TEHNIČKE KERAMIKE
-
Upload
viktor-susa -
Category
Documents
-
view
245 -
download
1
Transcript of TEHNIČKE KERAMIKE
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
1/92
2. dio: KERAMIKA, BETON I DRVO
Prof.dr.sc. Lidija urkovi
MATERIJALI TEHNIKE KERAMIKE
POSTUPCI PROIZVODNJE I OBRADE TEHNIKE KERAMIKE
SVOJSTVA TEHNIKE KERAMIKE
PRIMJENA TEHNIKE KERAMIKE
1
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
2/92
Aluminijev oksid (Al2O3)je najvaniji materijal iz grupe oksidne keramike s najirom
primjenom.
Najznaajnija svojstva gusto sinteriranog aluminijeva oksida jesu:
- visoka vrstoa i tvrdoa,
- temperaturna stabilnost,
- velika otpornost na troenje i
- korozijska postojanost pri povienim temperaturama.
U primjeni se najee koriste sintetiki materijali s udjelom aluminijeva oksida u
rasponu od 80 % do 99 %.
Mikrostruktura aluminijeva oksida(99,7 %)
Oksidna keramika
2
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
3/92
Materijali na temelju aluminijeva oksida ispunjavaju sve uvjete za primjenu kaoizolatori u elektrotehnici.
Neka posebna svojstva kao to su savojna vrstoa, otpornost na troenje i otpornost navisoke temperature, upuuju na primjene u uvjetima visokih mehanikog optereenja.
Keramika na temelju aluminijeva oksida moe se bitno razlikovati po strukturi, a samimtim i po svojstvima.
Mikrostruktura mikrokristalnealuminijeve oksidne keramike
Mikrostruktura grubokristalnealuminijeve oksidne keramike
Aluminij oksida (Al2O3) keramika primjenjuje u sljedeim podrujima: Industrija sanitarija Brtveni elementi
Elektrotehnika Izolacijski dijelovi
Elektronika Supstrati
Strojogradnja i postrojenja Dijelovi otporni na troenje
Kemijska industrija Materijal otporan na koroziju, otporan pri visokimtemperaturama na pare, taljevinu i trosku, filtri
Mjerna tehnika Zatitne cijevi termoelemenata za mjerenjapri visokim temperaturama
Medicina Implantati
Visoke temperature Sapnice plamenika, nosive cijevi grijaa.
3
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
4/92
Cirkonijev oksid (ZrO2), u posljednje vrijeme ima sve vee znaenje i to zbog:
- visoke lomne ilavosti,
- toplinske rastezljivosti, sline sivim ljevovima,
- visoke savojne i vlane vrstoe,
- velike otpornosti na troenje i koroziju,
- male toplinske vodljivosti,
- vrlo dobrih tribolokih svojstava.
Titanov oksid
Materijali na temelju titanova oksida, odnosno titanata primjenjuju se u visokofrekventnoj
tehnici za izradu kondenzatora. Ovi materijali imaju prilagodljivu dielektrinost, a time i
temperaturne koeficijente, kao i mali faktor dielektrinog gubitka.
Titanov oksid je s druge strane glavna sirovinska komponenta katalizatora za uklanjanje
duikovih oksida u plinovima nastalim u termoelektranama izgaranjem ugljena.
Oni imaju strukturu perovskita i izuzetno visoku relativnu dielektrinost, zbog ega se i
rabe kod kondenzatora. Barijevi titanati primjenjuju se i kao piezoelektrini keramiki
materijali.
Barijevi titanati primjenjuju se kao funkcionalne keramike.
Barijevi titanati se primjenjuju za izradu senzora temperature u mjernoj i regulacijskoj
tehnici kao i za izradu detektora graninih vrijednosti (zatita motora i strojeva). Ostala
podruja primjene su: izrada samoregulirajuih grijaih elemenata za niske i mrene
napone, elementi za odgaanje ukapanja (start motora, demagnetiziranje) i kao zatita
od preoptereenja.
4
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
5/92
Najvaniji piezoelektrini keramiki materijali temelje se na sustavu kristala
mjeanaca olovnog cirkonata i olovnog titanata, to se zajednikim imenom naziva
olovni cirkonat-titanat (PZT).
Piezoelektrini efekt
Piezolektrini efekt povezuje elektrine i mehanike veliine.
Pod pojmom piezoelektrinosti podrazumijeva se linearna elektro-mehanika
interakcija izmeu mehanikih i elektrinih stanja kristala.
Specifina svojstva ove keramike, npr. visoka relativna dielektrinost, ovise o molarnom
omjeru olovnog cirkonata i olovnog titanata kao i o supstituciji i udjelu dodatnih
elemenata. To znai da je mogue proizvesti vie modifikacija materijala s razliitim
specifikacijama.
O direktnom piezoelektrinom efektu govori se onda kada zbog mehanike
deformacije kristala nastaje proporcionalni elektrini naboj, iz kojeg se moe izvesti
elektrini napon.
Piezoelektrini efekt (gr. piezo tlaiti, gurati) je pojava stvaranja vezanih elektrinih
naboja na povrini nekih vrstih tvari prilikom njihove mehanike deformacije (vrijedi i
obratna tvrdnja). Takve tvari se nazivaju piezoelektrinim tvarima ili piezoelektricima.
Prve pretpostavke o postojanju takvog efekta postavio je Coulomb (1815.),
pretpostavivi da je mogue proizvesti elektricitet deformacijom vrstog tijela.
Becquerel je 1820.g. predloio pokuse sa kristalima minerala u tom smislu. Te pokuse
su 1880.g. izveli braa Pierre i Jacques Curie, postavi otkrivaima piezoelektrinog
efekta.
Prije njihovog otkria bilo je poznato svojstvo pojave elektrinih polova razliitih
predznaka na suprotnim krajevima kristala kada bi kristali bili izloeni promjeni
temperature - ta pojava naziva sepiroelektricitet. P. i J. Curie uspjeli su postii isti efekt
primjenjujui silu na kristal u odreenim smjerovima.
5
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
6/92
Naziv piezoelektricitet predloen je 1881.g. (Hankel), a iste godine postavljena je
pretpostavka o postojanju suprotnog efekta - mehanike deformacije kristala ako mu se
na suprotne krajeve dovedu raznoimeni elektrini naboji.
Tu pretpostavku su 1881.g. potvrdili otkrivai efekta, P. i J. Curie. Kasnije se pokazalo
da je reverzibilnost ove pojave posljedica simetrija u kristalima. Znanost i tehnologija
dobili su jednostavan, izravan i izvanredno precizan nain pretvorbe mehanike u
elektrinu energiju i obratno.
Teorijsku osnovu za razumijevanje piezoelektrinog efekta postavio je Kelvin (1893.), a
tenzorske jednadbe koje opisuju (linearnu) vezu izmeu deformacije i elektrinog polja
kod piezoelektrinih kristala dao je Voight 1894.
Prva primjena piezoelektrinog efekta je za vrijeme I. svjetskog rata, kada su
proizvedeni prvi sonarni ureaji za otkrivanje podmornica.
Sljedeih godina otkriveni su novi piezoelektrini materijali, i unaprjeivano je teorijsko
razumijevanje pojave. Danas je panja usmjerena na nove tehnoloke primjene i
otkrivanje novih piezoelektrinih materijala (posebno korisnima su se pokazale
piezoelektrinie keramike i sintetski polimeri).
Poznata je jo jedna vrsta zvunika koja se esto koristi u jeftinim ureajima kao zvuni
alarm (budilice, video igre...) - takvi zvunici graeni su od komada piezoelektrine
keramike priljepljene epoksi smolom za komad metala.
Precizne digitalne vage koriste piezoelektrike za vrlo tono odreivanje mase.
PRIMJENE PIEZOELEKTRINOG EFEKTA
Najrazliitiji mikrofoni, detektori pritiska, akcelerometri itd. funkcioniraju na principu
piezoelektrinog efekta.
Sonarni ureaji koji se koriste za istraivanje podmorja, otkrivanje podmornica i jata riba
kao generatore zvunog signala i zvuna osjetila, koriste piezoelektrine tvari.
Piezoelektrini aktuatori koriste se i za preciznu manipulaciju (na nanometarskoj skali)
pri elektronskom i pretranom tunelirajuem mikroskopiranju .
6
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
7/92
Veina ink-jet pisaa koristi piezo tehnologiju ispisa: za stvaranje tokice tinte na papiru
koristi se piezoelektrik kroz kojega je probuena kapilara u kojoj se nalazi tinta.
Kada se dovede napon na piezoelektrik, kristal se skuplja, pa se automatski smanjujevolumen kapilare, raste tlak tinte unutar nje i iz glave pisaa izlijee siuna kapljica
boje, koja zavrava na papiru.
Kombinacija piezoelektrika se moe koristiti i za eliminaciju neeljenih vibracija kod
preciznih ureaja, tako da jedan piezoelektrik detektira vibracije, a drugi emitira vibracije
koje ih tono ponitavaju.
Svima poznata primjena piezoelektrinog efekta je u plinskim upaljaima (za cigarete), u
kojima se pritiskom na piezoelektrik generira elektrina iskra koja pali smjesu plinova.
Vidljivo je da je ova fizikalna pojava iroko iskoritena i neizbjena u svakodnevnom
ivotu.
Alternativa piezoelektricima (posebno pri dizajnu aktuatora) u nekim sluajevima mogu
biti i obine zavojnice, koje su jednostavnije, ali piezoelektrici imaju daleko bolja svojstva
kao to su velika preciznost kontrole mehanike deformacije i mogunost tonog
ponavljanja pomaka, te mnogo manja potronja energije od klasinih zavojnica.
U budunosti se moe oekivati jo vei napredak na ovom polju, pogotovo pri razvoju
novih piezoelektrinih materijala i novim, matovitim primjenama ovog efekta.
Piezoelektrini efekt pod utjecajem vanjskih sila. Predznak stvorenog elektrinog naboja
ovisi o smjeru vanjskih sila.
7
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
8/92
Reciproni ili inverzni piezo-elektrini efekt
pod utjecajem elektrinog polja. Tijelo mijenja svoje dimenzije pri promjeni napona.
Reciproni ili inverzni piezoelektrini efekt je pojava deformacije kristala razmjerno
vanjskom elektrinom polju nastalom uslijed prikljuka elektrinog napona.
Temeljni principi
Piezoelektrinost feroelektrinih materijala oituje se postojanjem polariziranih podruja
(domena), do kojih dolazi zbog djelovanja elektrinog napona. Polarizacija je povezana
s promjenom duljine S.
Elektrini dipoli domena u piezo-elektrinom materijalu prije i poslije polarizacije
8
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
9/92
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
10/92
Izvedbeni oblici
Jednoslojna tehnologija: piezokeramika se sastoji od jednog sloja.
Vieslojna tehnologija: kada se piezokeramike komponente sastoje od vie aktivnihpiezokeramiki slojeva.
Danas je uobiajena izrada piezokeramikih diskova, ploa, traka, prstenova, kugli,
cjevica i mnogobrojnih drugih posebnih geometrijskih oblika.
