1 / 40

Repetitorij 4

Repetitorij 4. Uredila: Vera Rede. KERAMIKA. Keramički materijali su anorganski materijali sastavljeni od metalnih i nemetalnih elemenata spojenih ionskim i/ili kovalentnim vezama. PODJELA KERAMIKE:  prema veličini zrna,  prema namjeni i  prema kemijskom (mineralnom) sastavu.

kathie
Download Presentation

Repetitorij 4

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Repetitorij 4 Uredila: Vera Rede

  2. KERAMIKA Keramički materijali su anorganski materijali sastavljeni od metalnih i nemetalnih elemenata spojenih ionskim i/ili kovalentnim vezama. PODJELA KERAMIKE:  prema veličini zrna,  prema namjeni i  prema kemijskom (mineralnom) sastavu. - gruba keramika (veličina zrna od 0,1 mm do 0,2 mm) - fina keramika (veličina zrna do 0,1 mm). - visokokvalitetna, konstrukcijska, industrijska, inženjerska, funkcionalna, rezna, biokeramika, elektrokeramika, … - silikatna, - oksidna keramika - Al2O3, ZrO2 i Al2TiO5 - neoksidna keramika - SiC, Si3N4, B4C, AlN, kubični BN

  3. KERAMIKA Proizvodnja konstrukcijske keramike Polazna (osnovna) sirovina je prah koji se dobiva različitim postupcima: - atomizacija (pretvaranje u prah), - mehaničko drobljenje, - kemijska redukcija, - elektrolitičko taloženje Dalje se dobiveni prah prerađuje u gotovi keramički dio kroz nekoliko faza: 1.Priprava sirovine: utvrđivanje sastava, miješanje i granuliranje 2.Oblikovanje sirovca: -prešanjem i lijevanjem 3.Sinteriranje: najvažnija faza u proizvodnji dijelova od konstrukcijske keramike 4. Završna obrada:

  4. KERAMIKA • U fazi priprave sirovca mogu se koristiti sljedeći postupci prešanja: • - suho prešanje (< 8 % vode). Tlak: > 30 MPa; postupak se može automatizirati; • - hladno izostatičko prešanje (CIP – Cold Isostatic Pressing) uz tlak ~ 400 MPa, - injekcijsko prešanje (za velik broj sitnih dijelova složenog oblika). • Najvažniji su sljedeći postupci sinteriranja: • - sinteriranje u različitim atmosferama, • - reakcijsko sinteriranje, • - sinteriranje uz vruće prešanje (HP Hot Pressing), • - sinteriranje uz vruće izostatičko prešanje (HIP Hot Isostatic Pressing).

  5. KERAMIKA • Završna obrada: • - brušenje dijamantnim alatima, lepanje, honanje, poliranje, elektroerozija, • rezanje i obrada laserom.

  6. KERAMIKA Osnovna svojstva konstrukcijske keramike • visoka tvrdoća i visoka čvrstoća, • visoke dopuštene temperature primjene, • stabilnost oblika (specifična krutost), • korozijska postojanost i otpornost na atmosferilije, • otpornost na trošenje, • vrlo dobra električna izolacijska svojstva, • dielektrična i feroelektrična svojstva, • mala gustoća i • mala ili velika toplinska vodljivost. U usporedbi s metalnim materijalima konstrukcijska keramika posjeduje:  višu tvrdoću, posebno na povišenim temperaturama,  višu tlačnu i savojnu čvrstoću, posebno na povišenim temperaturama,  otpornost puzanju,  viši modul elastičnosti – krutost,  nižu toplinsku i električnu provodnost – bolja izolacijska svojstva,  visoku otpornost trošenju,  visoku kemijsku postojanost prema različitim medijima,  nisku gustoću,  nižu toplinsku rastezljivost,  dugoročniju, sigurnu opskrbu sirovinama.

  7. KERAMIKA Nedostaci tehničke keramike:  mala žilavost – visoka krhkost,  niska otpornost toplinskom umoru (šoku),  niska vlačna čvrstoća,  velika rasipanja vrijednosti za mehanička svojstva,  visoki troškovi sirovina i postupaka oblikovanja,  veza metal-keramika i keramika-keramika još nije zadovoljavajuće riješena. Područja primjene keramike kao inženjerskog materijala vrlo su različita: • dijelovi izloženi abrazijskom trošenju, koroziji i eroziji (kuglični i klizni ležaji,mlaznice, brtveni prsteni, ploče, vodilice itd.), • rezni alati • dijelovi suvremenih toplinskih motora kao što su plinske turbine

