zaawansowana  DRZEWO GENEALOGICZNE CERAMIKI CO R{NI CERAMIK TRADYCYJN OD ZAAWANSOWANEJ ? KLASYFIKACJA MATERIAAW PRZEMYSAOWYCH KLASYFIKACJA CERAMIKI ZAAWANSOWANEJ wg kryterium dominujcego zwizku chemicznego CERAMIKA SPECJALNA TLENKOWA NIETLENKOWA PROSTE TLENKI KRZEMIANY PODSTAWOWE PIERWIASTKI CERAMIKI SPECJALNEJ PODSTAWOWE GRUPY TWORZYW CERAMIKI ZAAWANSOWANEJ TLENKOWE: Al2O3, ZrO2, BeO, MgO, CaO KRZEMIANOWE: porcelana elektrotechniczna, mulit, steatyt, kordieryt, ... WGLIKOWE:SiC, B4C, TiC, wgliki spiekane AZOTKOWE: Si3N4, BN, TiN, SIALON, BORKOWE: TiB2 KRZEMKOWE:MoSi2 WGLOWE i GRAFITOWE SZKAA SPECJALNE KLASYFIKACJA CERAMIKI ZAAWANSOWANEJ wg kryterium skBadu fazowego CERAMIKA ZAAWANSOWANA JEDNOFAZOWA WIELOFAZOWA POROWATA GSTA POROWATA GSTA LAMINATY WAKNISTE OBSZARY ZASTOSOWAC CERAMIKI ZAAWANSOWANEJ O R{NYM STOPNIU ZAGSZCZENIA TWORZYWA GSTE: zastosowania konstrukcyjne, medycyna, narzdzia do obrbki skrawaniem, narzdzia [cierne, TWORZYWA POROWATE: filtry, katalizatory, biomateriaBy, izolacje cieplne WAAZCIWOZCI TWORZYW WA{NE W ZASTOSOWANIACH KONSTRUKCYJNYCH + + Gsto[ + Sztywno[ (E, G) WytrzymaBo[ na rozciganie - - WytrzymaBo[ na zginanie + WytrzymaBo[ na [ciskanie - - Odporno[ na pkanie (Kic, udarno[, energia pkania) - Przewodnictwo cieplne (przewodnictwo temperaturowe) + - CiepBo wBa[ciwe + WspBczynnik rozszerzalno[ci cieplnej (liniowy i objto[ciowy) - Odporno[ na wstrzsy cieplne + + + Twardo[ + + Odporno[ chemiczna (korozja chemiczna i gazowa) + + Stabilno[ termiczna (temp. topnienia, sublimacji, miknicia) WYKRESY DOBORU MATERIAAW: ModuB Younga-Gsto[ WYKRESY DOBORU MATERIAAW: WytrzymaBo[-Gsto[ WYKRESY DOBORU MATERIAAW: KIc-Gsto[ WYKRESY DOBORU MATERIAAW: WytrzymaBo[-Temperatura WYKRESY DOBORU MATERIAAW: Odporno[ korozyjna SCHEMAT KONSTRUKCJI PANCERZA CZOAGU SZKAO I DEWITRYFIKATY Tre[ wykBadu 1. Wiadomo[ci podstawowe 2. Technologia i wBa[ciwo[ci szkieB technicznych 3. Technologia i wBa[ciwo[ci dewitryfikatw SZKAO TO PODSTAWOWY MATERIAA NOWOCZESNEGO SPOAECZECSTWA: tradycyjne zastosowania : szyby okienne i pojemniki zastosowania specjalne: lampy, optyka, kompozyty, elektronika zastosowania nowoczesne: [wiatBowody, optyka laserowa dla inicjowania reakcji topienia, przechowywanie radioaktywnych odpadkw wielo[ potencjalnych przyszBych zastosowaD DEFINICJA SZKAA SzkBo jest to amorficzne ciaBostaBe Stan amorficzny charakteryzuje si brakiem uporzdkowania dalekiego zasigu, brak jest regularno[ci uporzdkowania elementw skBadowych ciaBa staBego w skali wikszej ni| ich kilka rozmiarw, np.: [rednia odlegBo[ pomidzy atomami krzemu w szkle kwarcowym (SiO2) wynosi 3.6 i brak jest uporzdkowania pomidzy tymi atomami w odlegBo[ci powy|ej 10 CiaBo staBe to materiaB o lepko[ci powy|ej 1015 P (puaz) TRADYCYJNE DEFINICJE SZKAA SzkBo jest produktem topienia skBadnikw nieorganicznych ochBodzonym do stanu sztywnego ciaBa staBego bez krystalizacji (ASTM 1950) Czy wszystkie przypadki obejmuje ta definicja ? Pokrycia szklane osadzane z fazy gazowej lub roztworw ciekBych, czsto z udziaBem reakcji chemicznej - ? SzkBo sodowe krzemianowe otrzymane przez odparowanie wodnego roztworu krzemianu sodowego (szkBo wodne) i wypra|enie osadu w celu usunicia wody - ? TRADYCYJNE DEFINICJE SZKAA SzkBem jest dowolny, bezpostaciowy, izotropowy materiaB pochodzenia nieorganicznego lub organicznego, ktry nie ma dalekiego uporzdkowania struktury i ktry ma lepko[ wiksz ni| 1014P. (J.D.Mackenzie 1960) CECHY SUBSTANCJI ZNAJDUJCYCH SI W STANIE SZKLISTYM s izotropowe przy ogrzewaniu nie topi si jak krysztaBy, lecz stopniowo mikn przechodzc ze stanu kruchego w cigliwy stan o du|ej lepko[ci i w koDcu w stan ciekBy przy ogrzewaniu lepko[ i inne wBa[ciwo[ci szkieB zmieniaj si w sposb cigBy topi si i krzepn w sposb odwracalny SZKAO JEST OSOBNYM, OBOK GAZOWEGO, CIEKAEGO I SZKAO JEST OSOBNYM, OBOK GAZOWEGO, CIEKAEGO I KRYSTALICZNEGO, STANEM MATERII KRYSTALICZNEGO, STANEM MATERII CHARAKTERYZUJCYM SI METASTABILNOZCI. CHARAKTERYZUJCYM SI METASTABILNOZCI. STRUKTURA SZKAA Uporzdkowanie atomw ochBodzonych ze stopu do stanu krystalicznego lub szklistego Wysoce nieuporzdkowany stop zawiera maBe, uporzdkowane obszary (2-10 ) zBo|one z atomw, grup atomw lub wielo[cianw tlenowych oddziaBujcych ze sob NiecigBa zmiana CigBa zmiana ChBodzenie powoduje przegrupowanie wBa[ciwo[ci wBa[ciwo[ci atomw do ni|ej energetycznego ukBadu Szybko[ chBodzenia decyduje o przej[ciu w stan krystaliczny lub szklisty STRUKTURA SZKAA wg MODELU SIECI PRZYPADKOWEJ W.H.Zachariasen (1932) oraz Warren i wsp. Model opiera si na koncepcji istnienia blokw atomw, czsteczek lub wielo[cianw tlenowych oraz podobieDstwie energii stanu krystalicznego i szklistego O W szkBach tlenkowych blokami strukturalnymi s trjkty lub czworo[ciany tlenowe. Si MODEL SIECI PRZYPADKOWEJ c.d. W zale|no[ci od wytrzymaBo[ci wizania pomidzy anionem tlenu i kationem w wielo[cianie tlenu mo|na wyr|ni trzy grupy kationw: I. Kationy wizbotwrcze, wokB ktrych skoordynowane s wielo[ciany tlenu np.: kationy krzemu, germanu, boru II. Kationy modyfikujce  zwikszaj stosunek ilo[ci jonw tlenu do kationu wizbotwrczego przez co modyfikuj lub przerywaj trjwymiarow sie wielo[cianw. Kationy te umiejscawiaj si w dziurach pomidzy wielo[cianami sieci i przyBczaj si do nie zwizanych lub pojedynczo zwizanych jonw tlenu  tlenki alkaliczne i ziem alkalicznych III. Kationy po[rednie  podstawiajce kationy wizbotwrcze w wielo[cianach lub zajmujce dziury pomidzy wielo[cianami MODEL SIECI PRZYPADKOWEJ c.d. Warunki powstania szkBa tlenkowego (wg. Zachariasena): i. jon tlenu przyBcza si do co najwy|ej dwch kationw ii. liczba koordynacyjna jonw tlenu wokB kationu wizbotwrczego jest maBa (4 