12. Kerámia termékek tervezése és alkalmazása

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "12. Kerámia termékek tervezése és alkalmazása"

Kornél Somogyi
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 12. Kerámia termékek tervezése és alkalmazása Menyhárd Alfréd, Szépvölgyi János BME Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék Iroda: H épület 1. emelet; Tel.:

Kémia és Anyagtudományi Tanszék amenyhard@mail.

2 Vázlat Homokfúvó berendezés Tűzálló berendezések felülete Tömítések Magas hőmérsékletű hőcserélő Páncél, fegyverezet Mágnes Hűtőblokk Földi légkörbe visszalépő járművek (hővédő pajzs) Szinterelés során mérettartó kerámiák Őrlőközeg (golyós malom) Szerszámok Csapágyak Fényemittáló kerámiák (fluoreszcens ) 2

visszalépő járművek (hővédő pajzs) Szinterelés során mérettartó kerámiák

3 Homokszórás Homokszemcsék (SiO 2 ) és Al 2 O 3 szemcsék nagy sebességű szórása Feladat Fém és egyéb kemény felületek polírozása tisztítása Kerámia termékek felületének megmunkálása a szinterelést követően Követelmények Szobahőmérséklet, nagy nyomás Nagy ellenállás koptató hatás Jó mechanikai tulajdonságok Lehetőségek Szinterelt Al 2 O 3 (rövid élettartam) Szinterelt Co-kötésű WC (drága) Melegen sajtolt B 4 C (drága, de nagyon tartós) 3

Követelmények Szobahőmérséklet, nagy nyomás Nagy ellenállás koptató hatás Jó mechanikai tulajdonságok

4 Tűzálló berendezések bevonata Magas hőmérsékleten működő kemencék Feladat Gyors fűtés és hűtés Kevés fogyasztás Követelmények Rossz hővezetés Magas olvadáspont Megoldás Porózus oxid és szilikát kerámiák Kerámia szálak, szövetek (kis méret) 4

Követelmények Rossz hővezetés Magas olvadáspont Megoldás

5 Tömítések Egymáshoz érintkező mozgó felületek közötti kapcsolat Feladat Tömítés Kenés Követelmények Keménység Jó mérettartás széles hőmérséklet tartományban Jó tribológiai tulajdonságok Korrózióállóság Megoldás Grafit (drága) Al 2 O 3 Kombinációk Speciális anyagok SiC 5

hőmérséklet tartományban Jó tribológiai tulajdonságok

6 Tömítések A tömítendő anyag Gázok és folyadékok tömítése Autók klímamotorja 17 bar 550 m/min felületi sebesség Al 2 O 3 és grafit felületek Jet motorok tömítése 8,3 bar 6100 m/min felületi sebesség 600 C Felületkezelt grafit (oxidáció védelem) Grafit + SiO felületi SiC réteg 6

felületek Jet motorok tömítése 8,3 bar 6100 m/min felületi sebesség

7 Magas hőmérsékletű hőcserélő (Hulladék)hő hasznosítása Fémöntödék Égetők Fosszilis erőművek Követelmények Hőállóság Korrózióállóság Termikus sokkálóság Jó hővezetés Megoldás SiC (méretkorlátozások) Speciális kerámiák, LAS, AS, MAS 7

Hőállóság Korrózióállóság Termikus sokkálóság Jó

8 Magas hőmérsékletű generátor Gázturbinában folyamatosan forgó rész Feladat Elvonni a kivezető gáz energiáját (forgás és hő) Előmelegíteni a bevezetett gázt Követelmények >950 C Nagy fordulatszám Minimális hőtágulás Megoldás LAS (Lítium-alumínium-szilikát) Közel nulla hőtágulás, de korróziós probléma (A Li ionok Na és H ionokra cserélődnek bizonyos területen, ez pedig töréshez vezet) MAS (Magnézium-alumínium-szilikát) Nincs korróziós probléma, de a hőtágulás nagyobb (tervezési nehézségek) SiC (hőtágulás) Si 3 N 4 (hőtágulás) 8

Közel nulla hőtágulás, de korróziós probléma (A Li ionok Na és H ionokra cserélődnek bizonyos területen, ez pedig töréshez vezet)

