TEHNIČKE KERAMIKE

download TEHNIČKE KERAMIKE

of 92

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.