Kerámia és kompozit technológiák I. kommunikációs dosszié KERÁMIA ÉS KOMPOZIT TECHNOLÓGIÁK I. HAGYOMÁNYOS KREDITES ANYAGMÉRNÖK KÉPZÉS KERÁMIA ÉS SZILIKÁTTECHNOLÓGIAI SZAKIRÁNY TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM MŐSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR KERÁMIA- ÉS SZILIKÁTMÉRNÖKI TANSZÉK Miskolc, 2008.
Tartalomjegyzék: 1. Tantárgyleírás, tárgyjegyzı, óraszám, kreditérték 2. Tantárgytematika (órára lebontva) 3. Félév lezárásának feltételei, vizsgakérdések
A tantárgy/kurzus címe: A tantárgy/kurzus száma: Félév: KERÁMIA ÉS KOMPOZIT TECHNOLÓIÁK I. 7 A kurzus típusa: Óraszám/hét: Kreditek száma: ELİADÁS 4+0 4 Tárgyjegyzı és elıadótanár: Dr. Gömze A. László, egyetemi docens Intézet/Tanszék: Mőszaki Anyagtudományi Kar, Kerámia- és Szilikátmérnöki Tanszék A kurzus státusza a tanulmányi programon belül: A hagyományos (kredit rendszerő) anyagmérnöki szak, kerámia és szilikáttechnológiai szakirány számára kötelezı tárgy. A kurzus célja: A hallgatónak képessé kell válnia a legjellemzıbb kerámia- és kompozit-technológiák megértésére, mőveleteinek tervezésére, fejlesztésére; valamint technológiai rendszerek mőködtetésére az alap- és segédanyagok megválasztásától a késztermék tulajdonságainak optimalizálásáig. A kurzus leírása: Kerámiák általános tulajdonságai makro- és mikrostruktúrája. Keramikus anyagok termikus stabilitása, szilárd fázisú reakciók. Egy-, kettı-, három- és többkomponenső keramikus rendszerek. Keramikus anyagok gyártása: öntés, centrifugálás, nyomás alatti öntés, extrudálás, korongozás, préselés, izostatikus sajtolás. Az alkalmazott technológia hatása a kerámiák szerkezetére és mechanikai jellemzıire. Egészségügyi, hıtechnikai, vegyipari, textil-, fém-, gép-, gépkocsi- és energiaipari kerámiák. Mőszaki kerámiák elıállítása és ipari alkamazása. Mőszaki szerkezeti kerámiák és ipari alkalmazások. Hightech Ceram típusú speciális Al 2 O 3, Y 2 O 3, SiC, Si 3 N 4, B 4 C és BN kerámiák. Elektronikai kerámiák: dielektrikumok, nagyfrekvenciás szigetelık, félvezetık, piezokerámiák és mágneses anyagok. Kompozitok általános tulajdonságai - makro - és mikrostruktúrája - vázanyagok és mátrixanyagok. Üveg-, textil-, fém-, kerámia-, mőanyag-, és szénszál erısítéső kompozitok tulajdonságai és elıállítási technológiája. BOURGEOIS féle üveg-, és kerámiaszál erısítéső kompozitok tulajdonságai nagy mechanikai szilárdságú speciális villamos- és hıszigetelı szalagok, csövek, zsinórok és hevederek. Kerámiák és kompozitok utólagos megmunkálása: forgácsolás, köszörülés, darabolás, hegesztés. Keramikus anyagok alkalmazástechnikái. Kerámia vágóélek és szerszámok, kopásálló kerámiák, kerámia hıcserélık. Adiabatikus dieselmotorok és gázturbinák kerámia alkatrészei, repüléstechnikai kerámiák. Kompozitok gyártástechnológiája: fonó, szövı, csévélı, elrendezı és impregnáló eljárások. Elıkészítı és hıkezelı eljárások. Kompozitok darabolása, forgácsolása, utólagos mechanikai megmunkálása, finiselı eljárások. Kompozitok alkalmazás-technikája. Repüléstechnikai anyagok és alkatrészek, őrkutatási anyagok és alkatrészek, gépjármőipari anyagok és alkatrészek. Kompozitok fejlıdési irányai: kompozit félvezetık, szálerısítéső kerámiák és titániumok, szupererıs grafit, sziliciumkarbid és cirkonszálas kompozitok. Hasonlóságok és különbségek a kerámia-, a fém-, az üveg- és a mőanyagmátrixú kompozitok gyártástechnológiájában. Kívánt tulajdonságú kerámiák és kompozit anyagok, termékek elıállításához szükséges technológiai mőveletek, folyamatok és rendszerek tervezése, optimalizálása és mőködtetése. A kreditpontok megszerzésének követelményei: Az elıadásokon való részvétel min. 70%-ban, sikeres vizsga megszerzése. Oktatási módszer: Elıadások, írásvetítı és projektor használatával, laboratóriumi gyakorlat
