TEHNIKA KERAMIKA Inenjerski materijali TEHNIKA KERAMIKA Ova grupa

TEHNIČKA KERAMIKA Inženjerski materijali

TEHNIČKA KERAMIKA • Ova grupa materijala zauzima posebno mesto u istraživanjima novih materijala, zbog potencijalno širokog polja buduće primene. • Tehnička keramika prema primeni se deli se na konstrukcionu i funkcionalnu, a od nje se formiraju puni preseci ili nanose slojevi. • Radi se o nemetalnim materijalima proizvedenim u obliku finog praha pomešanog s vezivom, koji se zatim oblikuju različitim postupcima presovanja ili livenja u predoblik i konačno sinterovanje pri visokim temperaturama (reakcijski-RB, uz vruće presovanje-HP ili vruće izostatsko presovanje-HIP).

Podela Po sastavu se razlikuju dve osnovne grupe tehničke keramike: • 1. oksidna - tipični predstavnici: Al 2 O 3, Zr. O 2, Al 2 Ti. O 5 • 2. neoksidna - tipični predstavnici: Si. C, Si 3 N 4, B 4 C, SIAl. ON, kubni BN, WC, Ti. N, Ti. C, Al. N.

TEHNIČKA KERAMIKA • Cilj proučavanja sastava, strukture i tehnologije oblikovanja je unapređenje nekih nepovoljnih svojstava klasične keramike: krtosti, nepredvidivosti ponašanja u složenim uslovima opterećenja, osetljivosti na pojavu pukotina i otpornosti toplotnim šokovima. • Uporedo se proširuje i polje primene, od uslova rada gde je tehnička keramika ponajprije upotrebljavana postojanost na delovanje agresivnih medija i visokih temperatura, visoka tvrdoća, dodatno mehanički ili tribološki opterećenim delovima.

TEHNIČKA KERAMIKA • Uprkos velikim ulaganjima u istraživanja, ostaje još niz ozbiljnih problema koji sprečavaju širu primenu za tipične konstrukcione delove. • Principi konstrusanja s keramikom bitno su različiti od onih kod metalnih materijala, a još nije potpuno razjašnjeno ponašanje pod delovanjem udarnog i promenjivog mehaničkog opterećenja kao npr. kako utrošiti višak energije a da ne dođe do loma. • Nadalje, zbog izrazitog uticaja kvaliteta polazne sirovine i tehnoloških parametara oblikovanja na konačna svojstva keramičkih izradaka, dolazi do velikih rasipanja vrednosti svojstava od nominalnih i različitog kvaliteta sličnih delova. • U svim fazama tehnološkog oblikovanja nužna je brižljiva kontrola, a konačne se greške u strukturi (poroznost, mikropukotine i sl. ) teško otkrivaju postojećim metodama ispitivanja.

Prednosti U odnosu na metalne materijale konstrukciona keramika ima sledeće prednosti: • Višu tvrdoću, • višu zateznu i savojnu čvrstoću, naročito pri povišenim temperaturama, • viši modul elastičnosti i krutost, • nižu toplotnu i električnu provodljivost(bolja izolacijska svojstva), • višu otpornost trošenju, • bolju hemijsku postojanost prema različitim medijima, • nižu gustinu, • nižu toplotnu rastezljivost, • dugoročnija i sigurnije snabdevanje sirovinama.

Nedostaci Opšti nedostaci su: • • • mala žilavost visoka krtost, niska otpornost toplotnom šoku, niska zatezna čvrstoća, visoki troškovi sirovina i postupaka oblikovanja.

TEHNIČKA KERAMIKA • Od neoksidnih vrsta najširu primenu, za sada imaju Si. C i Si 3 N 4 (SN) i to u toplotnim mašinama kao i za alate izložene trošenju. • Osnovna svojstva, prema oksidnoj keramici, jesu: viša tačka topljenja, niža gustina, viša tvrdoća i čvrstoća na visokim temperaturama, dobra otpornost toplotnom šoku radi više toplotne provodnosti, niske toplotne rastezljivosti i visoke čvrstoće, lošija sinterabilnost, slaba reproduktibilnost kvaliteta.

Primeri primene Neki primeri primene u mašinstvu jesu: • rezne pločice (Al 2 O 3), • vodilice i kotači}i u tekstilnoj industriji (Al 2 O 3), • tanki slojevi na metalnim podlogama (Zr. O 2), • cilindri i vođice ventila, • delovi pumpi za agresivne medije u hemijskoj industriji (Al 2 O 3, i posebno Si. C i sinterovani • Si. C, SSi. C), • alati za izvlačenje i vođenje žice i cijevi (Zr. O 2, HPSN),

Primeri primene Neki primeri primene u mašinstvu jesu: • kuglični i klizni ležajevi. SSi. C i HPSN omogućuju rad u agresivnoj okolini i do 700 °C, • delovi ventila izloženih eroziji (Al 2 O 3, HPSN i Si. C), • britveni prstenovi (SSi. C i Si. C), • delovi filtera i izmjenjivača toplote (Si. C), • delovi turbina i motora - npr. rotor turbopunjača od SSi. C.

Primeri primene konstrukcione keramike za delove motora i turbine

• Funkcionalne keramike se koriste za izradu senzora u hemijskoj i procesnoj industriji (kiseonikova sonda od Zr. O 2 u katalizatorima vozila i industrijskim pećima i sl. ), za aktuatore, za delove računara, inteligentne prozore (slojevi oksida), za visokotemperaturne otpornike (Si. C). • Istražuju se nove vrste supravodljivih keramika (Y-Ba-Cu-O ili Ta-Ba-Se-Cu-O) ili keramika s jonskom vodljivošću za izvore električne energije (baterije) Zr. O 2 (Y 2 O 3), Sr. Ce. O 3 (Yb 2 O 3), b-Al 2 O 3 (Na. O) i dr. • Za delove elektroničkih uređaja razvijaju se mešoviti oksidi Ba. Ti. O 3, Sr. Ti. O 3, Pb. Zr. O 3 i različiti feriti.

• Novi keramički slojevi nanešeni fizikalnim taloženjem iz parne faze, kao toplotne barijere na superlegurama za lopatice visokotlačnog dijela plinskih turbina, omogućuju povišenje ulazne temperature za oko 100 °C (preko 1200 °C) i višu otpornost eroziji, u odnosu na lopatice od monokristala. • Od nanostrukturiranih keramika očekuju se bitno poboljšana mehanička i druga svojstva, zbog vrlo velikih specifičnih površina čestica i još neistraženih reakcija pri njihovom spajanju.