ALKALMAZÁSOK 1.
Kerámiák és kompozitok a munkavédelemben Kerámia erősítő szálak: - Ezek a leginkább elterjedtek -Elsőként tűzálló kemencék szigetelésénél alkalmazták - Könnyen beintegrálható más anyagok mellé - Rugalmassága miatt akár kerámia-szövet is készíthető belőle -Főként tűzvédelmi ruházatnál jelentős - A kerámiaszálas erősítést a fém alapú lövedékálló termékeknél is gyakran alkalmazzák (bár nem olcsó)
Kerámiák és kompozitok Az erősítő szálak anyagai: -Szénszál Ez a legismertebb. Kis sűrűségű, alacsony hőtágulású, kiváló elektromos vezetőképességgel rendelkezik, jó hőállóságúak, nem veszi fel a nedvességet és nem mágneseződik, kémiailag ellenálló. Húzószilárdsága nagy (2000-5000 MPa), rugalmassági modulusa magas (200-450 GPa), szakadási nyúlása mindössze 0,7-2,0 %-nyi. Hátránya a merevség, törékenység, kis szívósság. A szénfilamenteket sodratlanul, textilipari célokra kis sodrattal használják fel. -Bórszál Nagy teljesítményű, kis sűrűségű (1,44 g/cm 3 ), de rideg anyag, amelynek előállítása is költséges. A bór erősen reakcióképes, ezért SiC-dal szokták bevonni felületét. Előnye viszont a nagy szilárdság és az, hogy az Al-kompozitok hőtágulásának szabályozására alkalmas. A bór nem csak önmagában, hanem B 2 O 3 -ként kerámiaszálnak is hasznosítják.
Kerámiák és kompozitok -Al-oxid v. Al-szilikát A folyamatos szálerősítők közük a legfontosabb kerámia alapú szál. Nagy szilárdásgú és merevségű, de sűrűsége kicsi (3,9 g/cm3), ezen kívül stabilitásuk és hőállóságuk is nagyon kedvező. Kiváló azbeszthelyettesítők; textiljellemzőkkel nem rendelkeznek, ezért un. vivőszálakkal lehet fonalat előállítani belőlük; tömítőfonatok, tömlők készítésére is alkalmazzák nagy hőterhelésű területeken. -Si-dioxid Poliszilikátok viszkózus oldatából készülnek, savas kezeléssel alakul ki a kovasav szálformában; a legkönnyebb szervetlen szálak (1,8-2,0 g/cm3), így a súlytakarékos helyeken kerülnek alkalmazásra. Szövetgyártáson kívül speciális kötőgépen a különleges üveg filamentből kelme képezhető; kemenceajtó szigeteléstől a forró gázok szűréséig, számos területen hasznosítják a szilícium-dioxid szálakat; a legújabb fejlesztésű hibrid szál viszkózgyártásnál adagolt kovasavval érhető el, a szerves-szervetlen stabil szálasanyag láng- és tűzálló, ugyanakkor puha fogásával ruházati célra is alkalmas.
Szerszámanyagok Keményfémek: A keményfém egy nagy olvadáspontú karbidokat és kötőanyagként kisebb olvadáspontú fémet (Co) tartalmazó, fémkerámiai úton előállított álötvözet. A keményfémeknek három nagy csoportja különböztethető meg: WC alapú egykarbidos keményfémek Ti-W alapú kétkarbidos keményfémek Ti-Ta-W alapú háromkarbidos keményfémek HRA= 87 92 HRC= 72 82 Hőállóság 850 ºC
Szerszámanyagok Lehetséges kerámia szerszámanyagok: Al 2 O 3 Al 2 O 3.ZrO 2 Al 2 O 3.TiC Al 2 O 3.SiC Si 3 N 4 BN (bór-nitrid) BC SiAlON stb.