Zbog svoje kompaktnosti, piezokeramiki pretvarai zauzimaju manji volumen, a kao
aktuatori odlikuju se malom potronjom energije. Za velike pomake koriste se vieslojni
aktuatori koji takoer mogu proizvoditi i velike sile. Kako bi vanjski napon ostao malen,
pojedinani slojevi se prikljuuju elektriki paralelno.
Aktuator je ureaj koji kontrolirano pretvara elektrinu energiju (ili neku drugu) u
mehaniku energiju.
Piezoelektirni aktuatori pretvaraju elektrostatiku energiju u pomicanje povrina.
Pogodni su sa mala pomicanja i srednje sile.
Piezokeramika ima iroka podruja primjene u elektronici, industriji vozila, medicini,
gradnji strojeva i aparata te u irokoj potronji.
Piezokeramiki dijelovi se primjenjuju kao pretvarai u telekomunikacijama, akustici,
hidroakustici, ispitivanjima materijala, ultrazvunoj obradi, trcanju fluida, mjerenju
protoka, mjerenju razine, mjerenju udaljenosti i u medicini.
U obliku aktuatora nalaze se u mikropumpama, optikim sustavima, niskotlanoj tehnici,ink-jet printerima, u tekstilnim strojevima i Brailleovim modulima (omoguuju itanje
slijepim osobama). Kao senzori reagiraju na silu, tlak i ubrzanje te omoguuju kontrolu
razliitih procesa.
10
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
11/92
Nakon polarizacije atomi titana i zirkonija su izvan centra.
Najvaniji predstavnici karbidne keramike su materijali na temelju silicijeva karbida(SiC).
Najvanija svojstva silicijeva karbida jesu:- visoka do vrlo visoka vrstoa,- korozijska postojanost na izuzetno visokim temperaturama,- izvanredna mehanika svojstva pri visokim temperaturama,- otpornost na oksidaciju i do vrlo visokih temperatura primjene,- vrlo dobra otpornost na promjene temperature,- mala toplinska rastezljivost,- vrlo velika toplinska vodljivost,- velika otpornost na troenje,- vrlo visoka tvrdoa,- poluvodika svojstva.
Neoksidna keramika
Kao i oksidna, i neoksidna keramika se proizvodi iskljuivo od sintetikih sirovina.
U neoksidnoj keramici radi se preteno o: karbidima, nitridima i oksinitridima.
Za izvanredne kombinacije svojstava zasluni su visoki udjeli kovalentnih veza ukarbidnim i nitridnim kristalnim strukturama, dok nasuprot tome oksidne kristalnestrukture imaju visok udio ionskih veza.
11
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
12/92
Silicijev karbidSilicijev karbid(SiC)(SiC)--primjerprimjer
Rekuperator - plamenik
od SISIC
Bor-karbidna keramika
Bor-karbidna keramika (B4C)
- odlikuje se izuzetno visokom tvrdoom koju mogu nadmaiti jedino kubini borovnitrid i dijamant.
- Mehanika svojstva B4C keramike su slina kao kod SiC keramike, ali jezato vea otpornost na troenje.
12
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
13/92
Nitridi
Silicijev nitrid (Si3N4) igra najvaniju ulogu u podruju nitridne keramike.
Si3N4 ima do sada nedostinu kombinaciju sljedeih svojstava:
- ekstremno visoka vrstoa, i pri visokim temperaturama,
- velika ilavost,
- izvanredna otpornost na troenje,
- mala toplinska rastezljivost,
- srednja toplinska vodljivost,
- odlina otpornost na promjene temperature i
- vrlo dobra kemijska postojanost.
Si3N4 keramika je predviena za izradu strojnih dijelova od kojih se trai velikapouzdanost i otpornost na dinamika optereenja.
Kuglice kuglinog leaja
od silicijeva nitrida
13
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
14/92
Aluminijev nitrid (AlN)
AlN materijali su prikladni za primjenu ako se trae:
- vrlo velika toplinska vodljivost,
- dobra elektro-izolacijska svojstva,
- toplinsko rastezanje slino siliciju (manje od Al2O3) ili
- inertno ponaanje pri taljenju elemenata iz skupina III-V periodnog sustava.Aluminijev nitrid (AlN) se odlikuje visokom toplinskom vodljivou, kada se to
povee s sposobnou elektrine izolacije, ovaj se materijal uglavnom primjenjuje u
elektrotehnici.
Aluminijev nitrid nije toliko prikladan za primjenu pri temperaturama viim od 1000 Cu vlanoj okolini ili u okolini u kojoj ima kisika, ili za mehaniki optereene dijelovekoji su istovremeno izloeni kvaenju vodom.
Varijante Si3N4 keramike su oksinitridi i SIALON-i.
Ovdje je sirovina obogaena veim udjelom oksida u odnosu prema Si3N4 sirovini(sinteza odreenih oblika mijeanih kristala izmeu Si3N4 i metalnih oksida).Mehanika svojstva mogu se podeavati u irokom rasponu, ovisno o vrsti i koliinidodataka. Naglaena je i usporedno vea lomna ilavost, pa su zato prikladni za izradureznih alata.
Proizvodi od AlN
14
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
15/92
MATERIJALI TEHNIKE KERAMIKE
POSTUPCI PROIZVODNJE I OBRADE TEHNIKE
KERAMIKE
SVOJSTVA TEHNIKE KERAMIKE
PRIMJENA TEHNIKE KERAMIKE
TVORBA MATERIJALA:
Za razliku od veine ostalih materijala, u keramikoj tehnologiji proces oblikovanja dolazi
prije toplinskog procesa nastajanja materijala pri kojem oblikovani dio prolazi jo proces
skupljanja (promjene volumena).
Tek nakon procesa sinteriranja (peenja) zapravo nastaje keramiki materijal.
15
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
16/92
1. PROIZVODNJA
1.1. Sirovine i aditivi
1.2. Priprava mase
1.3. Oblikovanje
1.4. Od oblikovanja do sinteriranja
1.5. Mjere i skupljanje
1.6. Postupci obrade
2. ZAVRNA OBRADA
2.1. Tvrda obrada
2.2. Karakteristike povrine
2.2.1. Bruene povrine2.2.2. Honane povrine
2.2.3. Lepane povrine
2.2.4. Polirane povrine
2.3. Metaliziranje
2.4. Glaziranje i prevlaenje
2.5. Keramike prevlake
Na temeljna svojstva keramikih materijala uglavnom se utjee odabirom sirovine ipostupka proizvodnje.
U cjelokupnom kompleksnom procesu proizvodnje, odreeni prah, oblikovanje i processinteriranja zajedno utjeu na stvaranje presudno vane mikrostrukture i time eljenihsvojstava proizvoda.
1. PROIZVODNJA
16
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
17/92
Bitni koraci u procesu proizvodnjeBitni koraci u procesu proizvodnje (1)(1)
Proizvodnja praha
Proizvodnja granulata
Oblikovanje sirovca
Suenje sirovca
Obrada sirovca
Peenje (prenje)
Zavrna obrada
BitniBitni koraci u procesu proizvodnjekoraci u procesu proizvodnje (2)(2)
Prah KeramikaZavrna
obradaSinteriranje
Obrada
sirovca
Obliko-
vanje
Priprema
mase
Oblikovanje
preanje
ekstrudiranje
trcanje
lijevanje
glodanje
tokarenje
buenje
piljenje
sirovine mljevenje
mijeanje
granuliranje
plastficiranje
sraivanjepeenjem
bruenje
lepanje
poliranje
izradak
Prah KeramikaZavrna
obradaSinteriranje
Obrada
sirovca
Obliko-
vanje
Priprema
mase
Oblikovanje
preanje
ekstrudiranje
trcanje
lijevanje
glodanje
tokarenje
buenje
piljenje
sirovine mljevenje
mijeanje
granuliranje
plastficiranje
sraivanjepeenjem
bruenje
lepanje
poliranje
izradak
17
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
18/92
Postupak proizvodnje keramike
Sirovine i dodaciSirovine i dodaci
Sirovina(e)
istoa
veliina zrna
spec. povrina
Pomono sredstvo za sinteriranje
Sredstvo za teenje
Sredstvo za plastificiranje
Sredstvo za ojaanje
1.1. Sirovine i aditivi (dodaci)
Aditivi imaju slinu vanost kao i sama sirovina.
18
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
19/92
Prah aluminijeva oksida
Grubi Al2O3 - prah Fini Al2O3 - prah
Aluminijev oksidAluminijev oksid -- rasprraspreni granulateni granulat
200 m200 m200 m
19
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
20/92
1.2. Priprava masePostoje dvije mogunosti:
Proizvoai keramike dobivaju sirovine i sami poduzimaju daljnje korake priprave.
Za razliite postupke oblikovanja moraju se pripraviti specifine zavrne mase:
- suspenzije za lijevanje,
- granulati za preanje i
- keramika "tijesta" (oblikovljive mase) za ekstrudiranje.
1.3. Oblikovanje
- Oblikovanjm se prahovi zgunjavaju ime se dobivaju definirani oblici (komadi) koji
imaju dovoljnu vrstou za daljnje rukovanje.
- Ako je potrebno, ovi se oblikovani izradci (komadi) u sirovom stanju (tzv. zeleni
izradci ili sirovci) mogu i dalje relativno jeftino preraivati prije peenja jer je
naknadna obrada ipak zahtjevnija i skuplja.
- Vrlo je vano da se razliitim postupcima oblikovanja ne stvore razliiti gradijenti
gustoe i teksture, jer se to peenjem moe pojaati i dovesti do deformacija i
uzrokovati nastajanje zaostalih naprezanja.
- Odabir prikladnog postupka oblikovanja provodi se najee prema ekonomskim
kriterijima (racionalna izrada).
20
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
21/92
Postupci oblikovanja keramike mogu se podijeliti u nekoliko osnovnih skupina prema
udjelu vode:
- preanje - uguivanje oblikovane mase (praha), vlanost 0-15%.- plastino oblikovanje (ekstrudiranje i injekcijsko preanje), vlanost 1525 %.
- lijevanje (lijevanje suspenzije, tlano lijevanje i lijevanje folija), vlanost > 25 %.
Postupci oblikovanjaPostupci oblikovanja
Preanje
jednosmjerno preanje
izostatiko preanje
vrue (izostatiko) preanje
injekcijsko lijevanje (injekcijsko preanje)
ekstrudiranje
lijevanje suspenzije
lijevanje folija
trcanje u plamenu
trcanje u plazmi
Lijevanje
Plastino
oblikovanje
Ostali
Preanje
jednosmjerno preanje
izostatiko preanje
vrue (izostatiko) preanje
injekcijsko lijevanje (injekcijsko preanje)
ekstrudiranje
lijevanje suspenzije
lijevanje folija
trcanje u plamenu
trcanje u plazmi
Lijevanje
Plastino
oblikovanje
Ostali
21
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
22/92
JednoJednoosnoosno suhosuho prepreanjeanje
Ekonomian postupak
Najjednostavniji dosloeni dijelovi
jednostranojednostrano dvostranodvostrano
Suho preanje
Najvie se rabi za izradu masovnih artikala tonih mjera. Pri tome se dobro sipljiv
granulat zgunjuje u elinoj matrici, koja je profilirana u skladu s oblikom izratka.
Visoki trokovi alata (djelomino od tvrdih metala) isplate se tek u sluaju velikih
serija.