  8. KERAMIKA Karbidi volframa, titana i tantala,koji su međusobno povezani najčešće kobaltom osigurava žilavost nositelji tvrdoće i otpornosti na trošenje 5 % do 17 %. TVRDI METALI Tvrdi metali imaju sljedeća dobra svojstva: - visoko talište, - visoku tvrdoću i otpornost na trošenje, - visok modul elastičnosti, tlačnu čvrstoću i čvrstoću na povišenim temperaturama, - dobru postojanost na temperaturne promjene (otpornost na toplinske šokove), - dobru prionjivost s metalnim taljevinama, - otpornost na koroziju, - visoku toplinsku i električnu vodljivost. • Tvrdi metali primjenjuju se za izradu: • - reznih alata u obradi materijala odvajanjem čestica , • - alata za probijanje, duboko vučenje i provlačenje žice, • dijelova strojeva (valjaka, izmjenljivih košuljica, cilindara, turbinskih lopatica, …)

  9. KERAMIKA Nanošenjem tankih slojeva TiC, TiN, TiCN ili Al2O3 na rezne bridove tvrdih metala postiže se: povećana otpornost na trošenje, uz istodobno dobru žilavost • Slojevi debljine 5 m do 15 m nanose se: • kemijskom reakcijom iz plinovite faze (CVD – postupak) • djelovanjem iona u elektrostatičkom polju (PVD – postupak). Tvrdi metali za rezne alate podijeljeni su u tri skupine: tvrdi metali grupe K Prikladni su za obradu materijala s kratkom strugotinom kao što su: ljevovi na bazi željeza, porculan, kamen, drvo i tvrdi (punjeni) polimerni materijali. Kod obrade žilavih materijala kao što je čelik stvaraju se naljepci i izjedenost, što je posljedica navarivanja strugotine na rezne oštrice reznog alata; tvrdi metali grupe M Prikladni za obradu svih materijala. Mogu se upotrijebiti za obradu čelika do srednjih brzina rezanja; tvrdi metali grupe P Prikladni su za obradu materijala s dugom strugotinom pri čemu su moguće, ovisno o vrsti tvrdog metala i vrsti obrade, različite brzine obrade.

  10. POLIMERNI MATERIJALI tehnički uporabiv polimerni materijal = ČISTI POLIMER + DODACI Dodaci čistim polimerima

  11. POLIMERNI MATERIJALI Primjeri nekih dodataka i svrha njihove primjene

  12. POLIMERNI MATERIJALI • Polimeri se mogu sistematizirati s obzirom na: • - postanak: prirodni ili sintetički (umjetni), • - kemijski sastav: organski ili anorganski, • - postupak polimerizacije: stupnjevita ili lančasta, • svojstva (npr. ponašanje pri povišenim temperaturama) • primjenu. Prema ponašanju pri zagrijavanju polimeri se dijele na: PLASTOMERE ELASTOMERE DUROMERE (ELASTOPLASTOMERE)

  13. POLIMERNI MATERIJALI Istaknuta obilježja temeljnih skupina polimernih materijala

  14. POLIMERNI MATERIJALI SVOJSTVA POLIMERNIH MATERIJALA

  15. POLIMERNI MATERIJALI Pregled mehaničkih svojstava Dijagrami "naprezanje - istezanje"

  16. POLIMERNI MATERIJALI Orijentacijske vrijednosti modula elastičnosti polimernih materijala “ojačani” => oko 30 % masenog udjela staklenih vlakana Postupak određivanja modula elastičnosti polimernih materijala

  17. POLIMERNI MATERIJALI Prikaz ponašanja polimernih materijala pri dinamičkom opterećenju Izokroni dijagram "naprezanje – istezanje"

  18. POLIMERNI MATERIJALI Kemijska postojanost i tribološka svojstva Dobra kemijska postojanost može se svesti na sljedeća obilježja: Da bi došlo do djelovanja agresivnog medija na polimerni materijal, nužan je afinitet između određenog materijala i nekog medija – ako afinitet ne postoji ili je slab, radi se o polimernom materijalu postojanom prema djelovanju dotičnog medija; Procesi djelovanja agresivnih medija na polimerne materijale sporiji su od procesa djelovanja agresivnih medija na druge konstrukcijske materijale; Neki procesi djelovanja agresivnih medija na polimerne materijale su povratni (npr. bubrenje, koje se između ostaloga javlja pri izlaganju vodi). Pod dobrim tarnim – tribološkim svojstvima polimernih materijala podrazumijeva se: - mali faktor trenja i dobra otpornost na trošenje.