9 Fegyverzet, páncél A katona védelme úgy hogy mozgékonysága nem csökken Feladat Védelem (30-as kaliber lövedék) Kis tömeg (repülés, helikopter) Követelmények Keménység Ütésállóság Kis tömeg Megoldás B 4 C (6,4 mm vastag lemez elég) Al-Al 2 O 3 (nehéz) Polimer (Kevlar hordozó) 9

helikopter) Követelmények Keménység Ütésállóság Kis tömeg Megoldás B

10 Mágneses kerámiák Mágnesesség biztosítása Előnyök Könnyebb, minta a fém Tulajdonságok hangolhatók Megoldás Hexagonális ferritek Stroncium Ólom Barium A kristályszerkezet a felhasználás jellegétől függően változhat 10

Megoldás Hexagonális ferritek Stroncium Ólom Barium A

11 Kerámia hűtőblokk A lokálisan ébredő hő elvezetése Általában rezet használnak a jó hővezetése miatt Magas hőmérsékleten és túl nagy hőmennyiségek elvezetésére a réz nem használható (megolvad) Követelmények Jó hővezetés Jó mérettartás Megoldás Gyémánt (drága és nehezen alakítható) BeO AlN SiC Grafit Grafit-SiC felület 11

réz nem használható (megolvad) Követelmények Jó hővezetés Jó mérettartás

12 Földi légkörbe visszatérő jármű A földi légkörbe való visszatérés csak nagy sebességgel lehetséges Nagy hőfejlődés Megoldások Nagy mennyiségű hőt elnyelő anyagból készült bevonat Olyan bevonat ami elviseli a belépéskor ébredő hőt (1650 C) 12

Megoldások Nagy mennyiségű hőt elnyelő anyagból készült

13 Földi légkörbe visszatérő jármű Anyagválasztás 1260 C felett Orr, és szárnyak Szén-szén kompozit + SiC felületi réteg 1260 C alatt Alsó rész Kis téglák Pillekönnyű porózus szilikát kerámia 15,2 x 15,2 cm Vastagság 0,5-11,4 cm Igények 13

réteg 1260 C alatt Alsó rész Kis téglák Pillekönnyű

14 Szinterelés során mérettartó kerámiák Kivételesen nagy méretpontosságot igénylő allamazások Probléma A szinterelés során a mintadarab méretei megváltoznak, és a változás nem jósolható meg teljes pontossággal Megoldás Olyan kerámia amely nem változtatja a méretét a szinterelés során Si 3 N 4 reaktív szinterelés SiC reaktív szinterelés A szinterelés során lejátszódó reakció alatt olyan vázszerkezet képződik, ami megakadályozza a méretváltozást Hátrány: pórusok képződnek 14

amely nem változtatja a méretét a szinterelés során Si 3 N 4 reaktív szinterelés SiC reaktív szinterelés A szinterelés

15 Őrlőközegek A golyósmalomban a forgás során egy belső őrlőközeg biztosítja az aprítást Követelmények Viszonylag nagy súly Nagy keménység (nem szennyezi az őrlendő anyagot) Tényezők Őrlési idő Őrlési hatékonyság Megengedett maximális szennyeződés Megoldás Si 3 N 4 WC Al 2 O 3 (SIALON kompozíciók) 15

szennyezi az őrlendő anyagot) Tényezők Őrlési idő Őrlési hatékonyság

16 Hőálló bevonatok Gázturbinák belsejében lévő fém alkatrészek védelme Lehetőséget ad a speciális fém alkatrészek helyettesítésére Co, Ni, Cr, Mo vagy Hf Követelmények Kis hővezetés A fémekhez hasonló hőtágulás Relatív erős kölcsönhatás a fémmel Megoldás Stabilizált ZrO 2 (plazmaszórás) Kötőréteg alkalmazása: CoCrAlY Kerámiafelületek bevonása SiC bevonása ZrO 2, vagy mullittal 16

A fémekhez hasonló hőtágulás Relatív erős kölcsönhatás a fémmel Megoldás Stabilizált ZrO 2