Postupak suhog preanja
22
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
23/92
IzostatiIzostatiko preko preanjeanje
Ravnomjerna gustoa sirovca
Jednostavni dijelovi ili pripravci za obradu u sirovom stanju
Tlani spremniks tekuinomElastini kalup SirovacTlani spremniks tekuinomElastini kalup Sirovac
Mokro/vlano preanje
Omoguuje oblikovanje izradaka s kompliciranom geometrijom, npr. s navojima,bonim rupama, utorima i podrezima.
23
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
24/92
EkstrudiranjeEkstrudiranje
Ekonomian postupak
ipke i cijevi bilo kojeg
presjeka
Mlaznica
Ekstrudat
Dovod mase
Puni vijak
Mlaznica
Ekstrudat
Mlaznica
Ekstrudat
Dovod mase
Puni vijak
Odvija se pomou klipova ili punih vijaka u vakuumu. Homogena masa se prea kroz
odgovarajue kalupe (matrice) tako da je mogue oblikovanje beskonanih cjevastih
oblika. Vana je optimalna zgusnutost mase. Ekstrudiranjem se mogu posebno dobro
proizvoditi rotacijski simetrini dijelovi kao to su osovine ili cijevi.
Injekcijsko lijevanje (preanje)
Masa punjenja kod velikih strojeva za injekcijsko lijevanje iznosi obino do priblino
70 g.
Injekcijsko lijevanjeInjekcijsko lijevanje
Injekcijska ljevalica
Vrlo sloeni oblici
Mali odljevci
Skupo uklanjanje veziva
Visoka cijena alata
24
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
25/92
LijevanjeLijevanje
Lijevanje suspenzije
sloeni oblici
veliki odljevci
u gipsani kalup
Lijevanje suspenzije
sloeni oblici
veliki odljevci
u gipsani kalup
Lijevanje folija
tanke ploe (substrat) zadaljnju preradu
tancanjem i laserom Ljevalica folija
Lijevanje suspenzije
To je jednostavna metoda za proizvodnju prototipova i geometrijski kompliciranih
dijelova kao i relativno velikih izradaka. Mogu se realizirati tanke stijenke i puna tijela.
Pri lijevanju keramike mase, stabilna se suspenzija (njem. Schlicker) ulijeva u porozne
upijajue gipsane oblike.
Lijevanje folija
Ovim postupkom lijevaju se keramike suspenzijske mase s razliitim dodacima na
eline beskonane trake pogonjene valjcima.
Masa kontinuirano curi na traku iz spremnika kroz podesivi otvor.
U suprotnom smjeru od teenja folije struji vrui zrak koji slui za suenje, tako da se
na kraju trake dobiva zelena (zbog organskih dodataka) fleksibilna folija.
Folija se moe namotati i kasnije obraivati ili direktno rezati, tancati, kovati.Postupkom lijevanja folija mogu se proizvesti keramiki dijelovi s debljinom od 0,25
do 1,0 mm.
Izbor postupka oblikovanja s tehnike strane ovisi o geometriji i veliini proizvoda,
kao i o zahtjevima koji se pred njega postavljaju. Ekonomsko rjeenje ovisi o broju
komada, sirovini i trokovima procesa.
25
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
26/92
Dobre i loe strane uobiajenih postupaka oblikovanja
Postupci
oblikovanjaDobre strane Loe strane
Lijevanjesuspenzije
kompleksni dijelovi(tankostijeni,nesimetrini)
nizak troak materijala
komplicirana reologijahrapave povrineproblematino
stvaranje oblikaograniena tolerancija
oblikairoka tolerancija
mjera
Tlanolijevanje(u usporedbi sasuspenzijskimlijevanjem)
brzo stvaranje komadamali gubitci uslijed
suenjadobra dimenzijska
stabilnostnema povratnog suenjane zahtijeva mnogo
mjesta
skupi alatipotrebne velike serijeproblematine
organske otopine
Lijevanje folija kontinuiranaproizvodnja
tanki slojevidobra dimenzijska
stabilnostvelik proizvodni
kapacitet
ograniena geometrijadijelova
visoki investicijskitrokovi
nuno je suenje
Dobre i loe strane uobiajenih postupaka oblikovanja
Postupci
oblikovanjaDobre strane Loe strane
Injekcijskopreanje
kompleksne geometrijeuske tolerancijedobra ponovljivost
(reproducibilnost)vrlo dobra kvaliteta
povrineotre konturevelik broj komada
visoki trokovi alataveliko troenje alataograniena veliina
izradakaskupo uklanjanje
vezivaneuobiajeni gradijenti
gustoe
Ekstrudiranje kontinuiranaproizvodnja
velik proizvodnikapacitet
dijelovi velikih duljinajeftina proizvodnja
izraene teksturenuno suenje
Suho preanje automatizirani procesidobra ponovljivostdobra dimenzijska
stabilnostogranieno suenjejeftina izrada velikog
broja komada
ogranienja geometrijedijelova
mogui gradijentigustoe
skupi alati zaoblikovanje
skupa priprema prahaMokro/vlanopreanje(u usporedbi sasuhimpreanjem)
dijelovi kompliciranihgeometrija
ravnomjerna raspodjelagustoe
nuno suenjeslabo zgunjavanjevee tolerancije
26
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
27/92
Strojna obrada keramike prije sinteriranja zove se obrada sirovca.
Strojna obrada sirovca provodi se uvijek kada je to mogue.
Obrada sirovcaObrada sirovca
Obrada osuenih sirovaca,koji sadre pomone organske tvari
REZANJE SIROVCA
27
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
28/92
OBRADA SIROVCA: CNC TOKARENJE
OBRADA SIROVCA: REZANJE SA VERIKALNOM PILOM
28
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
29/92
OBRADA SIROVCA
1.4. Od oblikovanja do sinteriranja
Nakon postupaka oblikovanja kao to su lijevanje, plastino oblikovanje i preanje,proizvedeni sirovci (zeleni izradci), osim smjese keramikog praha i aditiva, u pravilusadre i vlagu, i uglavnom organska, pomona sredstva za teenje, plastificiranje ivezanje, kao i druge pomone tvari.
Svi sastojci koji bi mogli izgorjeti ili ishlapiti pri visokim temperaturama moraju seukloniti iz sirovaca prije sinteriranja.
SuenjeBudui da oblikovana masa sadri vodu prvi postupak je uklanjanje vode suenjem. Uoblikovanoj vlanoj masi sve su estice okruene vodenim filmom a uklanjanjem vodeestice se meusobno pribliavaju, te dolazi do smanjivanja volumena, to se nazivaskupljanje zbog suenja.
to je vei sadraj vlage u sirovcu skupljanje e biti vee. Ono ovisi o vrsti sirovine,o veliini zrna i o postupku oblikovanja.
Suenje se mora provoditi polagano i prilagoditi se pojedinim keramikim izradcimajer pri prebrzom suenju moe doi do deformacije ili pojava pukotina.
29
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
30/92
Uklanjanje (izgaranje) aditivaIza suenja slijedi uklanjanje preostalih sredstva za plastificiranje i ovrivanje kao i
ostalih organskih aditiva. To se obavlja uz odreeno vrijeme, temperaturu, tlak i
atmosferu.
Pretpeenje (proarivanje)
Neki keramiki materijali prije sinteriranja se podvrgavaju procesu proarivanja
(pretpeenja). Proarivanja se obavlja uz malu brzinu skupljanja ime se poveava
vrstoa. Uzorci dobiveni nakon proarivanja imaju bolja mehanika svojstva od sirovca,
a manja od sinteriranog materijala to omoguuje laku strojnu obradu.
Peenje (sinteriranje)Keramika veza, a time i vea vrstoa, postie se tek peenjem pri visokimtemperaturama (sinteriranjem) budui da u sirovom izratku postoje slabe veze izmeu
estica.
Sinteriranje je spajanje estica pri visokoj temperaturi pri emu se smanjuje poroznost i
volumen keramikih materijala (tzv. skupljanje zbog peenja). Ono moe biti vrlo razliito
za pojedine keramike materijale. Uslijed toga procesom sinteriranja poveava se
gustoa, vrstoa i tvrdoa keramikih materijala.
Visoke temperature omoguuju sinteriranje (sa ili bez prisutnosti tekue faze) ime
zapravo tek nastaju keramiki materijali.
30
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
31/92
Sinteriranje se definira kao proces spontanog zgunjavanja poroznog tijela pri visokimtemperaturama pri kojima se smanjuje poroznost ispreanog praha uz istovremeno
skupljanje otpreska i poveanje njegove mahanike vrstoe tijekom zagrijavanja.
Osnovna pokretaka sila koja djeluje pri skupljanju je razlika u kemijskom potencijalu
izmeu atoma koja moe biti potaknuta temperaturom, tlakom ili i temperaturom i tlakom
(npr. pri vruem preanju).
1.5. Mjere i skupljanje
Cilj oblikovanja sirovaca od keramike mase je proizvodnja keramikih izradaka sa totonijim mjerama i oblicima, kako bi se izbjegla kasnija obrada koja je vrlo skupa zbogizvanredno visoke tvrdoe materijala.Za razliku od metala, oblikovanje keramike ne nalazi se na kraju proizvodnog lanca,ve gotovo na poetku.
Sirovci su u pravilu oblikovani na vee dimenzije od dimenzija gotovog keramikogproizvoda. Smanjenje volumena dogaa se u nekim fazama proizvodnog postupka kaoto su isparavanje vode, suenje i peenje.
Tek se u postupku peenja (sinteriranja) zapravo stvara keramiki materijal sa svojomkarakteristinom strukturom, i od sirovine nastaje gotovi izradak (materijal).Visoke temperature dovode do smanjenja slobodne specifine povrine estica(postupci difuzije, stvaranje taline, fazne transformacije) ime dolazi i do zgunjavanjastrukture i smanjenja volumena.
Takvo smanjenje volumena naziva se skupljanje (S) i navodi se kao postotnosmanjenje volumena od sirovca do gotovog izratka.Alati za oblikovanje moraju se stoga dimenzionirati s prekomjerom u odnosu na eljenedimenzije izratka da bi se u daljnjim fazama proizvodnje kompenziralo smanjenjevolumena.
31
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
32/92
PROCES SINTERIRANJA: visoko-temperaturne pei sa kontrolom temperature
Da bi keramika postala tvrda mora sesinterirati na visokoj temperaturi (Al2O3 natemperaturi oko 1600 oC) dulje vreijeme u
plinskoj ili elektrinoj pei uz postepenogrijanje i hlaenje.
PROCES SINTERIRANJA
oblikovanje sinteriranje
sinterirani proizvodoblikovani proizvodpraak za oblikovanje
U procesu peenja dolazi do ovrsnua i zgunjavanja proizvoda, to se oituje i u
smanjenju poroznosti. I ovaj proces dovodi do smanjenja volumena to se jo naziva
skupljanje zbog peenja. Ono moe biti vrlo razliito za pojedine keramike materijale.
Proizvodi od oksidne keramike s visokim stupnjem istoe sinteriraju se reakcijama u
vrstom stanju, to znai da su u tom sluaju potrebne i puno vie temperaturesinteriranja nego kod masa koje sadre glinence, npr. porculan s visokim udjelom
rastaljene faze.