Alumínium-oxid Al 2 O 3 romboéderes kristályrácsú kis sűrűségű (ρ = 3,99 10 3 kg/m 3 ) nagy olvadáspontú (2053 o C) közepes keménységű (2370 HV, 9 Mohs) rugalmassági modulus 380 410 Gpa nyomószilárdság 2 Gpa nagy törési szívósságú (3 6 MPa ) jó hővezető képességű (5 30 W/mK) nagy melegszilárdságú kedvező árú
Cirkónium-oxid ZrO 2 monoklin kristályrácsú 1150 o C-ig, fölötte tetragonális közepes sűrűségű (ρ = 6,07 10 3 kg/m 3 ) nagy olvadáspontú (2690 o C) közepes keménységű (1200 1400 HV) igen nagy hajlítószilárdságú (4-szerese az Al 2 O 3 -nak) rugalmassági modulus 200-260 GPa jó nyomószilárdság 2900 MPa jó hősokk-állóságú magas hőmérsékletig használható (2400 o C) olvadt fémeknek is ellenáll nagyon jó kémiai ellenálló képesség tűzálló anyag
Szilícium-nitrid Si 3 N 4 kis sűrűségű (ρ = 2,4 3,4 g/cm 3 ) magas olvadáspont (1897 o C) hexagonális rácsú, kovalens kötésű jó hősokkállóság (pl. turbinahajtóművek) kis hőtágulás (α = 3 3,2 10-6 K-1) nagy törési szívósságú (4 5,4 MPa ) közepes keménységű (1700 2300 HV) rugalmassági modulus 310 470 GPa kis súrlódási együtthatójú (csúszógyűrű, csapágy) savakkal, nemvasfém olvadékkal szemben ellenálló (olvasztótégely) nagy hajlító- ill. nyomószilárdságú legnagyobb szilárdságú kerámia (nagy hőmérsékleten is)
Szilícium-alumínium-oxinitrid SiAlON Az anyag szilícium-nitridből és néhány százalék alumínium-oxidból áll össze. Jó hősokkállóság jellemzi, igen erős, jó korrózióálló anyag. kiváló hősokkállóság nemvasfémek nem nedvesítik, nem korrodálják nagy szilárdság nagy törési szívósság (6 7.5 MPa ) jó melegszilárdság alacsony hőtágulás (3*10 6 / o C) jó korróziós ellenálló képesség kis sűrűség (ρ = 3,24 10 3 kg/m 3 ) alacsony porozitás (<1%) rugalmassági modulus 288 GPa hajlító szilárdság 760 MPa jó hővezető képesség (5 30 W/mK)
Köbös bór-nitrid CBN kis sűrűségű (ρ = 3,3 3,5 g/cm 3 ) igen nagy keménységű (7000 9500 HV) hajlító szilárdság R m =500 MPa rugalmassági modulus E=580-900 GPa nyomószilárdság R h =3500 MPa nagy hőmérsékleten alkalmazható (1200 1400 o C) nagysebességű forgácsoláshoz javasolt, mivel nem lép reakcióba vasalapú anyagokkal
Kerámiabevonatok felépítése (pl. turbina égéstér hőálló bevonata) Fedőréteg Alapréteg Alapfém
Alapréteg : Feladata : alapfémmel valamint a fedőréteggel a lehető legjobb kötés kialakítása CoCrAlY : Tipikus kobalt alapú ötvözet. Jó melegszilárdság Kúszásálló Termikus stabilitás
A fedőréteg : Afedőréteg a különböző igénybevételeknek áll ellen. Ez esetben a hőállóság fontos. Yttrium-Magnézium stabilizált Zirkonia kerámia
A kerámiaréteg felvitelének menete: A bevonatolni kívánt alkatrész, ill. a bevonat anyag ellenőrzése A már meglévő bevonat eltávolítása, ha szükséges Felületelőkészítés Maszkolás ill. a hűtőnyílások eltakarása Felülettisztítás A gép beállítása, feltöltése, a szórás elvégzése Roncsolásmentes rétegvastagságmérés Tesztlapocskák készítése metallográfiai vizsgálatokra. Végső vizuális ellenőrzés, csomagolás, szállítás
Plazmaszórás: Plazmaszórás segítségével nagy olvadáspontú fémek, fém-oxidok, fém-karbidok vagy különféle kerámiai fém-szilikátok hordhatók fel fémes és nemfémes munkadarabok felületére. Tóriumozott volfrámkatód Bevonóanyag por 5-40 000 C Vízhűtéses rézanód Ioinizált semleges gáz (argon, nitrogén)
Kompozitok Két vagy több anyag előnyös tulajdonságainak társítására létrehozott anyagok. Az egyik legősibb kompozit a vályog: agyagszalmatörmelék - mátrix és erősítőanyag -hőszigetelő, erősítő és könnyítőanyag ugyancsak kompozit a beton és a vasbeton ma csúcson a C-C szén-szén kompozit pl. féktárcsák) Mátrix: körülfogja az erősítőanyagot, elosztja a terhelést Erősítőanyag: főként ez viseli a terhet Átmeneti réteg vagy interfész: kapcsolat az erősítő és az alapanyag között
Cél kopásállóság (heterogén anyagú csapágyötvözetek) szilárdságnövelés (alacsony, normál és magas hőmérsékleten) törési biztonság (törési szívósság) növelése rugalmassági modulus növelése (merevség javítása) hőtágulási együttható csökkentése (meghatározott értékre történő beállítása) súlycsökkentés mágneses és elektromos tulajdonságok javítása stb. szupravezető szerkezetek előállítása hőszigetelő képesség növelése energiaelnyelő képesség fokozása (mechanikai, rezgés, hang
Kompozitok előállítása Tömbi kompozit előállítására alkalmas berendezés Folyamatos infiltráló berendezés kompozithuzal gyártásához
Kompozitok tulajdonságai Tulajdonságkompozit= Tulajdonságmatrix*V%matrix +Tulajdonságerősítő*V%erősítő V%matrix+ V%erősítő=100%