lub mniej) iii. wielo[ciany tlenu Bcz si tylko naro|ami iv. dla wygenerowania sieci przestrzennej wielo[ciany Bcz si minimum trzema naro|ami. MODEL SIECI PRZYPADKOWEJ c.d. Dwuwymiarowe schematy budowy Sie krzemionki Sie szkBa Sie szkBa Na2O-SiO2 krzemionkowego MODEL STRUKTURY SZKAA KRZEMIONKOWEGO MODYFIKOWANEGO ALKALIAMI KRYSTALICZNA KRZEMIONKA Struktura regularna diamentu z tetraedrami SiO4 w poBo|eniach atomw C. Jasne kule reprezentuj jony alkaliw, ciemne  krzemu. STRUKTURY SZKIEA: SiO2 i GeO2 Szklista krzemionka Szklisty tlenek germanu MODELE STRUKTURY SZKLISTEGO B2O3 Struktura boroksylu B3O6 Struktura skrconej ta[my SUBSTANCJE WYSTTUJCE W STANIE SZKLISTYM Substancje nietlenkowe Tlenki SiO2 Si B2O3 Se P2O5 Te As2O3 PbF2 GeO2 Substancje te w stanie stopionym wystpuj w postaci du|ych zespoBw atomw o ksztaBtach anizotropowych TECHNOLOGIA I WAAZCIWOZCI SZKIEA TECHNICZNYCH TECHNOLOGIA SZKIEA TECHNICZNYCH Znaczenie technologiczne maj szkBa zawierajce w swoim skBadzie nastpujce tlenki: Tlenki szkBotwrcze  SiO2, B2O3, P2O5 (tworz wizb) Tlenki modyfikujce  Na2O, K2O, MgO, CaO (obni|aj lepko[ stopu w wyniku rozerwania wizaD Si-O) Tlenki po[rednie  Al2O3, BeO (modyfikuj wBa[ciwo[ci szkieB poprzez podstawianie Si lub wchodzenie w luki pomidzy tetraedrami [SiO4]4-) PODZIAA TECHNOLOGII SZKAA PAASKIEGO CIGNIONEGO T. SZKAA BUDOWLANEGO T. SZKAA BUDOWLANEGO PAASKIEGO WALCOWANEGO PIANKOWEGO KSZTAATEK BUDOWLANYCH NA: T. OPAKOWAC SZKLANYCH T. OPAKOWAC SZKLANYCH " ARTYKUAY SPO{YWCZE " LEKI " KOSMETYKI " ARTYKUAY CHEMICZNE STOAOWEGO T. SZKAA GOSPODARCZEGO T. SZKAA GOSPODARCZEGO KRYSZTAAOWEGO I OZWIETLENIOWEGO I OZWIETLENIOWEGO OZWIETLENIOWEGO T. SZKAA TECHNICZNEGO T. SZKAA TECHNICZNEGO WAKIEN SZKLANYCH OPTYCZNEGO RUR, RUREK, PRTW ELEKTROPR{NIOWEGO INNYCH SZKIEA np.: filtry, LABORATORYJNEGO termosy, tech. jdrowa, itd.. KWARCOWEGO PRZYKAADOWE SKAADY CHEMICZNE SZKIEA Zawarto[ tlenku, % SiO2 Na2O K2O Al2O3 B2O3 MgO PbO CaO FeO inne okienne 72.0 16.6 - - - 2.2 - 9.5 - - 0.2 butelkowe 65.3 12.2 6.8 - - 1.9 - 11.4 1.2 MnO stoBowe f. rcznie 74.1 17.4 - 0.4 - 0.1 - 7.9 0.06 - 5.0 F o[wietleniowe 64.9 12.0 4.0 5.5 - - 0.7 3.8 0.3 6.2 MnO As2O3 optyczne 69.6 8.4 8.4 0.04 9.9 - - - 0.01 SO2 krysztaBowe 58.2 2.7 14.5 0.3 - - 24.5 0.05 - - kwarcowe 96.3 0.2 0.2 0.4 2.9 - - - - - Powy|sze szkBa nie zawieraj BaO SCHEMAT PRODUKCJI WYROBW SZKLANYCH skBadowanie surowcw przygotowanie surowcw przygotowanie surowcw sporzdzanie zestawu sporzdzanie zestawu topienie topienie formowanie wyrobw formowanie wyrobw odpr|anie wyrobw odpr|anie wyrobw kontrola jako[ci wykaDczanie wyrobw wykaDczanie wyrobw ostateczna kontrola pakowanie, magazynowanie, ekspedycja SCHEMAT PRODUKCJI SZKAA PAASKIEGO SUROWCE SZKLARSKIE wprowadzajce tlenki szkBotwrcze wprowadzajce tlenki przej[ciowe wprowadzajce tlenki modyfikujce sBu|ce do barwienia i odbarwiania szkBa mcce szkBo klarujce i przyspieszajce topienie SUROWCE WPROWADZAJCE TLENKI SZKAOTWRCZE SiO2 piaski szklarskie B2O3 boraks  Na2B4O7.10H2O kwas borny  H3BO3 P2O5 apatyty fosforany sodowe, amonowe kwas fosforowy SUROWCE WPROWADZAJCE TLENKI PRZEJZCIOWE I MODYFIKATORY Al2O3 MgO skalenie mczka dolomitowa  CaCO3.MgCO3 " ortoklaz K2O.Al2O3.6SiO2, " albit Na2O.Al2O3.6SiO2 PbO tlenek i wodorotlenek glinu minia oBowiowa  Pb3O4 kaolin Li2O wglan litu lub mineraBy Na2O litu np.: eukryptyt soda  Na2CO3 Rb2O i Cs2O Bug sodowy - NaOH wglany rubidu i cezu K2O ZnO pota|  K2CO3 biel cynkowa  ZnO CaO BaO wapienie, marmury mczka barytowa  zawieraj kalcyt  CaCO3 BaSO4 SUROWCE POMOCNICZE [rodki klarujce siarczan sodu Na2SO4, trjtlenek arsenu As2O3, saletra sodowa Na2NO3, fluoryt CaF2, sole amonowe zmtniacze zwizki fluoru " fluorek amonu NH4F.HF, fluoryt CaF2, kryolit, fluorokrzemian sodowy zwizki fosforu " mczka kostna, koncentrat apatytowy SnO2 As2O3 arszenik przyspieszacze (obni|aj lepko[) chlorki sodu, litu i wapnia, siarczany sodu i amonu utleniacze saletry, siarczan sodu, itp. (rozkBadaj si z wydzieleniem tlenu) reduktory trociny, koks, wgiel, sadza, zwizki cyny, metaliczny Sb, Al i Mg SUROWCE SAU{CE DO BARWIENIA I ODBARWIANIA SZKAA tlenek chromu Cr2O3  barwa szkBa |Btozielona tlenek chromu |Btozielona tlenek i podtlenek miedzi CuO i Cu2O barwa szkBa tlenek i podtlenek miedzi zielononiebieska zielononiebieska siarczek kadmu CdS  barwa szkBa od |Btej do ciemnoczerwonej siarczek kadmu |Btej ciemnoczerwonej (razem z selenem i siark ) tlenek |elaza Fe2O3  barwa szkBa |Bta tlenek |elaza |Bta selen metaliczny lub Na2SeO3  barwa szkBa r|owa selen metaliczny lub Na2SeO3 r|owa azotan srebra AgNO3  barwa szkBa zBocisto|Bta azotan srebra zBocisto|Bta chlorek zBota AuCl3  barwa szkBa od r|owej do purpurowej chlorek zBota r|owej purpurowej tlenki wanadu V2O3 i V2O5  barwa szkBa zielona tlenki wanadu zielona tlenki pierwiastkw ziem rzadkich- CeO2 (bezbarwne, pochBaniaj ultrafiolet), Nd2O3 (purpurowa), Pr2O3 (zielona) Nd2O3 (purpurowa Pr2O3 (zielona) TOPIENIE Proces zBo|ony z wielu skomplikowanych przemian fizycznych, Proces zBo|ony z wielu skomplikowanych przemian fizycznych, reakcji chemicznych i procesw fizykochemicznych, w wyniku reakcji chemicznych i procesw fizykochemicznych, w wyniku ktrych otrzymuje si mas szklan przydatn do formowania ktrych otrzymuje si mas szklan przydatn do formowania wyrobw. wyrobw. Stadia procesu topienia masy szklanej: 1. Tworzenie si krzemianw  800-900oC  przemiany i reakcje surowcw, spiek krzemianowy z niewielk ilo[ci fazy ciekBej 2. Tworzenie si szkBa  rozpuszczanie si nadmiarowej krzemionki w stopie, ktry jest niejednorodny, peBen pcherzy, nici i smug, koniec w 1150-1200oC 3. Odgazowanie masy szklanej  klarowanie  1450-1500oC, =100P 