Prilikom peenja keramikih proizvoda mora se definirati vrijeme i odgovarajua
atmosfera. Ako se to loe izvede, moe doi do poveanih zaostalih naprezanja,
pogreaka na izratku ili do nezadovoljavajuih svojstava. Tanji ploasti izradci i gusto
oblikovani dijelovi bolje se ponaaju i doputaju bre peenje od velikih dijelova s
debljim stijenkama.
32
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
33/92
Rast zrna tijekom procesa sinteriranja
Za vrijeme procesa sinteriranja Al2O3 keramika se skuplja za oko 20 %.
Prije sinteriranja Nakon sinteriranja
33
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
34/92
Skupljanje nekih keramiSkupljanje nekih keramikihkih materijalamaterijala
Materijal Skupljanje, S
SISIC/RSIC ca. 0 %
SSIC 18 - 20 %
porozni kordijerit ca. 3 %
porculan od glinice ca. 13 - 16%
Al2O3 ca. 18%
ZrO2 ca. 25%
Materijal Skupljanje, S
SISIC/RSIC ca. 0 %
SSIC 18 - 20 %
porozni kordijerit ca. 3 %
porculan od glinice ca. 13 - 16%
Al2O3 ca. 18%
ZrO2 ca. 25%
SISIC/RSIC ca. 0 %
SSIC 18 - 20 %
porozni kordijerit ca. 3 %
porculan od glinice ca. 13 - 16%
Al2O3 ca. 18%
ZrO2 ca. 25%
SISIC reakcijski povezan silicijev karbid s infiltriranim silicijemRSIC: Rekristalizirani silicijev karbid; SSIC: Silicijev karbid sinteriran bez tlaka
Proizvod od Al2O3 keramikeprije sinteriranja
Proizvod od Al2O3 keramikenakon sinteriranja
34
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
35/92
Tipine temperature sinteriranja keramikih materijala
RSIC: Rekristalizirani silicijev karbidSSIC: Silicijev karbid sinteriran bez tlaka
Sinteriranje
U procesu peenja dolazi do ovrsnua i zgunjavanja proizvoda, to se oituje i u
smanjenju poroznosti. I ovaj proces dovodi do smanjenja volumena to se jo naziva
skupljanje zbog peenja. Ono moe biti vrlo razliito za pojedine keramike materijale.
Prema nekim autorima i definicijama sinteriranja moe se izvui opa karakteristika ovihdefinicija.
Definicije sinteriranja se svode na to da jesinteriranje
proces spontanog zgunjavanja
poroznog tijela pri visokim temperaturama pri kojima se smanjuje poroznost ispreanogpraha uz istovremeno skupljanje otpreska i poveanje njegove mehanike vrstoe
tijekom zagrijavanja.
35
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
36/92
Prema broju komponenata i prisutnih faza sinteriranje se moe okarakterizirati kao:
- sinteriranje jednokomponentnih sustava
- sinteriranje viekomponentnih sustava
- suho sinteriranje
- mokro sinteriranje
Prema osnovnoj pokretakoj sili koja djeluje pri sinteriranju razlikujemo sl jedee:
- sinteriranje uz primjenu tlaka ili mehaniko sinteriranje
- kemijsko sinteriranje, pokretaka sila je kemijski potencijal
- sinteriranje pri povienoj temperaturi, toplinsko sinteriranje
- sinteriranje uz istovremenu primjenu tlaka i topline, preanje na toplo.
Suho sinteriranjeMokro sinteriranje
Pokretaka sila tijekom suhog sinteriranja je redukcija povrinske energije. Smanjenje
povrinske energije moe se postii na dva naina:
Suho sinteriranje
- OKRUPNJAVANJEM: redukcijom ukupne povrine porastom prosjene veliine zrna,to vodi procesu OKRUPNJAVANJA.
-ZGUNJAVANJEM:
i/ili uklanjanjem suelja kruto/plinovito i stvaranjem granica zrna
iza ega slijedi rast zrna to vodi procesu zgunjavanja.
36
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
37/92
Suho sinteriranje
ZGUNJAVANJE RAST ZRNA OKRUPNJAVANJE
a) ZGUNJAVANJE nakon toga slijedi RAST ZRNA
Shematski prikaz dva mogua naina kojima estice uslijed sinteriranja mogu sniziti
svoju energiju: a) zgunjavanje, b) okrupnjavanje.
b) OKRUPNJAVANJEM rastuvelika zrna na raun malih.
Obino su oba mehanizma (zgunjavanje i okrupnjavanje) u kompeticiji.Ako je proces zgunjavanja dominantniji, pore e postajati manje i s vremenom enestati i rezultirat e kompaktnim skupljanjem.
Ako je proces okrupnjavanja bri, s vremenom e i pore i zrna postati vea.
37
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
38/92
okrupnjavanje
rast zrna
Veliinazrna
isto okrupnjavanje
okrupnjavanjezgunjavanje
zgunjavanjezatim rast zrna
Postotak teorijske gustoe
Ovisnost veliine zrna i gustoe: u pravilu materijali e slijediti putanju oznaenu say
,
gdje se okrupnjavanje i zgunjavanje pojavljuju istovremeno. Meutim, kada
postignemo gustou blizu teorijskoj, okrupnjavanje je potisnuto sve dok je skupljanje
prisutno (putanja z). Praak koji slijedi putanju x, nastat e velika zrna, ali i velike pore.
Jednom nastale pore teko je ukloniti.
Veliina
zrna
zgunjavanje
okrupnjavanje
rast zrna
poetna konfiguracija
Veliina pora
Ovisnost vremenskog razvoja zrna i pora: okrupnjavanje vodi k poveanju i zrna i pora,
dok zgunjavanje uklanja pore.
Ovisno o tome kojim mehanizmom se reducira viak energije mijenja se gustoa
materijala i veliina kristalnog zrna.
38
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
39/92
Krivulje skupljanja za dvije razliite temperature, T2 > T1.
Da bi se razumjela zbivanja tijekom procesa sinteriranja potrebno je mjeriti skupljanje,veliinu zrna i pora u ovisnosti o varijablama sinteriranja (kao to su: vrijeme,
temperatura i poetna veliina estica). Ako je skupljanje oblikovanog uzorka jednoliko,gustoa e mu rasti s vremenom.
Najbolji nain odreivanja skupljanja (zgunjavanja) je mjerenje gustoe sinteriranoguzorka (najee se prikazuje kao postotak teoretske gustoe) u ovisnosti o vremenusinteriranja ili mjerenjem promjene dimenzije.
Mjerenje dimenzije se najee provode dilatometrom. Duljina oblikovanog uzorka mjerise ovisno o vremenu pri odreenoj temperaturi.
Brzina zgunjavanja jakoovisi o temperaturi!!
Razvoj mikrostrustrukture aluminij oksidne keramike uz dodatak MgO, sinterirano pri
1600 oC, uz prisustvo zraka, kao funkcija vremena. S vremenom raste prosjena
veliina zrna i pore se smanjuju.
Mali dodaci pomonih sredstava za sinteriranje (kao npr. MgO u Al2O3 keramici) mogupoveati gustou materijala (tj. pridonose procesu zgunjavanja).
39
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
40/92
Ovisnost veliine zrna o gustoi, krivulja je tipina za veinu keramikih materijala koji su
nakon sinteriranja postigli potpunu gustou (gustou blizu teorijske).
Potpuna gustoa se potie samo kada je proces okrupnjavanja potisnut, dokzgunjavanje poveava.
, zrak
bez dodatka
uz dodatak od 250 ppm MgO
Veliinazrna,m
Gustoa, %
Vrijeme, min
Po
stotakskupljanja,L
/L0
Postotak
teorijske
gustoe
zrak
Mikrostriktura Fe2O3 sinteriranog
u atmosferi koja sadri HCl.
Mikrostriktura Fe2O3 sinteriranog
na zraku.
Utjecaj atmosfere na relativnu gustou ovisno o
vremenu sinteriranja Fe2O3 pri temperaturi od
1000 oC.
Ovi rezultati ukazuju da Fe2O3 sinteriranjm nazraku poste veliku gustou, dok s porastomsadraja HCl u atmosferi u porastu je procesokrupnjavanja, tj. gustoa sinteriranogmaterijala je manja.
40
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
41/92
Razlikujemo 5 atomskih mehanizama koji se javljaju kojima se odvija prijenos mase u
kompaktnom prahu:
Atomski mehanizmi koj se javljaju tijekom sinteriranja
1. Isparavanje-kondenzacija, prikazano kao broj 1 na slici a)
2. Povrinska difuzija, prikazano kao broj 2 na slici a)
3. Volumna difuzija. Ovdje imamo dva dijela. Prijenos mase od povrine do podruja
vrata, prikazano kao broj 3 na slici a) i prijenos mase od granice zrna do podrujavrata, prikazano kao broj 5 na slici b.
a
4. Dfuzija po granicama zrna od podruja granice zrna prema podruju vrata, prikazano
kao broj 4 na slici b.
b
5. Puzanje i viskozni tok. Ovaj mehanizam ima za nunu posljedicu plastinudeformaciju ili viskozni tok estica od podruja visokih napetosti prema niskoj
napetostii i vodi prema zgunjavanju.
Skupljanje
c)
Prikaz kako premjetanje materijala iz podruja izmeu estica u pore vodi premaskupljanju i zgunjavanju.
41
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
42/92
Razvoj mikrostrukture CsI oblikovanog vruim preanjem pri tlaku od 103 MPa na
100 oC:a) nakon 5 min; b) nakon 20 min; c) nakon 1 h; d) nakon 120 min. e)
mikrostruktura povrine prijeloma pod a); mikrostruktura povrine prijeloma pod d).
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Pri bilo kojem nainu sinteriranja uvijek su u proizvodu prisutne pore. Kod kemijskog i
mehanikog sinteriranja uklopljene pore se nazivaju pasivne pore.
Kod toplinskog sinteriranja i preanja na toplo pore se ponaaju kao negativna tvar. One
se za vrijeme procesa mijenjaju i nazivaju se aktivne pore.
Aktivne pore mogu biti potpuno uklonjene iz sustava.
U keramici pod izrazom sinteriranje redovito se podrazumjeva toplinsko sinteriranje.
U odnosu na prirodu pora prisutnih u sustavu koji se sinterira u tijeku toplinskog
tretiranja razlikujemo tri bitne faze u sinteriranju:
- Prva faza obuhvaa stanje sustava adheriranih estica sa otvorenim porama i bez
znatnije promjene gustoe.
- U drugoj fazi sustav estica poinje se sabijati, dolazi do skupljanja i pore se
zaokruuju i zatvaraju.
- Trea faza odgovara sustavu estica koje sadre zatvorene i izolirane pore udaljenejedna od drugih i izmeu njih nema meudjelovanja.
42
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
43/92
Promj
enaoblik
a
PromjenaveliineL0
L0
L0L
Promjena oblika i veliine pora pri sinteriranju u vrstom stanju.
Promjena oblika pora ne zahtjeva i obavezno skupljanje proizvoda.
U principu razlikujemo: otvorene pore, poluotvorene ili depove i zatvorene pore.
Promjena oblika i veliine pora
Pri sinteriranju u vrstom stanju dolazi do promjene
oblika i veliine pora. Ove promjene se najbolje mogu
ilustrirati shematski kao na sljedeoj slici.