  19. POLIMERNI MATERIJALI Prikaz temelja dobrih triboloških (tarnih) svojstava polimernih materijala u odnosu prema drugim konstrukcijskim materijalima (primjer par "metal–polimerni materijal")

  20. POLIMERNI MATERIJALI Preradbena svojstva plastomera i duromera Postupak određivanja tečenja plastomera Postupak određivanja tečenja duromera

  21. POLIMERNI MATERIJALI Toplinsko–mehanička svojstva Postupci ispitivanja ponašanja plastomera i duromera pri zagrijavanju uz istodobno djelovanje mehaničkog opterećenja Određivanje temperature omekšavanjapo VICAT-u Određivanje temperature postojanosti oblika po MARTENS-u

  22. POLIMERNI MATERIJALI

  23. POLIMERNI MATERIJALI Prerada polimera/polimernih materijala Pregled najčešćih postupaka prerade polimernih materijala

  24. POLIMERNI MATERIJALI Neki primjeri primjene polimernih materijala u strojarstvu

  25. KOMPOZITNI MATERIJALI - kompoziti s česticama, - vlaknima ojačani kompoziti, - slojeviti kompoziti - sendvič konstrukcije "strukturni kompoziti” Definicija i podjela kompozitnih materijala - kompoziti su umjetno proizvedeni višefazni materijali koji imaju željenu kombinaciju najboljih svojstava konstitutivnih faza. - temeljna podjela kompozita:metalni, keramički i polimerni kompoziti Usporedba osnovnih tipova kompozita: (a) kompoziti s česticama,(b) kompoziti s vlaknima, (c) slojeviti kompoziti

  26. KOMPOZITNI MATERIJALI Svojstva kompozita ovise o: - svojstvima matrice i ojačala, - veličini i rasporedu (raspodjeli) konstituenata, - volumnom udjelu konstituenata, - obliku konstituenata, - prirodi i jakosti veze među konstituentima. Ovisnost omjera "granica tečenja kompozita-granica tečenja matrice" o promjeru čestica – dp, te omjeru l/df – duljina vlakna/promjer vlakna

  27. KOMPOZITNI MATERIJALI Kompoziti s disperzijom - veličina čestica, (promjer od 10 do 250 nm) - volumni udio, (Vp do 15 %) - razmak između disperziranih čestica, Dp. Otpornost na puzanje platine i platine ojačane s disperzijom 12,5 % čestica ThO2 Usporedba granice razvlačenja kompozita s disperzijom

  28. KOMPOZITNI MATERIJALI Primjeri i primjena odabranih kompozita s disperzijom

  29. KOMPOZITNI MATERIJALI Kompoziti s velikim česticama Zakon miješanja: - svojstva kompozita s česticama ovise o relativnim udjelima pojedinih konstituenata Npr. c= Vi ∙i • gdje su: c– gustoća kompozita, i– gustoća konstituenata, Vi – volumni udio konstituenata. Primjena kompozita s česticama • tvrdi metali • abrazivi • - polimeri, • - električni kontakti • - ljevački kalupi i jezgre • - lijevanje u poluskrućenom stanju (eng. Compocasting)

  30. KOMPOZITNI MATERIJALI VLAKNIMA OJAČANI KOMPOZITI Različiti načini rasporeda vlaknastih ojačavala Zakonom miješanja: c = Vm · m + Vf · f Ec = Vm · Em + Vf · Ef - za opterećenje paralelno s kontinuiranim jednosmjerenim vlaknima - za opterećenje okomito na smjer vlakana

  31. KOMPOZITNI MATERIJALI Svojstva vlakana Vlakna trebaju biti čvrsta, kruta, lagana, a također trebaju imati visoko talište. Specifična čvrstoća = gdje su: E – modul elastičnosti,Rm – vlačna čvrstoća, Re – granica razvlačenja,– gustoća. Specifični modul elastičnosti = Svojstva matrice Materijali matrice trebaju biti žilavi, duktilni i čvrsti, a važna je i temperatura tališta.

  32. KOMPOZITNI MATERIJALI Orijentacijske vrijednosti svojstava nekih materijala za ojačavanje

  33. KOMPOZITNI MATERIJALI Kompoziti s polimernom matricom Najraširenije i daleko najjeftinije polimerne smole su poliesteri i vinil esteri. Prvenstveno se primjenjuju kod staklenim vlaknima ojačanih kompozita Epoksidne smole znatno su skuplje i često neprikladne za komercijalnu primjenu. Primjenjuju se kod polimernih kompozita u zrakoplovstvu. Imaju bolja mehanička svojstva te veću postojanost prema vlazi. Za visokotemperaturne primjene koriste se poliimidi čija gornja temperatura dugotrajne primjene iznosi oko 230 °C. Visokotemperaturni plastomeri imaju potencijal za buduću primjenu u zrakoplovstvu. Radi se o polietereterketonu (PEEK), polifenilensulfidu (PPS), polieterimidu (PEI). - staklenim vlaknima ojačani polimerni kompoziti; - ugljičnim vlaknima ojačani polimerni kompoziti; - aramidnim vlaknima ojačani polimerni kompoziti; - ostali vlaknasti materijali za ojačanje.