Elıfeltételek: Kerámiatan, Általános és Szervetlen Kémia, Matematika II. Ajánlott irodalom: 1. Kerámia és kompozittechnológiák I. tárgy elıadásainak elhangzott anyaga és kiadott jegyzetei; (2004) 2. Dr. Szabó Miklós - Dr. Gömze A. László és mások: Kerámiaipari évkönyv, ÉTK Kiadó, Budapest, 2001 3. Elıadáson elhangzottak, kiadott könyvek, jegyzetek, folyóiratok fénymásolata. Kell-e jelentkezni a kurzusra: Igen, a félév megkezdése elıtti héten (regisztrációs hét), számítógépen (NEPTUN). Értékelés: 100% gyakorlat
2. Tantárgy tematika Kerámia és kompozit technológiák I. (hagyományos (kredites) képzés hallgatói számára) Hét E L İ A D Á S 1 Bevezetés, tantárgyi köveletmények Kerámiák fogalma legjellemzıbb I., II. és III. generációs kerámiák. Kerámiák szilikátkémiai gyorsírása. Kompozitok fogalma 2 Domináns egy, kettı és háromalkotós kerámiák és módosulatainak elemzése. SiO 2, Al 2 O 3, CaO és MgO TiO 2 egyalkotós oxidkerámiák és módosulataik; SiO 2 -Al 2 O 3 és SiO 2 -CaO kétalkotós valamint a Na 2 O Al 2 O és CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 háromalkotós kerámia rendszerek 3 Kerámiák alapanyagai Az agyagásványok kerámiaipari jelentısége. Legismertebb agyagásványok bomlása, átalakulása hevítés hatására. 4 Ömlesztı, olvadáspont csökkentı, színezı anyagok. Olvadáspont növelı anyagok. Hıtágulási együtthatót csökkentı anyagok. 5 Kerámiaipari technológiák általános mőveletvázlata. Elıkészítı mőveletek, kerámiák alakadása, formázó eljárások. Kívánt kémiai és ásványi összetétel meghatározása (számítása). Szemcseméret és szemcseszerkezet elıállítása. Alakadás folyadék halmazállapotú nyersanyagból. Öntési eljárások és technológiák 6 Kerámiák hıkezelése és utólagos megmunkálása. - Kerámiák szárítása szárításkor lejátszódó folyamatok elemzése. - Kerámiák égetése égetéskor lejátszódó folyamatok elemzése. - Kerámiák mázazása, dekorálása, matricázása, festése - Kerámiák mechanikai megmunkálása köszörülése, polirozása. 7 Kompozitok fogalma anyagai és makroszerkezete. Összefüggések a makroszerkezet és a mechanikai tulajdonságok között. 8. Kompozitok erısítı anyagai. Kerámia, fém, üveg és mőanyag szálak, szemcsék, flakek, tüskék, lemezek és azok tulajdonságai.. 9. Kompozitok mátrix anyagai. Kerámia, fém, mőanyag, üveg, fa mátrixanyagok és térkitöltı anyagok és azok tulajdonságai. 10. Kompozitok makroszerkezetének fenomenológiai modellezése. 11 Kompozitok mechanikája, mechanikai feszültségek értelmezése és transzformációja. 12. Kompozitok bandázsoló anyagai és bandázsolási technológiák. Tengelyszimmetrikus és nem-tengelyszimmetrikus szerkezeti kompozitok erısítése szálakkal, szalagokkal illetve térhálós szövetekkel. 13. Kompozitok alakadása és hıkezelése a leggyakrabban használt kompozitalakadási és hıkezelési technológiák 14. Szilikátipari kompozitok. A beton és vasbeton kompozitok. Aszfalt és útépítési kompozitok. Az üvegmátrixú és üvegszál erısítéső kompozitok.