Osnovni cilj prouavanja sinteriranja je razumjevanje procesa koji uvjetuju zgunjavanje
kojim se postie eljena mikrostruktura sinteriranog proizvoda.
Postoje dva opa pristupa koja se temelje na:
- prouavanju sinteriranja realnih prahova
- prouavanju sustava modela, kugla.
Prouavanje sinteriranja na modelima:
Kuczynski je prvi zapoeo prouavanje procesa sinteriranja na modelima i topromatranjem sinteriranja jedne kugle na ravnoj povrini.
43
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
44/92
Tolerancije mjera nakon sinteriranja i nakon tvrde obrade
1.6. Postupci obrade (obrada sirovaca tzv. zelena obrada (nakon suenja) i tzv.bijela obrada (nakon izgaranja veziva i pretpeenja) i tvrda obrada (nakon peenja
keramike).
44
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
45/92
1. PROIZVODNJA
1.1. Sirovine i aditivi
1.2. Priprava mase1.3. Oblikovanje
1.4. Od oblikovanja do sinteriranja
1.5. Mjere i skupljanje
1.6. Postupci obrade
2. ZAVRNA OBRADA
2.1. Tvrda obrada
2.2. Karakteristike povrine
2.2.1. Bruene povrine
2.2.2. Honane povrine
2.2.3. Lepane povrine
2.2.4. Polirane povrine
2.3. Metaliziranje
2.4. Glaziranje i prevlaenje
2.5. Keramike revlake
2. ZAVRNA OBRADA
Provodi se na dijelovima koji su u postupcima oblikovanja zelene i bijele obradepostigli gotovo konane mjere. Postupcima zavrnih obrada mogu se postii usketolerancije. Zbog visokih zahtjeva koji se stavljaju na tonost dimenzija, raznovrsnostoblika i stanje povrine, tijekom obrade keramikih dijelova nuna je primjenasuvremenih alatnih strojeva. Zbog visoke tvrdoe keramikih materijala koriste sedijamantni alati (vezano ili slobodno zrno).
Bruenje
Na postupak bruenja i njegove uinke utjeu mnogi faktori. Izbor brusne ploe treba
paljivo prilagoditi pojedinom izratku, uzimajui u obzir veliinu i vrstu estica, vezivo
i tvrdou ploe.
Iznimno ravne povrine (klizne ili brtvene povrine) moraju se nakon bruenja jo
obraditi lepanjem i na kraju poliranjem.
45
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
46/92
Mogui postupci zavrne obrade
2.2. Karakteristike povrine
2.2.1. Bruene povrineKarakteristino za bruenje je prekrivanje mnogobrojnih linija uskih ureza koji nastajudjelovanjem i gibanjem brusnih zrna u glavnom smjeru obrade paralelnim s povrinomobratka. Gibanje ureza od djelovanja brusnih zrna inducira izravno stvaranjemikropukotina i krhkih mikrolomova i/ili plastinu deformaciju kao i ilavo odvajanjekeramikih estica.
Razliiti mehanizmi odvajanja materijala kod bruenog silicijeva nitrida
46
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
47/92
Nastajanje odreenog stanja povrine bitno ovisi o procesima plastine deformacije.
Neka od najvanijih karakteristika povrine pri ilavom odvajanju estica su : brazde,
nabori, naslage, ljuske i relativno mali broj pukotina.
Povrine krhke, kombinirane i ilave bruene keramike
Karakteristike povrine pri krhkom odvajanju estica: mnogo pukotina, prisilnih otvora,
grudica i ljuskica.
Kod bruenja povrina gotovo u pravilu dolazi i do ilavog i do krhkog odvajanja estica.Koji e od ovih mehanizama odvajanja materijala prevladati, odreeno je lokalnim uvjetima
naprezanja na pojedinim zrnima strukture keramike tijekom procesa odvajanja estica.
Prijelaz iz krhkog u ilavo odvajanje posebno ovisi o prekoraenju kritinog naprezanjamaterijala pojedinog zrna, ali takoer i o mikrogeometriji abrazivnih estica.
2.2. Karakteristike povrine
2.2.2. Honane povrineKarakteristino za honanje je prekrivanje mnogobrojnih sitnih ureza (ogrebotina) kojinastaju djelovanjem i gibanjem reznih zrnaca kroz materijal u glavnom smjeru obrade,koji je paralelan s povrinom obratka.
Kao i kod bruenja i ovdje se izmjenjuju krhki i ilavi mehanizmi odvajanja esticamaterijala. Koji e mehanizam prevladati, najvie ovisi o dubini penetracije reznogzrnca, kao i o brzini obrade.
Stanje povrine prilikom honanja aluminijeva oksida u ovisnosti o veliini abrazivne
estice i tlaka utiskivanja
47
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
48/92
2.2. Karakteristike povrine2.2.3. Lepane povrine
Lepanje je prema normi DIN 8589 definirano kao obrada uz pomo slobodnoraspodijeljenih zrnaca u pasti ili tekuini.Zbog male brzine uklanjanja materijala, lepanje se koristi za poboljanje tonosti oblikai stanja povrine.Kod lepanja materijal se s povrine odnosi na dva naina: valjanjem abrazivnih zrnaca i
privremeno utisnutim zaostalim zrncima za obradu kroz udubine koje nastaju na ploiza lepanje.
Povrina silicijeva karbida obraena zrncima za lepanje F180 i F800
Postiziva stanja povrine nastala lepanjem ovise o strukturi obraivanog keramikog
materijala. to materijal ima manje zrno i veu gustou, mogue je postii kvalitetnije
stanje povrine.
48
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
49/92
Modeli odvajanja materijala kod lepanja
2.2. Karakteristike povrine
2.2.4. Polirane povrine
Poliranje nije samostalan postupak obrade (prema DIN 8589) i moe se primijeniti
jedino u kombinaciji s drugim postupcima.
Razlikujemo postupke kao to su npr.
- polirno bruenje,
- polirno honanje,
- polirno lepanje,
- elektrolitiko poliranje,
- poliranje emulzijom.
Poliranje prvenstveno slui za dobivanje vrlo dobrog stanja povrine. Za razliku od
procesa lepanja, ovdje su zrna za poliranje ugraena u tkaninu ili plou za poliranjeime se moe realizirati ciljano gibanje alata, to je nuno za postizanje zrcalne
povrine. Zbog male koliine odstranjenog materijala u jedinici vremena, ovaj postupak
je dugotrajan.
49
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
50/92
Povrina silicijeva karbida polirana zrncima veliine 9 m i 0,25m
2.3. Metaliziranje
Neki proizvoai tehnike keramike nude i metaliziranu keramiku.
Osnovni materijali moe biti npr. aluminijev oksid ili aluminijev nitrid.
Npr. metalizacije volframom ija debljina iznosi min. 6 m, a nanosi se kroz sito podtlakom i zatim se pee.
Za zatitu od korozije moe se koristiti i sloj zlata od 1 m.
Alternativa su galvanski slojevi nikla ojaani dobro prianjajuim slojem zlata.
50
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
51/92
2.4. Glaziranje i prevlaenjeNanoenjem glazurepovrine se zaglauju i poprimaju ljepu boju.
Glazure poboljavaju mnoga vana tehnika svojstva keramikih materijala (npr.elektrino ponaanje, vrstou, kemijsku postojanost i sl.).
Glazure su bogatije staklenom fazom od peenog keramikog izratka. Pri povienim
temperaturama peenja one djeluju otapajue na osnovni materijal. Posljedica toga je
nastajanje jednog meusloja koji dovodi do vreg vezanja prevlake i osnove.
Pridodavanjem razliitih sredstava za bojanje (metalni oksidi) postiu se razne boje
glazura.
Za poveanje vrstoe, glazura se mora vrlo tono prilagoditi toplinskoj rastezljivosti
osnovnog materijala. Blaga tlana naprezanja u glazuri povisuju vrstou izratka, dok
vlana naprezanja smanjuju istu i zbog toga su nepoeljna.
Tanke mineralne prevlake na keramikim povrinama nanose se umakanjem, valjanjem,
natrcavanjem ili premazivanjem. Za razliku od glazura, takve prevlake su porozne i ne
sadre staklenu fazu. U pravilu se sastoje od vatrostalnih oksida (Al2O3, SiO2, MgO,
ZrO2), njihovih mjeavina ili vatrostalnih minerala kao to su mulit, spinel, cirkonijev
silikat, kaolinit i glinenac.
Takve prevlake slue u tehnici izgaranja kao zatita keramikih povrina od mehanikih
ili korozijskih utjecaja.
Na vatrostalnim pomonim elementima za peenje, kao to su ploe, grede ili kapsule,
prevlake spreavaju kontaktnu reakciju s keramikim obratkom.
51
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
52/92
2.5. Keramike prevlake
Keramike prevlake koriste se za oplemenjivanje povrina jer nude izvanredna svojstvakao to su: visoka tvrdoa i otpornost na troenje, elektrina izolacija, mala toplinska
vodljivost i ponovljive strukture povrina.
U proizvodnji keramikih prevlaka razlikuju se postupci za nanoenje debljih i tanjih
prevlaka.
Deblje prevlake (> 20 m) nanose se toplinskim natrcavanjem. Postupak koji se najvie
primjenjuje je plazmatsko natrcavanje. Prahovi oksidne keramike ili mjeavine prahova
(aluminijev oksid, aluminijev oksid/titanov oksid, cirkonijev oksid, kromov oksid itd.) tale
se u plazmi i nanose na prethodno pjeskarenu metalnu povrinu.
Prije plazmatskog natrcavanja nuno je pjeskarenje kojim se dobiva raspucana
povrina tako da se na nju mogu dobro vezati keramike estice. Nanosi se vie
pojedinanih slojeva tako da se dobiva lamelarna struktura s dobrom vrstoom
prianjanja.
Ovim postupkom se keramikom mogu prevlaiti svi metalni materijali (izuzev magnezija).
2.5. Keramike prevlakeNatrcavaju se oksidni keramiki praci kao to su:
- isti bijeli aluminijev oksid za elektrinu izolaciju,
U veini primjena standardne povrine imaju hrapavost Ra = 1,5-2 m. Finom obradom
moe se dobiti vrlo glatka povrina s Ra 0,5 m.
Tvrdoa keramikih prevlaka iznosi HV 1800 (aluminijev oksid) to je puno vie od
tvrdoe kaljenih elika, gdje je HV 700 i povrina obogaenih kromom gdje je HV
1200.
- cirkonijev oksid za toplinsku izolaciju,
- za poboljanje otpornosti na troenje koriste se mjeavine aluminijeva oksida i titanova
dioksida razliitog sastava,
- za izradu leaja i dijelova pumpi preporuuje se kromov oksid zato to ima bolja
triboloka svojstva od metalnih materijala.Cr-Ni meuslojevi poboljavajuvrstou prianjanja.
52
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
53/92
Potroene keramike prevlake, koje su u gruboj radnoj svakodnevnici izloene
udarcima, mogu se jednostavno odstraniti. Skuplji metalni dijelovi mogu se izbrusiti te
ponovno prevui keramikom.Provjereno dobra primjena plazmatskog natrcavanja je npr. kod tekstilnih strojeva ili
strojeva za izvlaenje ica.