4. Homogenizacja masy szklanej  przetrzymanie w obni|onej temperaturze, jednorodna, pozbawiona nici i smug faza ciekBa 5. Studzenie szkBa - stopniowe i rwnomierne ostudzenie masy szklanej do temperatury odpowiedniej dla stosowanej techniki formowania Do topienia wykorzystuje si donice (proces okresowy) Do topienia wykorzystuje si donice (proces okresowy) lub wanny szklarskie (proces cigBy) lub wanny szklarskie (proces cigBy) TOPIENIE  STADIUM I SiO2 krzemiany sodu Schemat budowy szkBa w ukBadzie Na2O-2SiO2 METODY FORMOWANIA WYROBW Z GORCEJ MASY SZKLANEJ rozdmuchiwanie porcji masy szklanej wytBaczanie wyrobw w formach cignienie masy szklanej walcowanie masy szklanej formowanie metod termograwitacyjn odlewanie od[rodkowe rozwBknianie strumienia masy szklanej Wybr metody zale|y od rodzaju formowanego wyrobu Wybr metody zale|y od rodzaju formowanego wyrobu i [ci[le zwizany jest z lepko[ci (temperatur) masy szklanej. i [ci[le zwizany jest z lepko[ci (temperatur) masy szklanej. SPOSB FORMOWANIA A LEPKOZ SZKAA log  =18-20 lepko[ szkBa w temp. pokojowej 14 warunki zeszklenia szkBo szkBo 12 szkBo sodowe I kwarcowe pocztek miknicia krysztaBowe 10 pocztek spiekania 8 szkBa szkBo gicie 6 sodowe II obrbka na palniku 4 walcowanie, 2 wytBaczanie, cignienie 0 300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 Temperatura, oC rozdmuchiwanie topienie szkBa (konsystencja ciasta)  log , [P] ROZDMUCHIWANIE PORCJI MASY SZKLANEJ ROZDMUCHIWANIE PORCJI MASY SZKLANEJ Schemat formowania butelki w automacie kroplowym dwustoBowym WYTAACZANIE WYROBW W FORMACH Schemat formowania szklanki metod wytBaczania WYTAACZANIE WYROBW W FORMACH Schemat formowania sBoja poBczon metod wytBaczania i wydmuchiwania CIGNIENIE MASY SZKLANEJ Maszyna do cignienia szkBa metod Fourcaulta i wykres temperatury ta[my szklanej CIGNIENIE MASY SZKLANEJ Schemat wytwarzania rur i prtw sposobem Dannera WALCOWANIE MASY SZKLANEJ Schemat walcowania szkBa w sposb cigBy: a) szkBo bez zbrojenia, b) szkBo zbrojone FORMOWANIE METOD TERMOGRAWITACYJN  pBywajca ta[ma szklana Regulowana ilo[ masy szklanej w postaci strugi wypBywa z wanny szklarskiej na powierzchni stopionego metalu (cyny) i poruszajc si po niej przeksztaBca si w ta[m szklan majc powierzchni z politur ogniow. Ta[m odpr|a si i studzi. Stosuje si atmosfery ochronne zapobiegajce utlenianiu cyny (azot z wodorem). Jako[ powierzchni szkBa porwnywalna z Jako[ powierzchni szkBa porwnywalna z powierzchniami szlifowanymi i polerowanymi powierzchniami szlifowanymi i polerowanymi ROZWAKNIANIE STRUMIENIA MASY SZKLANEJ Schemat rozwBkniania szkBa metod wirowo-dyszow ODPR{ANIE SZKAA odmienne warunki stygnicia warstw zewntrznych i wewntrznych powoduj powstanie napr|eD termicznych w uformowanym wyrobie, co obni|a jego warto[ u|ytkow lub go dyskwalifikuje odpr|anie to proces obrbki termicznej, ktry ma na celu usunicie napr|eD termicznych w wyrobie odpr|anie prowadzi si w temperaturach, w ktrych lepko[ szkBa mie[ci si w przedziale =1013-1014.5 P czasy relaksacji napr|eD s rzdu minut lub godzin proces odpr|ania koDczy kontrolowane chBodzenie HARTOWANIE SZKAA hartowanie  proces termiczny, ktrego celem jest wprowadzenie napr|eD [ciskajcych na powierzchni szkBa gBwnie pBaskiego polega na nagrzaniu tafli do temperatury bliskiej tempe- raturze miknicia i szybkim ochBodzeniu intensywnym strumieniem powietrza szkBo hartowane charaktery- zuje si podwy|szon wytrzymaBo[ci mechaniczn i termiczn oraz szczeglnym sposobem pkania OPERACJE WYKACCZANIA WYROBW opkanie  usuwanie kap lub rozdzielanie kilku wyrobw formowanych Bcznie szlifowanie, ewentualnie polerowanie zatapianie docieranie znakowanie i cechowanie pojemno[ci wiercenie otworw zdobienie PRZETWRSTWO SZKAA Rczne [cienianie rurki szklanej: a) podgrzewanie szkBa w pBomieniu, b) rozciganie rurki WAAZCIWOZCI FIZYCZNE I CIEPLNE TYPOWYCH SZKIEA WBa[ciwo[ Wymiar Krzemionka Budowlane Butelkowe KrysztaBowe topiona okienne Gsto[,  g.cm-3 2.2 2.18 2.4-2.5 4.28 Wsp. rozsz. ciepl.,[r K-1 .106 0.55 8.0 4.7 9.1 (20-300oC) Odp. na wst. ciep., T K ~1000 ~80 100-220 ~100 CiepBo wBa[ciwe, cp J.kg-1.K-1 670 840 840 335 WAAZCIWOZCI MECHANICZNE I ELEKTRYCZNE TYPOWYCH SZKIEA WBa[ciwo[ Wymiar Krzemionka Budowlane Butelkowe KrysztaBowe topiona okienne ModuB Younga, E GPa 72 69 65 52 Liczba Poissona - 0.17 0.21 0.2 0.23 Twardo[ Mohsa - 75-7 5-76 WytrzymaBo[ na roz- MPa 110 80-100 35-90 20 ciganie WytrzymaBo[ na MPa 51000 500-1000 600-1250 - [ciskanie Rezystywno[, , 20C .cm 1014 109 1010 ~109 SZKAA TECHNICZNE Specjalne gatunki szkieB o polepszonych Specjalne gatunki szkieB o polepszonych wBa[ciwo[ciach wBa[ciwo[ciach SZKAA TECHNICZNE  PODSTAWOWE CECHY dobra wytrzymaBo[ mechaniczna wysoka odporno[ chemiczna wysoka odporno[ na wstrzs cieplny wysoka twardo[ SZKAA TECHNICZNE  do zastosowaD konstrukcyjnych (laboratoryjne, przemysBowe, aparaturowe, izolatorowe) aparaturowe zwykBe typ WoBomin (1955) Kavalier (Czechy) Ilmenau (Niemcy) borokrzemianowe typ Silvit (1960) Jena G-20 (Niemcy) borokrzemianowe typ Termisil (1965) Pyrex (USA) Simax (Czechy) Razotherm (Niemcy) kwarcowe SKAAD CHEMICZNY SZKIEA TECHNICZNYCH Zawarto[ tlenku, % SiO2 Na2O K2O Al2O3 B2O3 MgO BaO CaO As2O3 ZrO2 WoBomin 68.7 15.6 - 4.0 1.1 1.8 0.6 8.1 - - Silvit 75.3 6.6 - 4.8 8.9 - 4.0 0.8 0.1 0.11 Termisil 78.8 3.8 0.8 1.0 11.7 - 1.6 1.0 - 0.5 kwarcowe 96.3 0.2 0.2 0.4 2.9 - - - - SZKAA TECHNICZNE - WYTWARZANIE Silvit Termisil szkBo kwarcowe Ttopnienia, oC 1560 1600 1800-1900 Tformowania, oC 1400 1410 ~1700 Todpr|ania, oC 600 600 - Wy|sze temperatury topnienia i formowania implikuj inne konstrukcje urzdzeD technologicznych SZKAA TECHNICZNE  PODSTAWOWE WAAZCIWOZCI WBa[ciwo[ Wymiar WoBomin Silvit Termisil kwarcowe Gsto[,  g.cm-3 2.51 2.39 2.23 2.18 Wsp. rozsz. ciepl.,[r K-1 .106 8.4 4.7 3.3 0.55 (20-300oC) Odp. na wst. ciep., T K 110 200 200 ~1000 Twardo[ Mohsa - 66 6 7 ModuB Younga, E GPa 65 68.5 65 69-72 WytrzymaBo[ na rozc. MPa 70 - 81.1 110-120 Liczba Poissona - 0.2 0.2 0.2 0.17-0.18 Rezystywno[, , 25C .cm 109 1010 1012 1014-1015 -naczynia -szkBo -szk. labor. -kolby, tygle Zastosowania chemicz- labora- -naczynia -aparatura ne toryjne |arodporne chemiczna -ampuBki -izolatory -soczewki, lekw pryzmaty -aparatura chemiczna -elektronika DEWITRYFIKATY SZKAO ! DEWITRYFIKAT Stan szklisty jest metastabilny w stosunku do bardziej stabilnego stanu krystalicznego. SzkBa wykazuj zatem skBonno[ do krystalizacji zwanej odszkleniem lub dewitryfikacj. W temperaturze pokojowej proces ten, ze wzgldu na du| lepko[ szkBa, jest bardzo wolny. W technologii szkBa niekontrolowane odszklenie jest procesem szkodliwym, powoduje obni|enie warto[ci gotowych wyrobw (zmtnienie, powstawanie kamieni) Odkrycie metody katalizowanej krystalizacji szkBa umo|liwiBo powstanie du|ej grupy polikrystalicznych tworzyw ceramicznych o polepszonych wBa[ciwo[ciach w stosunku do wyj[ciowych szkieB. Te tworzywa to DEWITRYFIKATY (a" pyroceramy DEWITRYFIKATY a" tworzywa szklanokrystaliczne) DEWITRYFIKAT - DEFINICJA Tworzywa dewitryfikacyjne Tworzywa dewitryfikacyjne to polikrystaliczne tworzywa to polikrystaliczne tworzywa charakteryzujce si drobnokrystaliczn charakteryzujce si drobnokrystaliczn mikrostruktur otrzymane w wyniku mikrostruktur otrzymane w wyniku katalizowanej krystalizacji szkBa katalizowanej krystalizacji szkBa wystpujcej jednorodnie w caBej jego wystpujcej jednorodnie w caBej jego objto[ci. objto[ci. KATALIZOWANA KRYSTALIZACJA SZKAA Celem jest uzyskanie polikrysztaBu zBo|onego z bardzo maBych krystalitw, co wymaga du|ej szybko[ci zarodkowania. Istota metody polega na tym, |e wzrost krysztaBw rozpoczyna si jednocze[nie na du|ej liczbie heterogenicznych centrw krystalicznych rwnomiernie rozmieszczonych w caBej objto[ci szkBa, ktremu nadano ju| posta wyrobu. Realizowana jest przez wprowadzenie do szkBa submikroskopowych czstek katalizatora, charakteryzujcych si wysokim stopniem rozproszenia w temperaturze poni|ej zakresu zauwa|alnie szybkiego wzrostu krysztaBw podstawowej fazy krystalizujcej. KATALIZOWANA KRYSTALIZACJA SZKAA cd. Stopione i uformowane szkBo z rozpuszczonym katalizatorem studzi si do chwili, a| katalizator zacznie tworzy rwnomiernie rozproszone w szkle zarodki krystalizacji lub wydzieli si spontanicznie w caBej objto[ci szkBa w postaci submikronowych czstek. Nastpnie szkBo ogrzewa si do odpowiedniej temperatury i przetrzymuje przez okres wystarczajcy do powstania zarodkw heterogenicznej krystalizacji i wzrostu krysztaBw z podstawowych skBadnikw szkBa przy udziale czstek katalizatora. KATALIZATORY KRYSTALIZACJI Domieszka wywoBujca krystalizacj szkBa w caBej objto[ci Domieszka wywoBujca krystalizacj szkBa w caBej objto[ci rozpuszcza si w stopionym szkle, ale jej rozpuszczalno[ zmniejsza si bardzo znacznie z temperatur PodziaB substancji katalizujcych krystalizacj szkBa: katalizatory metaliczne Cu ! CuO (0.05%), Ag ! np.: AgNO3(0.01-0.03%), Au ! AuCl3 (0.01-0.001%), Pt ! PtCl3(0.01%) katalizatory tlenkowe TiO2 - (2-20%), ZrO2 - (3-20%), P2O5 - (0.5-6%), ZnO - (3-13%), Cr2O3 - (1-3%), CeO2, V2O5, Nb2O5, Ta2O5, SnO2 katalizatory fluorkowe kriolit  Na3AlF6, fluorokrzemian sodowy  Na2SiF6 i fluoryt  CaF2  (3-8% w przeliczeniu na fluor) katalizatory siarczkowe inne katalizatory (niektre siarczany, chlorki, wgiel, itp.) KATALIZATORY KRYSTALIZACJI KLASYFIKACJA wg MALEJCEGO ZNACZENIA TiO2 MeF P2O5 ZrO2 Cr2O3 ZnO MeS DEWITRYFIKATY A LIKWACJA wg Pampucha - Podstawowymi ukBadami sBu|cymi do otrzymania tworzyw dewitryfikacyjnych s szkBa o skBadach, w zakresie ktrych wystpuje zjawisko likwacji, tj. rozdziaBu stopionego szkBa likwacji na dwie niemieszajce si ciecze W przypadku takich ukBadw dewitryfikacja zaczyna si poprzez heterogeniczne zarodkowanie na powierzchni szkBa, stwarzajc niebezpieczeDstwo uzyskania niejednorodnego mikrostrukturalnie produktu Wprowadzenie czstek katalizatorw rwnomiernie rozproszonych w szkle umo|liwia uzyskanie jednorodnego mikrostrukturalnie produktu WYBRANE TYPY DEWITRYFIKATW Dewitryfikaty w ukBadach SiO2-Al2O3-Li2O i SiO2-Al2O3- MgO z dodatkiem TiO2 (8-15%)  niski wspBczynnik , zawieraj m.in. -eukryptyt, -spodumen, kordieryt Dewitryfikaty w ukBadach SiO2-Al2O3-RO z dodatkiem TiO2 lub ZrO2, RO = CaO, ZnO, CdO, BaO, PbO, r|norodne wBa[ciwo[ci Dewitryfikaty w ukBadzie SiO2-Na2O-K2O z dodatkiem fluoru charakteryzujce si du|ym  Dewitryfikaty o skBadzie zbli|onym do miki z dodatkiem fluoru - s biaBe, podobne do porcelany (rumuDska porcelana ze szkBa) Dewitryfikaty na bazie |u|li hutniczych (ukBad SiO2-Al2O3-CaO- MgO-Na2O) z katalizatorami siarczkowymi Dewitryfikaty kordierytowe z dodatkiem TiO2 i/lub ZrO2 TECHNOLOGIA WYTWARZANIA DEWITRYFIKATW t1 = 450-850oC, =1011P 1 = kilka min.  20 godz. t2 = 900-1350oC 2 < 1 v2 H" 10oC/min, brak deformacji wyrobu Mikrostruktura dewitryfikatu zawierajcego faz -spodumenu (Li2O.Al2O3.nSiO2) Mikrostruktura dewitryfikatu zawierajcego faz -kwarcu (SiO2) Mikrostruktura dewitryfikatu zawierajcego faz dwukrzemianu litu (Li2O.2SiO2) Mikrostruktura dewitryfikatu opartego o faz miki zawierajcej fluor Mikrostruktura dewitryfikatu opartego o faz kordierytu (2MgO.2Al2O3.5SiO2) Mikrostruktura dewitryfikatu wytworzonego w oparciu o |u|el hutniczy WAAZCIWOZCI DEWITRYFIKATW MIKROSTRUKTURA udziaB fazy krystalicznej  5-95 % rozmiar ziaren  0.02-2 m udziaB porw  0 % izotropia wBa[ciwo[ci WAAZCIWOZCI FIZYCZNE gsto[  = 2.3  6.0 g/cm3 liniowy wsp. rozszerzalno[ci cieplnej  = 0.2  30 . 