3. Félév lezárásának feltételei, vizsgakérdések Számonkérés módja: aláírás + vizsga Az aláírás megszerzésének feltételei: Az elıadásokon való részvétel min. 70%-ban. A vizsgajegy megszerzésének módja: a vizsga szóban történik. Az érdemjegy megállapítása a 4 húzott tételre és az elıadások anyagából feltett kérdésekre adott válasz alapján történik. VIZSGAKÉRDÉSEK Kerámia és kompozit technológiák I. Hagyományos kredites anyagmérnök hallgatók számára 1. A kerámia fogalma- milyen anyagokat értünk ma kerámia alatt? 2. Kerámiák csoportosítása - mi a különbség a durva-, a finom- és a nanokerámia között? 3. A kerámiaipari technológiák legfontosabb alapanyagai és nyersanyagai. 4. Milyen agyagásványokat ismer - az agyagásványok szerepe és jelentısége a kerámiaipari technológiákban. 5. Ismertesse a kvarcban és az agyagásványokban hevítés hatására lejátszódó folyamatokat és átalakulásokat. 6. Az ömlesztı vagy olvadáspont csökkentı anyagok technológiai szerepe - milyen olvadáspont csökkentı anyagokat ismer? 7. Milyen olvadáspont növelı kerámiaipari anyagokat ismer - mi a különbség a bázikus, a semleges és a savas olvadáspont növelı anyagok között? 8. Milyen anyagokat és technológiai megoldásokat ismer a hıtágulási együttható csökkentésére? 9. Ismertesse a kerámia mázakat és mázszínezı anyagokat. 10. Milyen elvek alapján csoportosíthatók a kerámiák és a kerámiaipari technológiák? 11.Melyek a kerámiaipari technológiák által leggyakrabban használt oxidok és nem-oxidok? 12. A kerámiaipari technológiáknál használt oxidok és nem-oxidok szilikátkémiai gyorsírása? 13.Kerámiaipari nyersanyagok (alapanyagok és segédanyagok) elıkészítı mőveletei - mi a nyersanyag-elıkészítés technológiai jelentısége? 14.Milyen módszereket és gépi berendezéseket ismer a kívánt szemcseméret elıállítására? 15.A homogenizálás szerepe és jelentısége a kerámiaipari technológiáknál. 16.Milyen homogenizáló eljárásokat és berendezéseket ismer? 17.Kerámiák alakadása - milyen alakadási technológiákat ismer? 18.Kerámiák öntése - mi a különbség a gravitációs-, a centrifugál-, a vibrációs-, és a szalagöntés között? 19.Milyen nyomás-alatti öntési eljárásokat és berendezéseket ismer? 20.Az öntés elmélete - mi a különbség a diffúziós modellre és filtrációs modellre épülı méretezési eljárás között? 21.Az öntımassza (sliker) reológiai tulajdonságai - hogyan befolyásolja a sliker viszkozitása a falvastagság képzıdést? 22.Kerámiák alakadása extrudálással - ismertesse az extrudálás lényegét. 23.Mi a különbség az extrudálás és fröccsöntés között? 24.Kerámiák alakadása korongozással - ismertesse a korongozás lényegét.
25.Ismertesse a korongozó massza (hubli) elıállításának technológiai mőveleteit. 26.Kerámia masszák súrlódási együtthatója - a súrlódási együttható értékének befolyásolási módszerei és eszközei. 27.Kerámia korongos- és öntımasszák viszkozitása, a viszkozitás értékének befolyásolási eszközei és módszerei. 28.Ismertesse a kerámia porok elıállításának technológiai mőveleteit. 29.Kerámia porok sajtolása egy tengely mentén. 30.Kerámia porok izostatikus sajtolása - mi a különbség a folyadékkamrás és a száraz-zsákos izostatikus sajtolás között? 31.A kerámia porok hevítéses sajtolásának elınyei és hátrányai. 32.Kerámiaipari nyersanyagok és a víz. - Ismertesse a kerámiaipari nyersanyagok makrostruktúráját. 33.Milyen energia- és tömegátviteli folyamatok játszódnak le a megformázott kerámia masszában szárítás közben? 34.Kerámiák szárítása - a száradó anyagban végbemenı folyamatok a Bourry-Morozov féle diagram tükrében. 35.A nedvességátadás mechanizmusa és a szárítóközegben végbemenı folyamatok kerámiák szárításakor. 