Tanke prevlake (< 20 m) nanose se:
- PVD postupkom (Physical Vapour Deposition) fizikalnim taloenjem iz parne faze,
- CVD postupkom (Chemical Vapour Deposition) kemijskim taloenjem iz parne faze,
- galvanskim postupcima ili
- sol-gel postupkom.
Jedan od provjereno dobrih primjera je zlatnouta TiN prevlaka, koji se primjenjuje uizradi alata.
KERAMIKI MATERIJALI
POSTUPCI PROIZVODNJE I OBRADE TEHNIKE KERAMIKE
SVOJSTVA TEHNIKE KERAMIKE
PRIMJENA TEHNIKE KERAMIKE
53
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
54/92
USPOREDBA SVOJSTAVA KERAMIKE, METALA I POLIMERA
Karakteristina svojstvatva metala, keramike i polimera objanjavaju se razliitimvrstama meuatomskih i meumolekularnih veza.
Dijagram naprezanje-istezanje elika, Al2O3 keramike i plastomera. U odnosu na
metale glavni nedostatak je ograniena istezljivost i uz to dosta manju lomnu ilavost
KIC keramikih materijala. Prednost keramike je dimenzijska stabilnost to je naroito
izraeno na povienim temperaturama.
54
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
55/92
SVOJSTVA TEHNIKE KERAMIKE:- gustoa
- poroznost
-vrstoa
- savojna vrstoa
- tlana vrstoa
- vlana vrstoa
- elastina svojstva (modul elastinosti, poprena kontrakcija
(Poissonova omjer), modul sminosti, rast pukotina, puzanje).
- tvrdoa (Vickers, Knoop i Rockwell)
- toplinska svojstva
- elektrina svojstva
- korozija
- troenje.
Svojstva
materijala
Porc
ulan
Ste
atit
Al2O
3ZrO
2Si
3N
4
SIA
LON
SiC
St37GG
20(>99
%)PSZ SSN
HPS
N
RBS
NSSIC
RSI
C
SISI
C
Gustoa g/cm-3 2,3 2,7 3,94 6,00 3,30 3,40 2,50 3,00 3,15 2,80 3,12 7,85 7,30
Savojna
vrstoa
(25 C)MPa 110 140 520 1000 1000 900 330 355 600 120 450
300-
450
95-
170
Savojna
vrstoa
(1000 C)MPa - - - - - - 300 355 650 130 450 - -
Modul
elastin.GPa 70 110 360 210 330 800 180 231 450 280 350
200-
210
70-
130
Lomna
ilavostMNm-3/2 - - 5,5 >8 8,5 8,5 4,0 2,2 5,0 3,0 5,0 140 -
Toplinsk
a rastezlj.
(20-
1000C)
10-6K-1 8,0 9,0 8,0 5,0 3,5 3,3 3,0 3,0 4,8 4,8 10,0 12,0
Weibull
modul, m- - >10 >15 >10 >10 >10 15 >10 - >10 - -
Usporedba tipinih vrijednosti svojstava keramike sa sivim lijevom i elikom
55
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
56/92
Gustoa
Gustoa iznosi 20 do 70 % gustoe elika.
To znai da postoje velike mogunosti za smanjenje mase, to je prednost pri izradi
pokretnih dijelova u strojarstvu.
Relativna gustoa bitno utjee na svojstva keramike.
Upravo zbog toga je vrlo vano, naroito za primjenu gdje se javljaju mehanika
optereenja, postii gustou koja je vrlo blizu teorijske i bez veih gradijenata rasipanja.
Time se omoguuje postizanje dobrih mehanikih svojstava.
Nasuprot tome, mala relativna gustoa, koja se temelji na jednolinoj poroznosti, moe
pozitivno utjecati na npr. otpornost na promjene temperature.
Gustoa
56
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
57/92
Orijentacijska podruja savojnevrstoe i gustoe odabranih materijala
Materijali tehnike keramike u pravilu nemaju otvorenu poroznost, to znai da su
nepropusni za plinove.
Poroznost
Kod pojedinih materijala poroznost je ipak poeljna, jer se preko vee povrine bolje
savladavaju toplinska optereenja.
Izborom sirovine, postupka proizvodnje i, ako je potrebno, dodatnih materijala,
poroznost se moe i ciljno proizvesti.
Na taj je nain mogue dobiti zatvorene ili otvorene pore razliitih veliina od nekoliko
nm do nekoliko m.
57
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
58/92
vrstoaVrijednosti vrstoe keramikih materijala statistiki vrlo jako se rasipaju
ovisno o sastavu materijala, veliini zrna sirovine i dodatnih materijala, o
uvjetima i postupcima proizvodnje
Razdiobavrstoe keramike i metala
Usporedba savojneUsporedba savojne vrstovrstoe metala i keramikee metala i keramike
Rms, N/mm2
temp., C
1200
800
400
0 500 1000 1500
super legure
HPSN
HPSiC
58
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
59/92
MehaniMehanika svojstva konstrukcijske keramikeka svojstva konstrukcijske keramike
poroznost i ukljuci
povrinske pukotine od zavrne obrade
velika zrna (za neporoznu keramiku)
Velika rasipanja vrijednosti!
Uzroci loma:
sastava
mikrostrukture
stanja povrine
vanjskih imbenika
vrstoa je funkcija:
Savojna vrstoaSavojna vrstoa je najvanija veliina za procjenu vrstoe, te za dimenzioniranje
dijelova.
Na vrijednost savojne vrstoe dijelova utjeu:
- veliina,
- oblik,
- povrina (peeno, brueno, polirano itd.)
- nehomogenost strukture koja je odreene postupkom proizvodnje.
59
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
60/92
Savojnavrstoa odabranih materijala
Tehnika se keramika odlikuje vrlo visokom vrstoom pri visokim temperaturama(visokotemperaturnavrstoa), koja, pri visokim radnim temperaturama, nadmaujevrstou metalnih superlegura. Upravo su zbog toga keramiki materijali predodreeniza primjenu u procesima koji se odvijaju pri visokim temperaturama.
Utjecaj temperature na savojnuvrstou
60
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
61/92
Tlana vrstoaTlana vrstoa keramike je 5 do 10 puta vea od savojne.
Zboga toga keramiku treba prvenstveno tlano optereivati.
Vlana vrstoaNiska vlana vrstoa keramike, koja je vrlo esto i do 20 % manja od
savojne, kao i sklonost krhkom ponaanju zahtijevaju izbjegavanje ili
minimiziranje vlanih naprezanja, kao i to toniji proraun raspodjele
naprezanja.Ta injenica ipak ne znai da se keramika ne moe primijeniti za izradu vlano
optereenih dijelova, npr. izolatora zranih vodova koji se koriste za transport
energije visokim naponom.
Faktor intenzivnosti naprezanja, KIKeramiki materijali pucaju krhko. Plastina deformacija kao kod metala mogua je
samo na temperaturama blizu temperature mekanja.
Veliina pomou koje se ocjenjuje ponaanje krhkih materijala s obzirom na propagaciju
pukotine u mehanici loma naziva se faktor intenzivnosti naprezanja KI.
Dijagram brzine irenja pukotine uovisnosti o intenzivnosti naprezanja
Kritini faktor intenzivnosti naprezanja (KIC) je mjera osjetljivosti na pukotine, tj. krhkostmaterijala (zarezna ili lomna ilavost). Ponaanje pri rastu pukotina nije samo ovisno ooptereenju ve i o kombinaciji optereenja i veliine pukotine. Tek kad se postignekritina vrijednost KIC, dolazi do otkaza funkcije.
KIC je uglavnom umnoak naprezanja (),koje djeluje okomito na ravninu pukotine aizazvano je vanjskim optereenjem, idrugog korijena polovice duljine najopasnijepukotine (a).
Iz toga slijedi da KIC ovisi o geometriji dijelai pukotine, odnosno o korekcijskoj funkcijiY.
I ICK Y Ka
61
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
62/92
Elastina svojstva- Modul elastinosti
- Poprena kontrakcija (Poissonova omjer)
- Modul sminosti
- Rast pukotina
- Puzanje
Modul elastinosti (E) je kod gotovo svih materijala iz skupine oksidne ineoksidne keramike vei nego kodelika.
62
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
63/92
Poprena kontrakcija (Poissonova omjer)
Poprena kontrakcija (), koja se vrlo esto naziva i Poissonova omjer(konstanta), prikazuje omjer (negativne) poprene deformacije, 2, prema
istezanju, 1.
Vrijednosti za keramiku su u podruju 0,18 - 0,3.
Moe se izraziti formulama:
= 2/1,
2 = - 1 = /E ili = E 2/.
Modul sminosti
Modul sminosti (G) je specifina deformacija pri istom smiku i djelovanju tlaka sa svihstrana, a moe se prikazati formulom:
G = /
= smino naprezanja,
= kut smika.
Za keramiku modul sminosti on iznosi otprilike 1/3 modula elastinosti.
63
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
64/92
Rast pukotina
S obzirom na zadane uvjete, keramiki dio ne mora samo izdrati maksimalna
optereenja nego mora biti i u pogonu odreeno vrijeme. Pri tome su nuna i znanja o
odnosuvrstoa/vremensko ponaanje keramikih materijala.
Do otkazivanja u pravilu dolazi zbog pojedinanih pogreaka koje se (esto) nalaze na ili
vrlo blizu povrine, zato to su tu naprezanja najvea.
Ako je dio optereen ispod svoje vrstoe, i ako je jo eventualno izloen vodi ili vlanoj
okolini, moe doi najprije do vrlo sporog a s poveanjem optereenja, do vrlo brzog
irenja kritine pukotine, to na kraju rezultira lomom.
Takvo ponaanje naziva se potkritian rast pukotine (napetosna korozija).
Nastupa preteno kod oksidne keramike, ali i kod neoksidne keramike koja ima amorfnu
oksidnu fazu na granicama zrna.
Proces rasta pukotine kod visokokvalitetne keramike moe se dobro opisati metodom
linearno elastine mehanike loma (LEML ).
Puzanje
Kod metalnih materijala esto se ispituju plastine deformacije koje nastaju zbog
dugotrajnih statikih optereenja. Procesi puzanja nastupaju pojaano pri visokim
temperaturama, ime su ograniene mogunosti primjene metalnih materijala.
Puzanje keramikih materijala je malo pri temperaturama ispod 1000 C. Za razliku od
metalnih materijala, ovdje deformacije od nekoliko postotaka nastale zbog puzanja
mogu dovesti do otkazivanja funkcije materijala.
Za razliku od polaganog irenja pukotine, gdje se iri pojedinana pukotina, pod pojmom
oteenja zbog puzanja podrazumijeva se fenomen nastajanja poroznosti od puzanja i
mikropukotina. One su u materijalu homogeno rasporeene te uzrokuju oteenja po
cijelom optereenom volumenu. Posljedica toga je promjena fizikalnih svojstava
materijala.
Na puzanje keramikih materijala utjeu, osim optereenja, i kemijske veze te strukturne
karakteristike (veliina zrna, oblik zrna, poroznost, granice zrna).
64
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
65/92
Tvrdoa
Tvrdoa ukazuje na otpornost prema deformiranju, koja je to vea to je vei modul
elastinosti.
Dijelovi od tehnike keramike zato pokazuju veliku krutost i stabilnost oblika.