10-6 K-1 odporno[ na wstrzs cieplny T nawet do 700K WAAZCIWOZCI MECHANICZNE moduB Younga E = 75-140 GPa wytrzymaBo[ na zginanie zg = 100-250 MPa (2-5 x wy|sza ni| szkBa wyj[ciowego; nieznacznie maleje (80% pocztkowej warto[ci) ze wzrostem temperatury do 700-800oC) liczba Poissona  = 0.24 mikrotwardo[ 5-11 GPa (rzdu agatu) WAAZCIWOZCI DEWITRYFIKATW WAAZCIWOZCI CIEPLNE przewodno[ cieplna 3-4x > szkBa borokrzemowego temperatura miknicia 700-1350 oC ciepBo wBa[ciwe cp = 920-1170 Jkg-1K-1 (20-400oC; maBo r|ni si od szkBa wyj[ciowego i ceramiki) WAAZCIWOZCI ELEKTRYCZNE rezystywno[  = 1015-1017 .cm staBa dielektrzyczna niska wytrzymaBo[ na przebicie 20-50 kV/mm (wysoka) WAAZCIWOZCI OPTYCZNE wikszo[ dewitryfikatw jest nieprzezroczysta, s jednak rwnie| caBkowicie przezroczyste (maBy rozmiar krystalitw lub dopasowanie wsp. zaBamania [wiatBa krystalitw i f. szklistej) ODPORNOZ CHEMICZNA na dziaBanie kwasw H" szkBa borokrzemowego (np.: Pyrex) na dziaBanie zasad znacznie wiksza ni| szkBa borokrzemowego ZASTOSOWANIE DEWITRYFIKATW naczynia laboratoryjne, kuchenne elementy aparatury chemicznej gazowe i ciekBe wymienniki ciepBa (do 1100oC) prty kontrolne w reaktorach jdrowych (dewitryfikaty borowe) elementy pomp Bo|yska prowadniki nici ceramika elektrotechniczna i elektroniczna osBony konstrukcji budowlanych i inne elementy w budownictwie przemysBowym i mieszkaniowym Literatura Technologia szkBa  praca zbiorowa pod redakcj BolesBawa Ziemby, Wydawnictwo ARKADY, Warszawa 1987 Chemia ciaBa staBego  J.DereD, J.Haber, R.Pampuch, rozdz. 6, PWN Warszawa 1975 Podstawy in|ynierii materiaBw ceramicznych  R.Pampuch, PWN Warszawa, 1971 TWORZYWA KRZEMIANOWE Tre[ wykBadu: 1. Wiadomo[ci podstawowe 2. Technologia i wBa[ciwo[ci porcelany elektrotechnicznej 3. Technologia i wBa[ciwo[ci tworzyw steatytowych 4. Technologia i wBa[ciwo[ci tworzyw forsterytowych 5. Technologia i wBa[ciwo[ci tworzyw kordierytowych 6. Technologia i wBa[ciwo[ci tworzyw na bazie krzemianu cyrkonu INFORMACJE OGLNE O KRZEMIANACH I TWORZYWACH KRZEMIANOWYCH TWORZYWA KRZEMIANOWE TWORZYWA KRZEMIANOWE to te, ktre zawieraj w swojej to te, ktre zawieraj w swojej mikrostrukturze mikrostrukturze KRZEMIANY. KRZEMIANY. UKAAD SUBSTANCJA ILASTA-SKALEC-KWARC Masa kamionkowa Masa porcelanowa  dentystyczna pBytkowa Masa kamionkowa Porcelana elektrotechniczna na wyroby stoBowe Porcelana twarda Fajans stoBowy Fajans na pBytki [cienne PODSTAWOWE SUROWCE DO PRODUKCJI CERAMIKI KRZEMIANOWEJ Surowce krzemionkowe zasobne w SiO2 Surowce ilaste Surowce glinokrzemianowe zawierajce alkalia Surowce wapniowe zasobne w CaO Surowce magnezjowe zasobne w MgO Surowce chromowe, cyrkonowe, |elazowe Wystpuj na powierzchni Ziemi w ilo[ci 95% Wystpuj na powierzchni Ziemi w ilo[ci 95% SUROWCE KRZEMIONKOWE MineraBy grupy SiO2 kwarc oraz jego odmiany (krysztaB grski, kwarc |yBowy, kwarc dymny, agat, chalcedon) std mczka kwarcowa opal SkaBy krzemionkowe piaski kwarcowe (piasek szklarski  niska zawarto[ tlenkw barwicych i alkaliw, piaski kaolinowe, piaski kwarcowo- wapienne) kwarcyty krzemienie Bupki kwarcowe SUROWCE ILASTE - definicja SkaBy zasobne w mineraBy ilaste tj. krzemiany i glinokrzemiany warstwowe i wstgowe powstajce w wyniku wietrzenia skaB wulkanicznych. Po zarobieniu z wod uzyskuj wBa[ciwo[ci plastyczne. Po zarobieniu z wod uzyskuj wBa[ciwo[ci plastyczne SUROWCE ILASTE  podstawowe grupy skaBy zasobne w kaolinit Al4[Si4O10](OH)8 biaBo wypalajce si kaoliny (pierwotne i wtrne, naturalne i szlamowane) iBy (gliny) biaBo wypalajce si Bupki ogniotrwaBe iBy (gliny ) barwnie wypalajce si iBy (gliny) kamionkowe iBy do ceramiki budowlanej iBy klinkierowe skaBy zasobne w smektyty bentonity iBy montmorylonitowe SKALENIE Glinokrzemiany K, Na, Ca i Ba o strukturze szkieletowej. Glinokrzemiany K, Na, Ca i Ba o strukturze szkieletowej. GBwny skBadnik skaB magmowych. Przedstawiciele: ortoklaz - K2O.Al2O3.6SiO2 albit - Na2O.Al2O3.6SiO2 anortyt - CaO.Al2O3.2SiO2 Surowce: skalenie potasowe skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy) skaleniowce (nefelin potasowo-sodowy, leucyt potasowy) Topniki w technologii ceramiki krzemianowej Topniki w technologii ceramiki krzemianowej INNE SUROWCE Surowce wapniowe wglanowe CaCO3 (kalcyt, wapienie, margle, marmury, kreda) siarczanowe CaSO4 (gipsy, anhydryty) krzemianowe Ca3[Si3O9] (wollastonit) Surowce magnezjowe wglanowe (magnezyt MgCO3, dolomit CaMg[CO3], marmury dolomitowe krzemianowe (forsteryt Mg2[SiO4], oliwin, kordieryt Mg2Al3[AlSi5O18], talk Mg3[(OH)2Si4O10] PODSTAWOWE GRUPY TWORZYW KRZEMIANOWYCH porcelana elektrotechniczna mulit - 3Al2O3.2SiO2, SiO2 i/lub Al2O3, faza szklista steatyt metakrzemian - MgO.SiO2 forsteryt ortokrzemian magnezu - 2MgO.SiO2 kordieryt glinokrzemian magnezu - 2MgO.2Al2O3.5SiO2 materiaB szamotowy mulit, SiO2, Al2O3 materiaB mulitowy mulit, SiO2, Al2O3 materiaB mulitowo-szamotowy mulit, SiO2, Al2O3 PORCELANA TECHNICZNA I ELEKTROTECHNICZNA CECHY CHARAKTERYSTYCZNE Ma skBad porcelany lub pokrewny Ma podwy|szone w stosunku do zwykBej porcelany wBa[ciwo[ci mechaniczne i elektryczne Otrzymywana jest technologi klasycznej ceramiki szlachetnej RODZAJE TWORZYW PORCELANY TECHNICZNEJ I ELEKTROTECHNICZNEJ I ICH ZASTOSOWANIE Typ tworzywa Zastosowanie Porcelana twarda elementy aparatury chemicznej i laboratoryjnej, naczynia, galanteria elektrotechniczna, Porcelana izolatory wysoko- i niskonapiciowe, elektrotechniczna osBony urzdzeD elektrycznych Kamionka rury kanalizacyjne, pBytki podBogowe, naczynia, sprzt laboratoryjny Porcelana specjalna: korundowa - medycyna cyrkonowa - aparatura