36.Milyen szárítást meghatározó nyersanyag, nyersgyártmány és rakományjellemzıket ismer? 37.Kerámiák száradási érzékenysége - a száradási érzékenység befolyásolásának módszerei és technológiai lehetıségei. 38.A nedves levegı állapotváltozásai - két különbözı állapotú nedves levegı keverése; nedves levegı érintkezése hideg felülettel. 39.Hıátadás a szárítóban, szárítási sebesség és a szárítási idı. 40.Kerámiaipari üzemek energia-gazdálkodása - milyen energiafajtákat és energiahordozókat ismer? 41.Ismertesse a hıvezetés és hıátadás fajtáit - az átadott hımennyiségek matematikai egyenletei. 42.Kerámiaipari technológiák anyag- és hımérlegei. 43.Durvakerámia ipari technológiák csoportosítása - legfontosabb nyersanyagok és segédanyagok. 44.Téglaipari technológiák mőveletvázlata - anyag- és energiamérlege. 45.Milyen eszközökkel és módszerekkel befolyásolható a tégla- és cserépipari technológiáknál használt agyagásványok képlékenysége, porozitása, száradási és égetési érzékenysége. 46. Milyen eszközökkel és módszerekkel befolyásolható a durvakerámiák tömörsége, fagyállósága és nyomószilárdsága? 47.A pórusok és üregek szerepe és jelentısége a tégla- és cserépipari termékeknél. 48.A pórusok és üregek alakjának és méreteinek szerepe az öntési technológiáknál használt gipszformáknál. 49.A porcelángyártás technológiájának mőveletvázlata - legfontosabb alap- és segédanyagok. 50.Ismertesse a SiO 2 -Al 2 O 3 kétalkotós rendszer állapotábráját; - valamint a rendszert alkotó kerámiák kristályszerkezeti, fizikai, kémiai, mechanikai és termikus tulajdonságait. 51.Ismertesse a K 2 O-SiO 2 -Al 2 O 3 háromalkotós rendszer állapotábráját - a keletkezı anyagok kémiai összetételét, fizikai, mechanikai és termikus tulajdonságait. 52.Ismertesse a kaolin-, kvarc-, és a földpát háromalkotós rendszert a rendszerhez tartozó kerámiák tulajdonságai szerint. 53.Finomkerámia-ipari mázak és színezıanyagok, a mázakkal szemben támasztott követelmények. 54.Ismertesse az öntımassza gyártás folyamatábráját.
55.Ismertesse az öntımassza gyártás anyagmérlegét. 56.Ismertesse az öntımassza gyártás energiamérlegét. 57.Ismertesse a korongosmassza-gyártás folyamatábráját. 58.Ismertesse a korongosmassza-gyártás anyagmérlegét. 59.Ismertesse a korongosmassza-gyártás energiamérlegét. 60.Ismertesse a porcelántermékek égetésének anyag- és energiamérlegét. 61.Ismertesse a szaniter porcelántermékek gyártásának mőveletvázlatát. 62.A nyersanyag-elıkészítés mőveletei és szerepük a szaniter termékek alakadási technológiájában. 63.Szaniter termékek nyomás alatti öntése - rajzolja fel a szerszám mozgatását szaniter termékek nyomás alatti öntésekor. 64.Szaniter termékek mázazása - milyen mázazási technológiákat ismer. 65.Szaniter termékek égetése - ismertesse a szanitergyárak részére a Drayton Kilus Ltd által kifejlesztett kemence rendszerek technológiai sajátosságait. 66.Ismertesse a szaniter termékek égetésének anyag- és energiamérlegét. 67.Ismertesse a fazekaskerámiák; a kıedény-, a fajansz-, a félporcelán-, és a porcelánipari nyersanyagok és gyártástechnológiák közötti azonosságokat és különbségeket. 68.A padlólap- és falicsempegyártás nyersanyagai - színesre és fehérre égı kerámiaipari nyersanyagok. 69.Az egyszerégetett padlólap és falicsempegyártás technológiai mőveletvázlata. 70.A színesre égı padlólapgyártás anyag- és energiamérlege. 71.A fehérre égı falicsempegyártás anyag- és energiamérlege. 72.A tőzállóanyagok felosztása - csoportosítása - a vegyi és ásványi összetétel alapján. 73.A tőzállóanyagok felosztása - csoportosítása - beépítésük és felhasználásuk alapján. 74.Milyen kettı- és háromkomponenső alumíniumszilikát tőzállóanyagokat ismer? 75.Ismertesse a FeO-Al 2 O 3 -SiO 2 háromkomponenső alumíniumszilikát-rendszer állapotábráját. 