Via tvrdoa tehnike keramike vodi k boljoj otpornosti na troenje.
Tehnika keramika je stoga prikladna za tribotehnike situacije primjene, pri emu na
otpornost na troenje osim materijala utjee i mikrostrukturno stanje.
Cijena poviene tvrdoe keramike je slaba mogunost plastine deformacije
(duktilnost) i razgradnje koncentracija naprezanja. Stoga dio esto puca bez prethodne
najave.
Tvrdoa se ispituje prema metodama Vickers, Knoop i Rockwell, koje su utvrene unormi DIN EN 843-4.
Uobiajeno je navoenje podataka tvrdoe po Vickersu HV, pri emu je vano
naznaiti vrijednosti optereenja pri ispitivanju, jer vrijednost ovisi o veliini
optereenja. Npr. vrijednosti HV0,1 i HV50 razlikuju se za oko 30 %. Podaci za HV10 su
se u praksi pokazali kao najsmisleniji.
Podruja vrijednosti tvrdoa i savojnevrstoe pojedinih vrsta keramika
65
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
66/92
TOPLINSKA SVOJSTVA:
- Toplinska vodljivost
- Toplinskae rastezljivost
- Otpornost na promjene temperaturete
Toplinska vodljivost
Toplinska vodljivost () keramikih materijala je uglavnom manja nego kod elika ili
bakra.
Materijali kao silicijev karbid ili aluminijev nitrid ipak se, zbog njihove relativno velike
toplinske vodljivosti nasuprot drugim elektrinim izolacijskim materijalima,
primjenjuju tamo gdje se trai toplinska vodljivost. Nasuprot tome, ostali se keramiki
materijali, zbog male toplinske vodljivosti, primjenjuju kao izolacijski materijali.
Izolacijska se svojstva mogu se poboljati poveanjem poroznosti.
Prilikom usporedbe razliitih materijala treba obratiti panju na podatak o
temperaturnom podruju, npr. 30-100 za podruje od 30 do 100 C.
Toplinska vodljivost () je koliina topline koja se prenese, pri standardnim uvjetima u smjeru
okomitom na povrinu, pri razlici temperatura od 1 K. Jedinica za toplinsku vodljivost je
Wm-1K-1.
66
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
67/92
Orijentacijska podruja savojne vrstoe i toplinske vodljivosti odabranih materijala
Orijentacijska podruja toplinske rastezljivosti i toplinske vodljivosti odabranih materijala(forsterit: MgSiO4)
67
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
68/92
Toplinska rastezljivost
Toplinska rastezljivost () tehnike keramike je, osim kod cirkonijeva oksida,
forsterita (MgSiO4) i MgO, obino manja manja nego kod elika i sivog lijeva. To treba
uzeti u obzir kod konstrukcija spojenih od razliitih materijala.
Prilikom usporedbe toplinske rastezljivosti razliitih materijala treba obratiti panju napodatak o temperaturnom podruju, npr. 30-100 za podruje od 30 do 100 C.
Postupci za odreivanje toplinske rastezljivosti utvreni su normama DIN EN 821-1 iDIN EN 60672-2.
Orijentacijska podruja savojnevrstoe i toplinske rastezljivosti odabranih materijala
68
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
69/92
Otpornost na promjene temperatureVeliki broj keramikih materijala je osjetljiv na toplinske okove, to znai da nagle
promjene temperaturae mogu dovesti do lomova.
Vanije iznimke su materijali na temelju aluminijeva titanata, kvarca i kordijerita.
Glavni faktori koji uzrokuju osjetljivost na toplinske okove su zaostala naprezanja
inducirana gradijentima temperatura i izrazita krhkost keramike.
Kod metalnih materijala velika lokalna toplinska naprezanja za posljedicu imaju malu
lokalnu plastinu deformaciju, kod keramike takva naprezanja mogu izazvati rast
pukotina. Upravo zbog toga treba po mogunosti izbjegavati brze i velike promijene
temperatura.
KERAMIKI MATERIJALI
POSTUPCI PROIZVODNJE I OBRADE TEHNIKE KERAMIKE
SVOJSTVA TEHNIKE KERAMIKE
PRIMJENA TEHNIKE KERAMIKE
69
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
70/92
PRIMJENA TEHNIKE KERAMIKETehnika keramika se primjenjuje zbog svojih posebnih svojstava i njihovihkombinacija.
Podruja primjene:
- strojarstvo i procesna tehnika,
- visokotemperaturne primjene (termotehnika),
- elektrotehnika i
- elektronika.
Dijelovi u tehnici niskog napona
70
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
71/92
STROJARSTVO I PROCESNA TEHNIKA
Klizni i brtveni prsteni od SiCMontani dijelovi
od aluminijeva oksida
71
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
72/92
Kuglasti ventil tip KSV DN 25 PN 40
Primjene u gradnji pumpi, armatura, dijelova postrojenja i strojeva za papir
72
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
73/92
Primjeri primjena u tekstilnim strojevima i preradi metala
Vodilice konca Rezna keramika
73
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
74/92
Primjeri primjena u gradnji motora, turbina, kemijskih i procesnih postrojenja
74
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
75/92
Tijela za punjenje Pirometarske cijevi
VISOKOTEMPERATURNE PRIMJENE
Primjeri primjena u gradnji pei i tehnici izgaranja
75
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
76/92
Ploe plinskog izmjenjivaa topline Izmjenjivai topline
Pomoni dijelovi u procesu peenja(drai i grede)
Pomoni dijelovi u procesu peenja(kalupi i ploe)
76
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
77/92
ELEKTROTEHNIKA
Primjeri primjena u elektrotehnici izolacijski dijelovi
Uloci i postoljaniskonaponskih uinskih izolatora
Tijela otpornika
77
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
78/92
Okviri Niskonaponski visokouinski osigurai
Vodilice, postolja i izolacijska tijela zahalogene svjetiljke
Nosai grijaa
78
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
79/92
Toplinski optereeni izolacijski dijelovi u elektrotehnici
Razliiti izolacijski dijelovi
Izolacijske cijevi (perforirane)
79
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
80/92
Primjeri primjena u visokonaponskoj tehnici
ELEKTRONIKA
Primjeri primjena u elektronici
80
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
81/92
Kuita poluvodia od keramike imetala
Supstrati odaluminijeva oksida
MEDICINA
Primjeri primjena u medicini
81
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
82/92
SPAJANJE KERAMIKE
Keramika se moe spajati s keramikom ili sa svakim drugim materijalom, i to rastavljivoili nerastavljivo.
Za pouzdano spajanje keramikih dijelova meusobno ili s drugim materijalima mogu se
koristiti postupci s dodatnim tvarima (materijalima), spajanje oblikovanjem ili djelovanjem
sila.
Odluujui utjecaj na odabir naina spajanja ima drugi materijal u spoju i zahtjevi koji se
postavljaju na sam spoj. Konstruiranje s keramikom ima neke posebnosti, npr: prilikom
spajanja s metalom keramiku treba opteretiti tlano, dok savojna i vlana optereenja
treba preuzeti metalni dio.
Pouzdanost spoja u uvjetima previsokih naprezanja i olabavljenja mora biti osigurana u
svim stanjima proizvodnje i eksploatacije. Zadaa konstruktora sastoji se zapravo u
meusobnom podeavanju i usklaivanju plastinih, elastinih, toplinskih i geometrijskih
razlika u rastezljivosti izmeu keramikog dijela i njegove okoline.
Veliine koje utjeu na spojeve
82
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
83/92
POSTUPCI SPAJANJA:
- lijepljenja s plastomerima, elastoplastomerima i duromerima (uvrivanje ploicaotpornih na troenje),
- lemljenja s metalnim lemilima i lemljenja staklom,
- lijepljenja na keramikoj osnovi.
Iz toga proizlaze sljedei ciljevi i radne zadae:
- prilagoivanje lijepila i lemila,
- prilagoivanje radnih temperatura i temperatura spojeva,
- smanjenje zaostalih naprezanja u spoju.
Postupci spajanja djelovanjem sila i oblikom nakon peenja keramike obuhvaaju:
- skupljanje (klizni brtveni prstenovi, alati za preanje itd.),
- upreavanje,
- oblijevanje i ulijevanje (keramiki umeci u dno klipa, elementi za uvrivanje na
izolatorima itd.),
- zarubljivanje,
- privrivanje stezaljkama (uvrivanje cijevi plamenika, fiksiranje
i brtvljenje izmjenjivaa topline, uvrivanje reznih ploa na brzoreznom eliku, tj.
glodake glave itd.),- umetanje (npr. bajunetni zapor) i
- zakivanje / stlaivanje, kao i
- vijani spojevi (uvrivanje cijevi plamenika, fiksiranje i brtvljenje izmjenjivaa topline,
uvrivanje reznih ploa na brzoreznom eliku tj. glodake glave itd.)
esto se izrauju i specijalno prilagoeni spojni elementi.
83
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
84/92
Natrcavanje polimera
Uporaba polimernih materijala nije preporuljiva u sluajevima:
- pojave trenja i njime izazvanog troenja,
- kod viih temperatura smanjuju se izolacijska svojstva i
- porastom temperature smanjuju se mehanika svojstva.
Lijepljenje
Lijepljenje spada u tradicionalne metode spajanja. Ovom se tehnikom naelno mogu
spajati materijali iste ili razliite vrste. Lijepljenje je pogodan nain spajanja kojim se
postie povrinski prijenos sile. To je posebno pogodno za keramike dijelove.
Prilikom lijepljenja ne dolazi do toplinskih optereenja, tako da ta pojava nema utjecaja
na svojstva elemenata u spoju.
Lijepljeni su spojevi nepropusni za plinove i tekuine te imaju dobra priguivaka
svojstva mehanikog priguivanja.
Glavni nedostatak lijepljenih spojeva je ograniena toplinska opteretivost.
Vrste ljepila:
Meu ljepila kojima se postiu vrlo zahtjevnii spojevi (HighTech ljepila i strukturna ljepila)
spadaju:
- akrilna ljepila,
- cijanoakrilna ljepila,
- ljepila na bazi epoksidnih smola,
- poliuretanska ljepila,
- ljepila na bazi fenolnih smola i
- ljepila na bazi poliesterskih smola.
84
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
85/92
Lemljenje
Lemljenjem se mogu izvestii vrlo kvalitetni materijalni spojevi izmeu keramike i metala,te izmeu keramike i keramike. Obino se keramika prije toga metalizira.
Vrsta metalizacije mora se prilagoditi vrsti keramike, a ovisi o tome predvia li se tvrdo
ili meko lemljenje.
Najpovoljniji keramiki materijali za tvrdo i meko lemljenje su aluminijev oksid i
aluminijev nitrid.
Postoji i aktivno lemljenje kod kojeg nije potrebna metalizacija, ali takvo lemljenje trai
specijalne aktivne lemove. Drugi postupci lemljenja mogu se nai u literaturi.
Meko lemljenje
Prema DIN 8505 meki se lemovi se tale pri temperaturama niim od 450 C, dok za
tipine meke lemove te temperature iznose od 150 do 250 C.
Temperature primjene kreu se u rasponu od 190 do 250 C. Tipini lemovi su eutektiki
sustavi kositar/olovo (talite 183 C) i kositar/srebro (talite 221 C).