17 Termoelemek bevonata A termoelem fém részeinek védelme a direkt hőhatástól Követelmények Kis hővezetés Megoldás Al 2 O 3 MgO Egyéb olcsóbb kerámia Extrúzió + szinterelés 17

18 Hősokkálló anyagok A gyors felfűtés és lehűtési lépések ciklikus ismétlődése tönkreteszi az anyagokat Követelmények Kis hőtágulási együttható Relatív kis merevség Jó hővezető Szívósság Megoldás LAS (Li-Al-szilikát) Si 3 N 4 SiC 18

Követelmények Kis hőtágulási együttható Relatív kis

19 Kiln vázak Magas hőmérsékletű feldolgozást igénylő anyagok tartóeleme a feldolgozás során Követelmények Nagy hőállóság Korrózióállóság A feldolgozási hőmérséklet a meghatározó Megoldás Al 2 O 3 Si 3 N 4 SiC 19

Nagy hőállóság Korrózióállóság A feldolgozási

20 Radome bevonatok Radartechnikai és harcászati alkalmazás (repülők radarjának borítása) Követelmények A bevonatnak át kell ereszteni az elektromágneses hullámokat Megoldások UV, részben IR + radar MgO Al 2 O 3 SiO 2 IR + radar MgF 2 ZnS ZnSe 20

kell ereszteni az elektromágneses hullámokat Megoldások UV,

21 Gázturbina állórészek Nem mozgó áramvonalas alkatrészek Követelmények Stabil Jó hősokk állóság Korrózióállóság Jó mechanikai tulajdonságok Megoldások Si 3 N 4 SiC 21

22 Fémmegmunkáló serszámok Nagy sebességű vágás kivitelezése Követelmények Nagy keménység Korrózióállóság Hőállóság Megoldás Al 2 O 3 Si 3 N 4 Al 2 O 3 TiC Al 2 O 3 + SiC WC Egyéb más kerámiák 22

23 Vágási sebesség (felület/min) Fémmegmunkáló szerszámok fejlődése Történeti áttekintés Öntött nemfémek Nagy sebességű acél Öntöttvas Szinterelt szénvegyület Kerámia Kompozit Piacrakerülés dátuma (év) 23

24 Magas hőmérsékletű fűtési alkatrész Elektromos feszültség hatására melegedő anyag Követelmények Félvezető tulajdonság Megoldás SiC MoSi 2 ZrO 2 24

25 Csapágyak Magas hőmérsékleten alkalmazott csapágyak, ahol a hagyományos fém csapágy már nem használható Követelmények Nagy keménység Kopásállóság Jó tribológiai tulajdonságok Nagy szívósság Megoldás Si 3 N 4 (melegen sajtolt) 25

26 Teniszütő Modern teniszütő Követelmények Merev Könnyű Vibráció elnyelése Megoldások Grafit BN Szénszálas polimer Piezoelektromos teniszütő Head Intellifibre TM technology (Sílécekben is használják) 26

27 Fényemittáló kerámiák Fénycsövek, energiatakarékos izzócső Felépítés Üvegcső Foszfortartalmú kerámiával borított belső fal Higany és argon gáz a töltet Működés Az elektromosság gerjeszti a higanygőzt ami alacsony hullámhosszú fényt emittál A belső foszfor bevonat gerjesztődik és az emberi szem számára is látható fényt bocsát ki 27

28 Fényemittáló kerámiák Fluoreszcens fogászati kerámia Probléma: a fogpótlásra használt kerámia színe elüt a természetes fog színétől Felhasznált anyag Alumínium szilikát Adalékokkal fluoreszcens tulajdonságok érhetők el Eu 2 O 3 Yb 2 O 3 Megoldás A fog színe jobban hasonlít a természetes fogéhoz Fehér-kék színű fluoreszcencia 28

Hasonló dokumentumok

SiAlON. , TiC, TiN, B 4 O 3

SiAlON. , TiC, TiN, B 4 O 3 ALKALMAZÁSOK 2. SiAlON A műszaki kerámiák (Al 2 O 3, Si 3 N 4, SiC, ZrO 2, TiC, TiN, B 4 C, stb.) fémekhez képest igen kemény, kopásálló, ugyanakkor rideg, azaz dinamikus igénybevételek elviselésére csak