76.Rajzolja fel a CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 és a MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 háromkomponenső alumíniumszilikát-rendszerek állapotábráját. Miben hasonlítanak és különböznek a két rendszer elemeiként létrejövı anyagok és tőzálló kerámiák. 77.Rajzolja fel a Na 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 háromkomponenső alumíniumszilikát rendszer állapotábráját - ismertesse a rendszer elemeinek kerámia- és üvegipari jelentıségét. 78.Ismertesse a samott tőzállóanyagok félszáraz gyártástechnológiájának mőveletvázlatát. 79.Ismertesse a samott égetési segédeszközök (Burton-Apta) öntéses gyártástechnológiájának mőveletvázlatát. 80.Ismertesse a samott tőzállóanyagok félszáraz gyártástechnológiájának anyag- és energiamérlegét. 81.Ismertesse a samott égetési segédeszközök öntéses gyártás-technológiájának anyag- és energiamérlegét. 82.Szilika tőzállóanyagok gyártása - a gyártástechnológia mőveletvázlata. 83.Szilika tőzállóanyagok gyártásának anyag és energiamérlege. 84.Bázikus tőzállóanyagok - a MgO-CaO-SiO 2 rendszer állapotábrája. 85.A CaO/SiO 2 arány értékének hatása a MgO-CaO-SiO 2 háromkomponenső rendszer kerámiáinak tőzállóságára. 86.Ismertesse a Closson eljárást zsugorított MgO elıállítására. 87.Ismertesse a Pattinson eljárást zsugorított MgO elıállítására. 88.Hasonlítsa össze és értékelje a vegyi- és kerámiakötéső bázikus tőzállóanyagokat. 89.Foszterit tőzállóanyagok - ismertesse az MgO-SiO 2 kétalkotós rendszer állapotábráját. 90.Ismertesse a foszterit égetési segédeszközök gyártás-technológiájának mőveletvázlatát a Burton-Apta példáján.
91.Ismertesse a kordierit égetési segédeszközök gyártás-technológiájának mőveletvázlatát a Burton-Aptánál tett gyárlátogatás alapján. 92.Szénalapú tőzállóanyagok - ismertesse a SiC lapok és égetési segédanyagok gyártástechnológiájának mőveletvázlatát a Burton-Aptánál tett gyárlátogatás alapján. 93.A dolomit zsugorítása - dolomit tőzállóanyagok gyártásának mőveletvázlata. 94.Az üveg fogalma ismertesse az üvegipar szerkezeti struktúráját 95.Az üveg általános tulajdonságai szerkezeti felépítése, hıvel szembeni viselkedése, oxidos összetétele. 96.Ismertesse az üveget alkotó oxidok technológiai funkcióit milyen egykomponenső oxidüvegeket ismer. 97.Ismertesse az egykomponenső oxidüvegek tulajdonságait. 98.Milyen kettı-, három- és négykomponenső szilikátüvegeket ismer? 99.Mi a szételegyedés milyen szételegyedést elısegítı és gátló oxidokat ismer? 100.Milyen tényezık határozzák meg a készüveg összetételét? 101.Ismertesse az üveg viszkozitását, a kémiai elenállóképességét, optikai és hıfizikai tulajdonságait befolyásoló tényezıket. 102.Az üvegolvadék legfontosabb tulajdonságai Milyen oxidokkal növelheti, illetve csökkentheti az üvegolvadék felületi feszültségét. 103.Az üvegolvadék viszkozitásának technológiai jelentısége ismertesse és értelmezze a viszkozitási fixpontokat. 104.Mőszaki szempontból melyek a készüveg legfontosabb tulajdonságai mitıl függ az üveg sőrősége? 105.Ismertesse a készüveg legfontosabb mechanikai tulajdonságait. 106.Milyen hıfizikai és termikus tulajdonságait ismeri az üvegnek mitıl függnek ezek a tulajdonságok? 107.Milyen tényezık befolyásolják az üveg hımérsékletváltozással szembeni ellenálló képességet. 108.Milyen öblösüveggyártó eljárásokat ismer? 109.Milyen technológiai megoldásokat ismer az öblösüvegekben alakadásokor ébredı visszamaradó mechanikai feszültségek csökkentésére? 110.Milyen síküveggyártási eljárásokat ismer? 111.Ismertesse a float (usztatott) síküveggyártás technológiáját. 112.Ismertesse a tükörgyártás technológiai mőveleteit.