Prof. dr hab. M.Szafran SPIEKANIE.

Prezentacja na temat: "Prof. dr hab. M.Szafran SPIEKANIE."— Zapis prezentacji:

1 Prof. dr hab. M.Szafran SPIEKANIE

2

3 Mechanizmy przenoszenia masy w toku spiekania swobodnego i pod ciśnieniem w układzie jednofazowym
1 – Dyfuzja powierzchniowa 2 – Dyfuzja objętościowa 3 – Dyfuzja po granicach ziaren 4 – Dyfuzyjne pełzanie lepkościowe 5 – Wzajemny poślizg po granicach ziaren 6 – Odkształcenie plastyczne 7 – Przenoszenie masy poprzez fazę gazową

4 krzywa rozkładu spieku krzywa rozkładu proszku
Krzywe rozkładu ziarnowego proszku i spieku w procesie rekrystalizacji jednorodnej krzywa rozkładu spieku krzywa rozkładu proszku mm

5 Schematyczne przedstawienie przekroju polikrystalicznej próbki
Stopień krzywizny granic międzyziarnowych zmienia się wraz ze zwiększeniem liczby boków od wartości mniejszej od 6 do wartości większej od 6 Promień krzywizny jest tym mniejszy, czym bardziej ilość boków różni się od 6 strzałkami zaznaczono kierunki, w których powinny migować granice między ziarnowe

6 ceramika zaawansowana
Struktura ziarnowa ceramika tradycyjna ceramika zaawansowana Szkło bogate w kwarc Duże igły mullitu wykrystalizowane ze szkła skaleniowego Drobne kryształy mullitu w osnowie szklistej roztworu z cząstek minerału ilastego Pęknięcia wokół ziaren kwarcu powstałe podczas chłodzenia Częściowo rozpuszczone ziarno kwarcu otoczone szkłem bogatym w kwarc

7 Ziarna piasku kwarcowego
Ceramiczne tworzywo porowate z SiO2 SEM (spoiwo topiące się podczas procesu spiekania 900 oC/3h)

8 Ceramiczne tworzywo porowate z elektrokorundu 1300 oC/3h
Ziarna elektrokorundu

9 Schemat układu do spiekania pod naciskiem mechanicznym jednoosiowym
Podstawowym elementem jest matryca wykonana z materiału ogniotrwałego. Proszek (1) zasypuje się w matrycy (3), zaprasowuje za pomocą stempli (2) i spieka w piecu (4 – piec, 5 – osłona, 6 – chlodzenie wodne) stosując odpowiedni przebieg temperatury, ciśnienia i skład atmosfery.

10 Materiały stosowane na matryce do jednoosiowego spiekania pod ciśnieniem

11 Przykłady spiekania pod ciśnieniem proszków

12 Zalety i wady spiekania pod ciśnieniem

13 Schemat układu do spiekania HIP (hot isostatic pressing)
komora ciśnieniowa izolacja ogrzewanie wyrób Ar/N2

14

15

16 ZWARTOŚĆ Gęstość d (gęstość piknometryczna, gęstość teoretyczna, gęstość rentgenowska) (true specific gravity, powder specific gravity, absolute specific gravity, specific gravity) [g/cm3] m -masa próbki [g], V -objętość próbki bez porów [cm3] m1 -masa piknometru z cieczą [g], m2 -masa piknometru z cieczą i próbką [g], D – gęstość cieczy (najczęściej woda) [g/cm3] Gęstość piknometryczna d [g/cm3] Gęstość teoretyczną –można obliczyć metodą addytywną znając gęstość poszczególnych składników tworzywa (faz) i ich udziały wagowe Gęstość rentgenowską – można obliczyć dla jednorodnych faz krystalicznych znając ich objętość komórki elementarnej i masę znajdujących się w niej atomów Gęstość pozorna dv [g/cm3] Nasiąkliwość wodna N [%] ms -masa próbki suchej [g], mw -masa próbki nasączonej wodą [g], Porowatość otwarta Po [%] Porowatość zamknięta Pz [%] Porowatość całkowita Pc [%]