chemiczna berylowa - reaktory jdrowe SCHEMAT TECHNOLOGII PRODUKCJI IZOLATORW Z PORCELANY ELEKROTECHNICZNEJ SKALEC KWARC GLINA KAOLIN WA{ENIE WA{ENIE MIELENIE NA MOKRO BEATACZ MIELENIE NA MOKRO SITO SITO SEPARATOR MAGNET. SEPARATOR KAOLIN MIESZADAO TOPNIKI PRASA FILTRACYJNA KWARC BARWNIKI PRASA PRO{NIOWA WA{ENIE SUSZENIE MIELENIE SZLIFOWANIE SZLIFOWANIE TOCZENIE TOCZENIE SITO KONTROLA JAKOZCI SUSZENIE ZBIORNIK PAKOWANIE SZKLIWIENIE EKSPEDYCJA WYPALANIE WYPALANIE PODZIAA PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ elektrotechniczna elektrotechniczna prasowana elektrotechniczna krystobalitowa elektrotechniczna wysokoglinowa elektrotechniczna wysokoglinowa o du|ej wytrzymaBo[ci PRZYKAAD SKAADU SUROWCOWEGO PORCELANY KRYSTOBALITOWEJ (Sk-3) Surowiec UdziaB, % wag. SkaleD (Strzeblw) 15 Kaolin (Meka, Imperial, BZ) 40 Glina (Czasowiarska) 10 Kwarc (OBdrzychw) 35 Kwarc  mielony na mokro w mBynie kulowym wibracyjnym lub grawitacyjnym do uziarnienia < 5m (dla przepadu 80%) Temperatura wypalania  1380 oC SkBad fazowy wyrobw: mulit  15 %; kwarc  10 %, f. szklista  75% PRZYKAAD SKAADU SUROWCOWEGO PORCELANY WYSOKOGLINOWEJ (M-25) Surowiec UdziaB, % wag. SkaleD (Strzeblw) 24.5 Kaolin (Imperial, BZ) 24.5 Glina (Czasowiarska) 21 Al2O3 30 Al2O3  pra|ony w 1380oC, mielony na mokro w mBynie kulowym wibracyjnym lub grawitacyjnym do uziarnienia < 5m (dla przepadu 65%) Temperatura wypalania  1380 oC SkBad fazowy wyrobw: mulit  15 %; korund  34 %, f. szklista  51% SKAAD SUROWCOWY (% wag.) SZKLIW DLA PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ Szkliwo biaBeSzkliwo brzowe Piasek - 41 Kwarc 31.5 - ZBom porcelanowy 29.0 26.5 SkaleD 15.0 5.5 Dolomit 12.5 5.5 Kaolin Sedlec 10.5 - Marmur - 5.5 ZnO 1.5 - Glina Czasowiarska - 10.0 Cr2O3 -1.15 Mn2O3 -1.8 Fe2O3 -3.3 METODY FORMOWANIA TWORZYW PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ odlewanie z gstw lejnych toczenie mas o niskiej wilgotno[ci prasowanie proszkw wytBaczanie mas plastycznych o wilgotno[ci < 25 % WYPALANIE TWORZYW PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ 1600 1400 1200 1000 studzenie 800 atmosfera zmienna 600 400 200 0 0 10203040506070 Czas , godz. do 1410oC do 250oC atmosfera neutralna atmosfera do 1000oC do 1250oC wypaB ogniowy utleniajca atmosfera atmosfera ksztaBtowanie si suszenie silnie utleniajca redukcyjna ostatecznej rozkBad substancji ilastych redukcja |elaza mikrostruktury rozkBad zwizkw organicznych najwikszy skurcz wyrobu wypalanie wgla o e T mperatura C WYPALANIE TWORZYW PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ cd. Cykle wypalania porcelany elektrotechnicznej trwaj od 80 do 100 godzin. Porcelan elektrotechniczn wypala si w jednym cyklu  na ostro razem ze szkliwem. EWOLUCJA SKAADU FAZOWEGO I MIKROSTRUKTURY PORCELANY Kaolinit Al4[Si4O10](OH)8  gB. skBadnik substancji ilastej Kaolinit Al4[Si4O10](OH)8 a) Wg Brindleya i Nakahiry b) Wg Pampucha, BBaszczak i Kawalskiej EWOLUCJA SKAADU FAZOWEGO I MIKROSTRUKTURY PORCELANY cd. Skalenie  ortoklaz, albit, anortyt Skalenie  ortoklaz, albit, anortyt topi si ~1140oC, ~1250oC ziarna <10m znikaj w reakcji z ziarnami substancji ilastej, wiksze dalej z ni reaguj tworzc mulit i faz szklist  podstawowy skBadnik porcelany Kwarc SiO2 Kwarc SiO2 ulega cz[ciowemu rozpuszczeniu przez stopione skalenie zwikszajc udziaB fazy szklistej podczas studzenia nadtopione ziarna pkaj wskutek przemian fazowych MIKROSTRUKTURA PORCELANY CYKL WYPALANIA CYKL WYPALANIA CYKL WYPALANIA CYKL WYPALANIA TRADYCYJNY WOLNY TRADYCYJNY WOLNY SZYBKI SZYBKI kwarc por por por mulit pierwotny mulit pierwotny mulit wtrny mulit wtrny i faza szklista i faza szklista i faza szklista i faza szklista MIKROSTRUKTURA PORCELANY cd. PrzeBom trawiony w HF mulit wtrny mulit pierwotny kwarc por MIKROSTRUKTURA PORCELANY cd. mulit wtrny mulit pierwotny Ziarno kwarcu z mikropkniciami otoczone pier[cieniem roztworu por SKAADNIKI MIKROSTRUKTURY PORCELANY TECHNICZNEJ I ELEKTROTECHNICZNEJ mulit pierwotny- faza drobnokrystaliczna pochodzca z mulit pierwotny rozkBadu kaolinitu mulit wtrny  faza w ksztaBcie igieB krystalizuj w mulit wtrny stopionych ziarnach skalenia w warunkach dyfuzji alkaliw do ich powierzchni, rozmiar do 5m pory zamknite  rozmiar do 10m, udziaB do 5% pory zamknite nie rozpuszczone ziarna kwarcu  rozmiar max. nie rozpuszczone ziarna kwarcu 30m, udziaB do 15 % faza szklista  udziaB do 80% faza szklista ziarna Al2O3 lub ZrO2, je[li byBy wprowadzone ziarna Al2O3 lub ZrO2, CZYNNIKI DECYDUJCE O WAAZCIWOZCIACH PORCELANY TECHNICZNEJ I ELEKTROTECHNICZNEJ SkBad chemiczny i udziaB fazy szklistej SkBad chemiczny i udziaB fazy szklistej UdziaB i stopieD rozproszenia faz UdziaB i stopieD rozproszenia faz krystalicznych: krystalicznych: kwarc, mulit wtrny, Al2O3 (wpByw gBwnie na wBa[ciwo[ci mechaniczne) WAAZCIWOZCI FIZYCZNE I CIEPLNE PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ wg PN-86/E-06301 WBa[ciwo[ Wymiar Elektrotech Krystoba Glinowa Wysoko- -niczna -litowa glinowa Gsto[,  g.cm-3 <2.2 <2.3 <2.3 <2.5 Porowato[ otwarta, P % 0 000 Wsp. rozsz. ciepl.,[r K-1 .106 3-7 6-8 3-7.5 4-8 Odp. na wst. ciep., T K 150 150 150 150 CiepBo wBa[ciwe, cp J.kg-1.K-1 800-900 800-900 800-900 800-900 Przewod. cieplna,  W.m-1.K-1 1.0-2.5 1.4-2.5 1.2-2.6 1.5-4.0 Przewod. temperat., a m.s-2 0.6-1.1 0.7-1.2 0.8-1.4 4-8 Odporno[ chemiczna dobra dobra dobra b. dobra WAAZCIWOZCI MECHANICZNE PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ wg PN-86/E-06301 WBa[ciwo[ Wymiar Elektrotech Krystoba Glinowa Wysoko- -niczna -litowa glinowa ModuB Younga, E GPa 60 70 80 100 WytrzymaBo[ na zgi- MPa 50 80 80 140 nanie  bez szkliwa WytrzymaBo[ na zgi- MPa 60 100 100 160 