Kerámiák. Csoportosítás. Hagyományos szilikátkerámiák Építőanyagok: cement, tégla, fajansz, stb Üvegekek, Fémoxidok, nitridek, boridok stb.

Átírás

1 Kerámiák Csoportosítás Hagyományos szilikátkerámiák Építőanyagok: cement, tégla, fajansz, stb Üvegekek, Fémoxidok, nitridek, boridok stb. Mesterségesen előállított szilárd, nemfémes, szervetlen (műszaki) anyagok. Technológiájukban közös; nyers formázás hőkezelés (kivétel: üveg) 1

2 A kerámiák szerkezete Polikristályos anyagok 1. Kristályos fázisok: különböző összetétel, méret, kristályszerkezet mechanikai és villamos tulajdonságok 2. Üveges fázis: szilárdság, ridegség, átütési szilárdság 3. Gáz fázis: rugalmasság, hőszigetelés A fázisok egymáshoz való viszonya szabályozható az összetétellel és a technológiával 1. Homogenizálás Nyersanyagok + víz + kötőanyagok 2. Formázás Korongolás (kézi, gépi) Sajtolás (izosztatikus, forró) Extrudálás Fröccsöntés 3. Hőkezelés Szárítás Technológia Égetés az op (K) 80 90%-án Nedvesség, kötőanyag eltávozása Polimorf átalakulás Átkristályosodás Olvadék keletkezése Szilárd fázisú reakciók, hőbomlás, diffúzió Tömörödés, zsugorodás 4. Mechanikai utómunkák 2

3 Forró izosztatikus préselés 3

4 Tulajdonságok Nagy mechanikai szilárdság, nyomószilárdság, kopásállóság Ideálisan rugalmas Jó hőállóság Általában jó hőszigetelés Jó villamos szigetelés Kerámia típusok Porcelán: kaolin kvarc földpát x(nak) 2 O yal 2 O 3 zsio 2 közepes szigetelőanyag Szteatit MgO - SiO 2 alkálimentes, jobb villamos tulajdonságok Ellenállás-hordozók, kondenzátorok, hálózati szigetelők 4

5 Alumínium-oxid - Korund -Nagyon jó szigetelő: ρ > Ωcm tgδ < Készítenek: 90%, 99%, 99,9%-os tisztaságút -Égetés: C -Finomszemcsés, ~ 100% tömör. Gázfázis nincs, üvegfázis 0 1% között. -Hordozó,(IC, MCM) Na-lámpa kisülőcső Egyéb különleges kerámiák Si 3 N 4, AlN: jobb hővezetők, nagy alkatrész sűrűségű IC hordozó Szupravezető kerámiák: YBa 2 Cu 3 O 7-x MgB 2 Kondenzátorok: I típus: TiO 2 MgTiO 3 II. típus: BaTiO 3 ferroelektromos Csoport Jell. képviselő Tulajdonság, jellemző Felhasználás Szilikátok: Porcelán (kaolin, földpát, kvarc alkáli-alumínium-szilikát) Szteatit (magnézium-szilikát) nagyfrekv. szigetelő, ellenálláshordozó Korund: Al 2 O 3 jó vill szigetelő, hőálló, jó hővezető, MCM hordozó, nagyfrekv. szövetbarát szigetelő, implantátum Oxidkerámiák: hagyományos dísz és ipari kerámia, hálózati szigetelő BeO: jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó nagyfrekv. szigetelő, ák. hordozó hővezető, mérgező ZrO 2 Hőálló, ionvezető tűzálló anyag, oxigén szenzor Titanátok: TiO 2 magas dielektromos állandó I. tip. kondenzátor Nitridek: BaTiO 3 Si 3 N 4, AlN, BN nagyon magas dielektromos állandó, ferroelektromos, piezoelektromos jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető, jó mechanikai tul. II. tip. kondenzátor piezoelektromos elemek nagyfrekv. szigetelő, hordozó, gyémánt helyettesítés Karbidok: SiC jó mechanikai tul., félvezető, hőálló varisztor, kék LED, fűtőellenállás Ferritek WC, B 4 C jó mechanikai tul. atomreaktor lágy és kemény mágnesek Szupravezetők YBa 2 Cu 3 O 7-x MgB 2 T c 100K 5