  34. KOMPOZITNI MATERIJALI STAKLENIM VLAKNIMA OJAČANI POLIMERNI KOMPOZITI - ovaj tip kompozita proizvodi se u najvećim količinama (E-staklo i S-staklo ) • Staklo je popularan materijal za ojačavanje iz nekoliko razloga: • - lako se iz rastaljenog stanja izvlači u obliku visokočvrstih vlakana (d=3 do 20 m); • ekonomična proizvodnja staklenim vlaknima ojačanih polimernih materijala; • vlakna su relativno čvrsta, kada ih se uloži (ugradi) u polimernu matricu, dobiva se kompozit vrlo visoke specifične čvrstoće; • - kemijski su inertni što daje kompozite korisne za primjenu u različitim korozivnim sredinama. UGLJIČNIM VLAKNIMA OJAČANI POLIMERNI KOMPOZITI • promjeri vlakana su od 4 do 10 m a dostupna su kao kontinuirana i rezana. • uobičajeno su prevučena zaštitnim epoksidnim slojem, što poboljšava vezanje s polimernom matricom. • - najviši specifični modul i najvišu specifičnu čvrstoću; • visok vlačni modul i visoku čvrstoću zadržavaju i pri povišenim temperaturama; • otporni su na vlagu i niz otapala, kiselina i lužina pri sobnoj temperaturi • postupci proizvodnje vlakana i kompozita koji su relativno jeftini.

  35. KOMPOZITNI MATERIJALI ARAMIDNIM VLAKNIMA OJAČANI POLIMERNI KOMPOZITI • izuzetan omjer čvrstoća-gustoća (iznad onog kod metala) • komercijalna imena dvaju najuobičajenijih su "Kevlar" i "Nomex • - uzdužna vlačnu čvrstoću i vlačni modul elastičnosti viši od drugih polimernih vlaknastih materijala • visoka krutost i žilavost, otpornost na udar, otpornost na puzanje te umor materijala • otporni zapaljenju te stabilni pri relativno visokim temperaturama; • raspon temperatura kod kojih zadržavaju visoka svojstva: od –200 do 200 °C; • podložni degradaciji s jakim kiselinama i lužinama, ali su relativno inertni prema drugim otapalima i kemikalijama. OSTALI VLAKNASTI MATERIJALI ZA OJAČANJE Drugi vlaknasti materijali, kao npr. vlakna bora te vlakna silicijeva karbida (SiC) i aluminijeva oksida (Al2O3), primjenjuju se u daleko manjoj mjeri.

  36. KOMPOZITNI MATERIJALI Svojstva kontinuiranih jednosmjernih vlaknima ojačanih epoksidnih kompozita u uzdužnom i poprečnom smjeru (volumni udio vlakna iznosi 0,60).

  37. KOMPOZITNI MATERIJALI Kompoziti s metalnom matricom - materijali matrice: superlegure, legure aluminija, magnezija, titana i bakra - ojačala: čestice, kontinuirana i diskontinuirana vlakna i viskeri ( Vo= 10 do 60 %) - materijali kontinuiranih vlakana: ugljik, silicijev karbid, bor, aluminij i tvrdi metali - materijali diskontinuiranih ojačala: viskeri silicijeva karbida, sjeckana vlakna od ugljika i aluminija te čestice aluminija i karbida Svojstva nekih metalnih kompozita (kompozita s metalnom matricom) ojačanih kontinuiranim jednosmjernim vlaknima

  38. KOMPOZITNI MATERIJALI Keramički kompoziti proizvode se postupcima vrućeg prešanja (HP), vrućeg izostatičkog prešanja (HIP) i sinteriranjem tekuće faze. Ovakvi materijali primjenjuju se za umetke reznih alata čiji je vijek trajanja puno dulji od većine materijala koji se primjenjuju za tu svrhu. “Ugradnjom” čestica, vlakana ili viskera jednog keramičkog materijala u matricu koja je od druge vrste keramike, lomna žilavost se povećava za oko 10 puta. Čvrstoća pri sobnoj temperaturi i lomna žilavost Al2O3 za različite sadržaje SiC viskera

  39. KOMPOZITNI MATERIJALI Ugljik–ugljik kompoziti Hibridni kompoziti Slojeviti kompozitni materijali (laminati) Sendvič konstrukcije Stanična kruta tijela (pjene)

  40. HVALA NA PAŽNJI !

More Related