nanie  ze szkliwem WytrzymaBo[ na roz- MPa 25 40 40 60 ciganie  bez szkliwa WytrzymaBo[ na roz- MPa 30 50 50 70 ciganie  ze szkliwem Udarno[ kJ.m-2 1.8 2.2 2.2 2.5 WAAZCIWOZCI ELEKTRYCZNE PORCELANY ELEKTROTECHNICZNEJ wg PN-86/E-06301 WBa[ciwo[ Wymiar Elektrotech Krystoba Glinowa Wysoko- -niczna -litowa glinowa Przenikalno[ - 6-7 5-6 6-7 6-7 dielektryczna,  WytrzymaBo[ kV.mm-1 20 20 20 20 dielektryczna, Ed tg x103, przy 50 Hz 35 35 35 35 tg x103, przy 1 MHz 12 12 12 12 Rezystywno[, , 20C .cm 1013 1013 1013 1013 Rezystywno[, , 600C .cm 104 104 104 104 ZASTOSOWANIA PORCELANY TECHNICZNEJ I ELEKTROTECHNICZNEJ elektrotechniczna izolatory wysoko- i niskonapiciowe osprzt elektrotechniczny krystobalitowa izolatory wysokonapiciowe osBony wielkogabarytowe glinowa izolatory wysokonapiciowe o du|ej wytrzymaBo[ci powy|sze rodzaje porcelany + twarda aparatura chemiczna i laboratoryjna (do 1000oC) tygle parownice mielniki i wykBadziny mBynw PRODUCENCI KRAJOWI Porcelana elektrotechniczna Zapel BoguchwaBa Zapel WaBbrzych Porcelana laboratoryjna ZCS Chodzie| STEATYT Tworzywo oparte na metakrzemianie magnezu MgSiO3 STEATYT  SUROWCE talk  3MgO.4SiO2.H2O  60-90 % wag. gliny  kilka do 25% wag. topniki - skalenie  do 25% wag. - wglany magnezu, wapnia, baru i innych pierwiastkw ziem alkalicznych do 25 % wag. STEATYT  SKAADNIKI MIKROSTRUKTURY protoenstatyt - MgSiO3 (metakrzemian magnezu), faza krystaliczna powstajca z rozkBadu talku podczas wypalania faza szklista  utworzona z pozostaBych skBadnikw zestawu surowcowego  wi|e ziarna protoenstatytu MIKROSTRUKTURA STEATYTU MgSiO3 f. szklista MIKROSTRUKTURA STEATYTU STEATYT  CZYNNIKI DETERMINUJCE WAAZCIWOZCI ELEKTRYCZNE SkBad chemiczny fazy szklistej jednowarto[ciowe, maBe jony alkaliczne Na+, K+ (pochodzce ze skaleni) podwy|szaj wspBczynnik stratno[ci elektrycznej dwuwarto[ciowe, du|e jony pierwiastkw ziem alkalicznych Mg2+, Ca2+, Ba2+ redukuj wspBczynnik stratno[ci elektrycznej Inne wBa[ciwo[ci zale| znacznie sBabiej od skBadu chemicznego fazy szklistej STEATYT  TECHNOLOGIA WYTWARZANIA Przygotowania mieszanin do formowania na mokro na sucho (mieszarki kr|nikowe) Formowanie Odlewanie z gstw w formach gipsowych Prasowanie jednoosiowe lub izostatyczne granulatw (150-250 m) o wilgotno[ci 0-2 % (ksztaBty nieskomplikowane) Prasowanie rczne mas o wilgotno[ci 8-16 % (ksztaBty skomplikowane) WytBaczanie ci[nieniowe mas o wilgotno[ci 14-19 % Obrbka mechaniczna wysuszonych wyrobw na tokarkach Szkliwienie Wypalanie  temperatury 1200-1300oC STEATYT  RODZAJE TWORZYW I ZASTOSOWANIE wg PN-86/E-06301 steatyt niskonapiciowy elementy konstrukcyjno-izolacyjne aparatw i urzdzeD niskonapiciowych steatyt izolatory i elementy izolacyjne wysoko i niskonapiciowe o du|ej wytrzymaBo[ci mechanicznej i podwy|szonych temperaturach eksploatacji elementy kondensatorw steatyt specjalny izolatory i elementy izolacyjne wysoko i niskonapiciowe o du|ej wytrzymaBo[ci mechanicznej i podwy|szonych temperaturach eksploatacji elementy w obwodach wielkiej czstotliwo[ci steatyt porowaty elementy izolacyjne w urzdzeniach elektronicznych i pr|niowych obrabiane po wypaleniu STEATYT  ZASTOSOWANIE izolatory wysokiej czstotliwo[ci radioodbiorniki, telewizory, telefony, inne urzdzenia elektroniczne FORSTERYT Tworzywo oparte na ortokrzemianie magnezu Mg2SiO4 FORSTERYT  SUROWCE talk  3MgO.4SiO2.H2O dodatkowe zrdBa magnezu: tlenek magnezu wodorotlenek magnezu wglan magnezu gliny topniki  zwizki baru FORSTERYT  SKAADNIKI MIKROSTRUKTURY forsteryt - Mg2SiO4 (ortokrzemian magnezu), faza krystaliczna powstajca w reakcji talku ze zwizkami magnezu podczas wypalania faza szklista  utworzona z topnikw i glin  zapewnia wyrobom brak nasikliwo[ci SkBad surowcowy musi zapewnia otrzymanie odpowiednich udziaBw forsterytu oraz fazy ciekBej o wymaganym skBadzie. FORSTERYT  TECHNOLOGIA WYTWARZANIA TECHNOLOGIA WYTWARZANIA TECHNOLOGIA WYTWARZANIA ANALOGICZNA JAK W PRZYPADKU ANALOGICZNA JAK W PRZYPADKU STEATYTU STEATYTU FORSTERYT  WAAZCIWOZCI podobne do steatytu zalety: ni|sza stratno[ elektryczna wy|sza rozszerzalno[ cieplna " uszczelnienia metal-ceramika - cecha korzystna " odporno[ na wstrzs cieplny - cecha niekorzystna FORSTERYT  RODZAJE TWORZYW I ZASTOSOWANIE wg PN-86/E-06301 forsteryt porowaty (30%) elementy izolacyjne w urzdzeniach elektronicznych i pr|niowych obrabiane po wypaleniu forsteryt elementy lamp elektronowych elementy konstrukcyjno-izolacyjne do pracy w obwodach wielkiej czstotliwo[ci KORDIERYT Tworzywo oparte na kordierycie 2MgO.2Al2O3.5SiO2 KORDIERYT  SUROWCE talk  3MgO.4SiO2.H2O gliny Al2O3 dobrane tak, aby dostarczy stechiometryczn ilo[ odpowiednich tlenkw dla utworzenia krystalicznej fazy kordierytu 2MgO"2Al2O3"5SiO2 KORDIERYT - WAAZCIWOZCI niski wspBczynnik rozszerzalno[ci cieplnej (1 - 3.8 x 10-6 K-1) mniejszy ni| w przypadku tworzyw cyrkonowych inkongruentne topienie si w temperaturze 1540oC MO{LIWOZ WYTWARZANIA MO{LIWOZ WYTWARZANIA DEWITRYFIKATW KORDIERYTOWYCH DEWITRYFIKATW KORDIERYTOWYCH KORDIERYT SKAADNIKI MIKROSTRUKTURY kordieryt - 2MgO"2Al2O3"5SiO2 protoenstatyt, mulit i Al2O3, jako efekt niecaBkowitego przereagowania ukBadu. Powoduje to podwy|szenie wspBczynnika rozszerzalno[ci cieplnej z <0.5x10-6K-1 dla czystego kordierytu do nawet 3.5x10-6 K-1 dla tworzyw zawierajcych te fazy. KORDIERYT - TECHNOLOGIA WYTWARZANIA mieszanie zestawu surowcw na sucho, formowanie  wytBaczanie ci[nieniowe po dodaniu niezbdnej ilo[ci wody - prty, rurki, kostki suszenie cicie i obrbka na tokarkach z uwzgldnieniem naddatkw na skurcz wypalania wypalanie KORDIERYT  WYPALANIE Wikszo[ tworzyw kordierytowych projektowana jest tak, aby mo|na je byBo produkowa razem z porcelan