Metalizacija se u pravilu temelji na plemenitim metalima (srebro, srebro-paladij, srebro-
platina, zlato, paladij-zlato, platina-zlato).
Najea podruja primjene mekog lemljenja su elektrotehnika i elektronika.
Temperatura lemljenja izaziva toplinski ok za metaliziranu keramiku, ali on to u pravilu
ovdje nije kritian za inae osjetljive keramike materijale.
85
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
86/92
Tvrdo lemljenje
Prema DIN 8505, tvrdi lemovi se tale pri temperaturama viimi od 450 C.Za tipine tvrde lemove te temperature se kreeu u rasponu od 600 do 800 C, dok se
temperature procesa iznose od 600 do 900 C.
Najee se rabe srebrni tvrdi lemovi na bazi srebra, bakra i cinka.
Vakuumsko lemljenje bez sredstava za teenje i lemljenje pod zatitnim plinom u
peima za lemljenje provode se pri temperaturama viim od 900 C.
Za metalizaciju potrebni su metali visokog talita, kao to su npr. molibden i volfram.
Teite primjene je u strojarstvu.
Aktivno lemljenje
Aktivni se lemovi tale pri temperaturama izmeu 600 i 1000 C, a samo se proces
lemljenja odvija se u temperaturnom podruju od 800 do 1050 C.
Primjenom aktivnog lemljenja mogue je izravno spajanje keramike bez dodatne
metalizacije. U ovom se postupku lemljenja koriste metalni lemovi koji su u stanju dobro
okvasiti nemetalne anorganske materijale, zbog svojeg sastava legirnih elemenata. Oni
sadre elemente kao to su npr. titan, cirkonij i hafnij, koji reagiraju s keramikom.
Tijekom procesa lemljenja se na keramici se stvara tanki, kontinuirani reakcijski sloj, kojiomoguuje nuno vezanje.
Sustavi za aktivno lemljenje tipino ine slijedee kombinacije elemenata: srebro-titan,
srebro-bakar-titan i s srebro-bakar-indij-titan. Lemljenje se u pravilu odvija u vakuumu ili
argonu.
Uz aluminijev oksid i aluminijev nitrid, lemiti se mogu gotovo svi keramiki materijali kao i
metali kod kojih je oteano kvaenje.
Aktivno lemljeni spojevi spadaju u podruje strojarstva.
Na tritu su dostupni lemovi za razliite vrste keramika.
86
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
87/92
Zadaa konstruktora je rjeenje nekog tehnikog problema koji se sastoji se od:
- ispunjenja tehnikih zahtjeva i
- od ekonomske izvodljivosti.
Kod pravilne keramike konstrukcije nastoje se optimalno iskoristiti sve prednosti
keramikih materijala, dok se nedostaci nastoje uiniti neutjecajnim pomou razliitih
konstrukcijskih zahvata.
KONSTRUIRANJE S KERAMIKOM
Zadaa konstruktora je pravilno i ekonomi
no iskoritavanje povoljnih svojstava tehni
kekeramike, a da pri tome ne dou do izraaja njezina ograniavajua svojstva. Pod tim se
podrazumijeva pravilna keramika konstrukcija.
Razvoj keramikog dijela
87
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
88/92
UPUTE ZA KONSTRUIRANJE
Utjecaj svojstava materijala
- Jedna od glavnih prednosti keramikih materijala je tlana vrstoa.- U vlano optereenim podrujima trebaju se izbjei jake koncentracije naprezanja.
- Prilikom konstruiranja keramikih dijelova trebaju se izbjei takvi geometrijski oblici kojidjeluju kao urezi (koncentracija naprezanja) ili se trebaju svesti na prihvatljivu mjeruoptimiranim oblikom.
Utjecaj postupka oblikovanja
Npr. postupkom lijevanja suspenzije mogu proizvoditi dijelovi s konstantnomdebljinom stijenke, pri emu su postizive debljine do maksimalno nekoliko milimetara(ovisno o materijalu).
Npr. postupkom ekstrudiranja uglavnom se proizvode dijelovi u obliku cijevi i ipki.
Npr. tehnikom injekcijskog lijevanja mogu se postii komplicirani oblici dijelova, te
gotovo konane mjere. Bitne faktore u kalkulaciji trokova ovog postupka ine trokovialata i broj proizvedenih dijelova.
Npr. postupak izostatikog preanja primjenjuje se za izradu pripremaka s posebnoravnomjernom gustoom, koji se nakon toga u nepeenom stanju obrauju postupcimaodvajanja estica, kao to su npr. tokarenje, glodanje, buenje, bruenje ili rezanje (sdijamantnim alatima).
Npr. suho preanjeje esto primjenjivan postupak za serijsku proizvodnju manjih dijelova.
Modulno konstruiranje
Veliki i komplicirani keramiki dijelovi ne mogu se proizvesti prethodno opisanim
postupcima oblikovanja ili je takva proizvodnja skupa.
U tom sluaju preporua se podjela zahtjevnih dijelova u dva ili vie manjih ili
jednostavnijih elemenata.
Od samog poetka treba se pobrinuti za to da te manje elemente treba poslije spojiti u
cjelinu.
Za spajanje istih materijala (keramika-keramika) u praksi se ve uspjeno primjenujurazliiti postupci:
- oblaganje npr. sastavljanje dijelova u sirovom stanju itd.,
- laminiranje slojevita graa,
- zajedniko sinteriranje (vratilo i rotor u nekim izvedbama turbopunjaa),
- lijepljenje,
- lemljenje.
88
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
89/92
Trokovi
Naelni trokovi keramikih dijelovaTrokovi proizvodnje keramikih dijelova sastoje se od:
- trokova materijala,
- trokova oblikovanja,
- trokova zavrne obrade,
- trokova sinteriranja,
- trokova ispitivanja,
- opih trokova.
Trokovi serijski proizvedenih dijelova
Trokovi serijske proizvodnje jako ovise o potrebnim koracima izrade koje odreuje
tehnologija, i o automatizaciji koja ovisi o broju komada.
Ekonominost u sustavu
Dulja trajnost i poboljana pouzdanost donose kod:- proizvodnih strojeva znatne utede:- nabavu manjeg broja rezervnih dijelova,- manje trokove odravanja i- kraa vremena zastoja.
- potronih dobara:- manje reklamacija i- smanjeni rizik u jamstvenom roku.
ODREIVANJE VRSTOE KONSTRUKCIJE
Proizvoai i korisnici keramikih dijelova ocjenjuju mehaniku opteretivost konstrukcija
na sljedee naine:
- iskustveno (intuitivna znanja),
- analitikim proraunima razdiobe naprezanja,
- numerikim proraunima razdiobe naprezanja,
- proraunima razdiobe naprezanja i na njoj temeljenoj lokalnoj razdiobi vjerojatnosti
otkazivanja pomou statistikih metoda.
89
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
90/92
OBLIKOVANJE DIJELOVA
1. Tenja jednostavnim oblicima i pravilno tehnoloko dimenzioniranje
- oblike prilagoditi odgovarajuem postupku oblikovanja sirovaca,
- olakati procese oblikovanja i sinteriranja,
- sloene oblike rastaviti u vie jednostavnih modula,
- izbjegavati prespecificirane povrine i nepotrebno uske tolerancije.
Osnovna pravila
2. Izbjegavati koncentracije naprezanja
- minimirati naprezanja oko ureza,
- raspodijeliti sile na veu povrinu,
- Izbjegavati nagle promjene presjeka,
- Izbjegavati kuteve i otre bridove.
3. Minimirati vlana naprezanja
- propisati odgovarajue presjeke u odnosu na naprezanja,
- konstrukcijski pretvoriti vlana u tlana naprezanja,
- uvesti tlana prednaprezanja,
- djelovanje sila pravilno oblikovati s obzirom na keramiku.
OBLIKOVANJE DIJELOVA
Osnovna pravila
4. Izbjegavati nakupljanja materijala
- paziti na to je vie mogue ravnomjernije debljine stijenki,
- rastaviti (razrijeiti) vorita,
- izbjegavati pukotine u presjeku,
- oblikovati tako da se ostvari pravilno zgunjavanje.
5. Minimirati naknadnu obradu
- predvidjeti oblikovanje sirovaca i njihovu obradu s malim dodacima za naknadnu
obradu
- obradu u sirovom stanju pretpostaviti zavrnoj
- dopustiti samo male i odijeljene povrine za obradu
- postaviti samo nune zahtjeve na obradu
- definirati zaobljenosti i kosine koje se ne obrauju
90
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
91/92
OBLIKOVANJE DIJELOVA
Osnovna pravila
6. Osvrt na posebnosti izrade
- olakati izvlaenje iz kalupa,
- izbjegavati podreze i utore,
- izabrati najpovoljnije oblikovanje sirovaca,
- izbjegavati tanke stijenke i pregrade,
- teiti proporcijama dijela koje odgovaraju izradi,
- postaviti uvjete za podlaganje i upinjanje pri naknadnoj obradi,
- paziti na posebnosti pojedinih koraka izrade kao to su: vlano i suho
preanje, ekstrudiranje , sinteriranje, glaziranje.
Pitanja za ponavljanje:
1. Navedite najznaajnija svojstva gusto sinteriranog aluminij oksida imogue primjene.
2. to znate o piezokeramici i gdje se primjenjuje?3. Navedite bitne korake u procesu proizvodnje keramike, to utjee na
svojstva- mikrostrukturu keramikog materijala?4. to je sinteriranje i to se dogaa u tom procesu, opiite stupnjeve rasta zrna
tijekom sinteriranja?5. Navedite naine oblikovanja prema udjelu vlage i naine suhog preanja.6. Opiite oblikovanje ekstrudiranjem, kada se koristi postupak obilkovanja
lijevanjem?7. Opiite i shematski prikaite suho sinteriranje, navedite fizikalne
promjene tijekom procesa sinteriranja i shematski ih prikaite.8. Navedite atomske mehanizme koji se javljaju tijekom sinterirnja i
shematski ih prikaite.9. Navedite postupke zavrne obrade keramike, to je karakteristino za
bruenje i koji su prisutni mehanizmi odvajanja estica kod keramike?10. to je karakteristino za honanje, a to je lepanje i koje su karakteristike
lepanja?
91
-
7/25/2019 TEHNIKE KERAMIKE
92/92
11. to je poliranje i emu slui, opiite glaziranje i prevlaenje.
12. to je faktor intenzivnosti naprezanja, a to je kritini faktor intenzivnostinaprezanja i o emu ovisi?
13. to utjee na vrijednosti savojne vrstoe keramike?
14. Navedite elastina svojstva keramike, to je Poissonov omjer?
15. Kako se keramika moe spajati i koje veliine utjeu na spojeve?
16. Navedite toplinska svojstva keramike i opiite.
17. Navedite postupke spajanja keramike, opiite lijepljenje keramike i navedite
vrste ljepila?
18. to su meki lemovi i navedite podruje njihove primjene?
19. to su tvrdi lemovi i navedite podru
je njihove primjene?20. to je aktivno lemljenje I navedite podruje primjene.
21. Navedite podruja primjene tehnike keramike.
22. Navedite upute za konstruiranje keramike.
23. Navedite osnovna pravila pri oblikovanju dijelova.