6 1. Anyagtípus 2. Fázisállapot, szerkezet Kialakulása: olvadék túlhűtése Üvegalkotó: SiO 2, (Ge, B, P-oxidok) Üvegek Jellegzetes lehűlési görbe: a másodlagos intenzív paraméterek folytonosan változnak, de Tg környékén a meredekség változik. Technológia Alapanyagok: kvarchomok, módosítók: Na 2 O, K 2 O stabilizálók: CaO, MgO, B 2 O 3 Al 2 O 3 színezők, színtelenítők, egyéb speciális adalékok Olvasztás: ~ 1500 C Táblahúzás, csőhúzás, öblösüveg fújás Temperálás Viszkozitás Meghatározza a technológiát, hőkezelést, feszültségeket 6

7 Lágy üveg: adott viszkozitást alacsonyabb hőmérsékleten ér el Kemény üveg: ~ Feszültségek Okok: az üveg rossz hővezető nagy a hőtágulása T g alatt nincs képlékeny alakváltozás, rideg Veszélyes, mert kicsi a húzószilárdság nincs krisztallithatár a mikrorepedés akadály nélkül terjedhet Típusok: Maradandó: kötési Üveg üveg Fém üveg Kerámia üveg Temperálható: Hűlési Ideiglenes Mechanikai T g alatti hőmérsékletkülönbség 7

8 Üvegtípusok Lágy Na, Ca, Mg oxid, Σ 30% Kemény alkáliszegény/mentes B 2 O 3, Al 2 O 3 Laboratóriumi, háztartási hőálló üveg, IC hordozó, fényforrás Kvarc Tiszta SiO 2, legjobb mechanikai, villamos, optikai, termikus tul Vitrokerámia, üvegkerámia Feldolgozás üvegként, utána kristályosító hőkezelés Egy vagy több kristályfajta kiválik Tulajdonságok: Kerámia: szilárdság, hőállóság Üveg: tömörség, felületi simaság Elérhető negatív vagy 0 hőtágulás LTTC üvegkerámia szerkezet kialakulása (Multichip modul hordozó) 8

9 Villamos tulajdonságok Ált: jó szigetelő ρ: Ωcm csekély ionos vezetés, (Na + ), keményü, kvarcü. jobb szigetelő Hőmérsékletfüggés exponenciális, T K100 = az a T, ahol ρ = 100MΩcm Felületi ellenállás: nagyon függ a páratartalomtól és a felület állapotától Átütési szilárdság nagy: kb kv/ cm romolhat: nagy alkáli tartalmú üvegekben Hibás, buborékos üvegben Dielektromos tulajdonságok: ε rel : 3-10 tgδ: 10-4 (kvarc) 10-1 lágy üveg Optikai üvegek Transzmisszió függ: tisztaság, homogenitás, Fe, Ti (UV) tartalom 9

10 Törésmutató, diszperzió n D = c lev /c ü Törésmutató függ a hullámhossztól diszperzió Lencsék, lencserendszerek kromatikus hiba: fehér fényt használva minden hullámhosszra máshol van az éles kép Korrekció: kétféle optikai üvegcsalád: korona és flint ν: Abbe-szám Optika Gröller BMF Kandó MTI Törésmutató, diszperzió 10

11 Optikai szál Nagyon jó transzmisszió csillapítás > 0,1 db/km Nagy tisztaságú kvarcüveg Optikai szál Diszperzió: jel kiszélesedés, adatsűrűség korlátozója ok: futási sebesség különbség módusdiszperzió: törésmutató profil és a mag vastagság függvénye anyagdiszperzió: laser 1-2 nm sávszélességű, a kül. λ kül. terjedési sebességű kb. 1,5 µm-nél 0-átmenet 11