czy steatytem  temperatury wypalania 1200-1300oC. Temperatura wypalania ~1450oC zapewnia caBkowit reakcj skBadnikw i utworzenie drobnoziarnistej mikrostruktury kordierytu Wy|sze temperatury potrzebne s do utworzenia materiaBw o jedynie kilkuprocentowej porowato[ci otwartej. KORDIERYT - ZASTOSOWANIE elementy Bukoodporne i |aroodporne pracujce przy czstotliwo[ci 60Hz w temperaturach do 1250oC - podpory elementw grzejnych: piece elektryczne, grzejniki nurkowe, inne urzdzenia elektryczne, MateriaBy o porowato[ci otwartej do max. 10 % i w zwizku z tym podwy|szonej odporno[ci na wstrzs cieplny. elementy Bukoodporne i |aroodporne pracujce przy wy|szych od 60 Hz czstotliwo[ciach (do 1MHz) i znacznie mniejszych gsto[ciach prdu MateriaBy z dodatkiem skalenia pozbawione porowato[ci otwartej. KORDIERYT  WYTWARZANIE DEWITRYFIKATW formowanie wyrobw ze stopionego kordierytu zawierajce dodatek TiO2 lub mieszaniny TiO2 i ZrO2 w roli zarodkw krystalizacji technikami typowo szklarskimi. obrbka cieplna przezroczystych wyrobw w kontrolowanych warunkach majca na celu wytworzenie mikrostruktury skrajnie drobnoziarnistych krystalitw kordierytu poBczonych jednorodn faza szklist. KORDIERYT  WAAZCIWOZCI DEWITRYFIKATW brak porowato[ci otwartej porowato[ zamknita 4-15 % podwy|szone wBa[ciwo[ci mechaniczne mniejsza stratno[ elektryczna niski wspBczynnik rozszerzalno[ci cieplnej KORDIERYT  ZASTOSOWANIA DEWITRYFIKATW izolatory obwody drukowane poBczenia ceramika-metal kondensatory kopuBki anten radiolokatorw inne elementy elektroniczne TWORZYWA NA BAZIE KRZEMIANU CYRKONU ZrSiO4 TWORZYWA NA BAZIE KRZEMIANU CYRKONU Zalety w porwnaniu ze steatytem: wy|sza wytrzymaBo[ mechaniczna mniejsza rozszerzalno[ cieplna Wady: wysoka twardo[ krzemian cyrkonu podnosi koszty wytwarzania w zwizku z intensywniejszym zu|yciem si narzdzi i maszyn ogranicza zdolno[ do formowania zBo|onych ksztaBtw, (dodatek gliny uBatwia formowanie lecz zwiksza pracochBonno[) TWORZYWA NA BAZIE KRZEMIANU CYRKONU SUROWCE krzemian cyrkonu (ZrSiO4 cyrkon)  25-90 %, glina  kilka  50 %, topniki: skalenie i/lub zwizki pierwiastkw ziem alkalicznych, niektre tworzywa zawieraj podwjne krzemiany np.: krzemian cyrkonowo-barowy TWORZYWA NA BAZIE KRZEMIANU CYRKONU EWOLUCJA SKAADU FAZOWEGO I MIKROSTRUKTURY PODCZAS WYPALANIA cyrkon pozostaje bez zmian skaleD tworzy faz ciekB topniki na bazie pierwiastkw ziem alkalicznych reaguj z cz[ci gliny tworzc faz ciekB podwjne krzemiany kationy dwuwarto[ciowe (Ba2+, Ca2+ i/lub Mg2+) i krzemionka (SiO2) reaguj ze skBadnikami gliny (Al2O3"2SiO2"2H2O) tworzc faz ciekB jony Zr4+ tworz ZrO2. UdziaB fazy szklistej zale|y od wymaganych wBa[ciwo[ci UdziaB fazy szklistej zale|y od wymaganych wBa[ciwo[ci i temperatury spiekania - zazwyczaj 1200-1300oC, i temperatury spiekania - zazwyczaj 1200-1300oC, przy najwy|szych zawarto[ciach cyrkonu do1550oC przy najwy|szych zawarto[ciach cyrkonu do1550oC TWORZYWA NA BAZIE KRZEMIANU CYRKONU TECHNOLOGIA WYTWARZANIA zasadniczo podobna do produkcji steatytu zasadniczo podobna do produkcji steatytu TWORZYWA NA BAZIE KRZEMIANU CYRKONU ZASTOSOWANIE wyBczniki sieciowe zdolno[ krzemianu cyrkonu do natychmiastowego tBumienia Buku elektrycznego WAAZCIWOZCI FIZYCZNE I CIEPLNE MATERIAAW NA IZOLATORY NISKONAPICIOWE WBa[ciwo[ Porcelana Steatyt Forsteryt Cyrkon Kordieryt Gsto[, , g.cm-3 2.2-2.4 2.5-2.9 2.8 2.8-3.8 1.7-2.4 Nasikliwo[, N, % 0.2-2.5 0-0.08 0 0-5 0-18 Wsp. rozszerzalno[ci 5.5 7.7-8.7 9.9-11.2 3.3-5.5 1.0-3.8 cieplnej,[r, K-1 .106 Bezpieczna 800 1000 1000- 1000- 1000- temperatura pracy, oC 1300 1200 1250 Przewodno[ cieplna, 0.9-1.8 2.8-6.0 3.0-7.9 6.5 1.6-3.2 , W.m-1.K-1, 25oC Przewodno[ cieplna, 2.4-4.0 2.2-4.2 1.6-2.1 , W.m-1.K-1, 500oC WAAZCIWOZCI MECHANICZNE MATERIAAW NA IZOLATORY NISKONAPICIOWE WBa[ciwo[ Porcelana Steatyt Forsteryt Cyrkon Kordieryt WytrzymaBo[ na 10-31 58-71 70 34-104 10-55 rozciganie, MPa WytrzymaBo[ na 20-59 120-177 140 68-240 20-110 zginanie, MPa WytrzymaBo[ na 207-448 500- 585 550- 80-340 [ciskanie, MPa 1035 1240 ModuB Younga, E, GPa 60-100 100-110 145 60-117 ModuB sztywno[ci, G, GPa 40-42 62 26-48 Liczba Poissona 0.20- 0.23 0.17- 0.23 0.21 WAAZCIWOZCI ELEKTRYCZNE MATERIAAW NA IZOLATORY NISKONAPICIOWE WBa[ciwo[ Porcelana Steatyt Forsteryt Cyrkon Kordieryt WytrzymaBo[ dielek- 3.5-8.0 8.0-9.2 8.0-9.5 0.6-8.6 2.2-8.0 tryczna, Ed, kV.mm-1 Rezystywno[, , .cm 1.8x1010 >1014 >1014 1x109- e"1014 25C -18x1010 1x1012 Rezystywno[, , .cm 2x1011- 5x1013 1x105- 3x106- 100C 1x1014 1x109 2x1010 Rezystywno[, , .cm 2x104- 1x108 7x105- 300C 5x106 3x106 StaBa dielektryczna, 5.0-7.5 5.4-6.3 6.4-6.2 8.0-7.5 4.0-5.4 1 MHz WspBczynnik 0.009- 0.004- 0.0010- 0.02- 0.010- rozpraszania, 1 MHz 0.012 0.0005 0.0004 0.0005 0.004 WspBczynnik 0.036- 0.035- 0.007- 0.09- 0.060- stratno[ci, 1 MHz 0.09 0.003 0.002 0.007 0.020

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
materiały dydaktyczne do wykładów
Wybór materiałów z zakresu ćwiczeń Wykład 2
materialy uzupelniajace do wykladu
Materiały uzupełniające do wykładu z Rezerw w rachunkowości
Jerzy Pogonowski Dwa paradygmaty metalogiki Materiały pomocnicze do wykładów 2 5
07 wykład dla prawa zdanie, wynikanie, wynikanie logiczne
Materiały pomocnicze do wykładów
Mikołaj Rybaczuk Materiały do ćwiczeń i wykładów ze statystyki Politechnika BIałostocka
MATERIAŁY PRODUKCYJNE ODLEWNICTWO WYKŁAD
Gibas M Chemia makroczasteczek Materiały pomocnicze do wykładu
07 Wyklad 4 (pomiar w badaniach kwestionariuszowych)idp03
Ekologia materialy pomocnicze do wykladow
07 wykład ped
07 wyklad geografia turystyczna
Wytrzymalosc Materialow wyklad B Graficzne obliczanie?lek z iloczynu 2 funkcji 07 8

więcej podobnych podstron