17 Gęstości pozorne tworzyw ceramicznych dv [g/cm3]
porowate cegły i dachówki 1,8 ceramika budowlana 1,9 kamionka 1,82,2 porcelana twarda 2,32,2 ceramika mullitowa 2,8 porcelana cyrkonowa 3,4 3,8 Si3N4 (HP) 3,1 3,2 SiC (HP) 3,0 3,2 BC 2,322,5 grafit 1,6 1,9 Si 2,3 WC 15,8 ceramika korundowa 99% 3,65 3,9 ceramika berylowa BeO 2,8 2,9 tlenek chromu 4,24,4 ceramika MgO (HP) >3,5 ThO2 9,2 9,6 ZrO2 (Y2O3) 5,0 5,8 glin 2,7 żelazo 7,87 miedź 8,9 srebro 10,4 ołów 11,87

18 Wytrzymałość mechaniczna –. zdolność materiałów do wytrzymywania
Wytrzymałość mechaniczna – zdolność materiałów do wytrzymywania obciążeń bez zniszczenia. Wytrzymałość na ściskanie sc [MPa] h  P P – siła niszcząca próbkę [N], S – powierzchnia próbki (S=2/4) poddanej obciążeniu [m2] Wytrzymałość na zginanie zg [MPa] h P b l P – siła powodująca zerwanie próbki [N], l – odległość między podporami [m] b – szerokość próbki [m] h – wysokość próbki [m]

19 Wytrzymałość na rozrywanie roz [MPa]
 P P – siła niszcząca próbkę [N], S – powierzchnia próbki (S=2/4) poddanej obciążeniu [m2] „Test brazylijski” P P – siła niszcząca próbkę [N], D – średnica próbki [m], h – wysokość próbki [m]

20 Friedrich Mohs (1773 - 1839). największy diament 101 karatów
(4 mln euro)

21 TWARDOŚĆ rzeczywista skala twardości skala Mohsa skala twardości Mohsa
talk gips kalcyt fluoryt apatyt ortoklaz kwarc topaz korund diament skala Mohsa TWARDOŚĆ skala twardości Mohsa rzeczywista skala twardości talk apatyt gips kalcyt fluoryt ortoklaz kwarc topaz korund diament

22 talk gips kalcyt Mg3(OH)2Si4O10 CaSO4 x 2H2O CaCO3

23 fluoryt apatyt ortoklaz
K[AlSi3O8] CaF2 Ca5X(PO4)3 gdzie X = F, Cl, OH

24 kwarc topaz korund SiO2 Al2SiO4(OH, F)2 Al2O3

25 diament - C Radiant Cut Diamond Round Cut Diamond Oval Cut Diamond
Marquise Cut Diamond Straight Baguette Cut Diamond

26 Twardość Vickersa

27 Tarcza Boehmego Ścieralność
Ścieralność jest to odporność na ścieranie, określana zmniejszeniem masy, objętości, wysokości lub grubości pod wpływem czynników ścierających. Miarą ścieralności jest ubytek wysokości badanej próbki lub masy w wyniku ścierania na specjalnych aparatach np. tarcza Boehmego. Tarcza Boehmego

28 Ogniotrwałość zwykła Ogniotrwałość pod obciążeniem

29 ceramika monolityczna
metal ceramika monolityczna katastroficzne zniszczenie odkształcenie obciążenie

30 metale rozkład Gaussa ceramika rozkład Weibulla prawdopodobieństwo

31

32 Linearyzacja ln Rozkład Weibulla 3- i 2-parametrowy wytrzymałości na zginanie Ceramika korundowa

33 Prawdopodobieństwo kruchego zniszczenia Pf przy wytrzymałości na rozciąganie  dla różnych wartości modułu Weibulla m Wartości modułu Weibulla m dla wybranych materiałów Rodzaj materiału Wartość m aluminium 20 stal 30 porcelana elektrotechniczna 510 ceramika korundowa: 99 % Al2O3 97 % Al2O3 9o % Al2O3 1520 10 steatyt 89

34 Klasyfikacja materiałów wg odporności na kruche pękanie

35 Sposoby wzmacniania tworzyw ceramicznych
d e a – rozproszenie twardych cząstek w osnowie b – wywołanie dużej ilości mikropęknięć c – spowodowanie przemiany fazowej w obszarze wierzchołka mikropęknięcia d – „mostkowanie” mikropęknięć przez ciągliwe ziarna drugiej fazy e – mechanizm wyciągania wydłuzonych ziaren

36 Krzywa dylatometryczna dla tlenku cyrkonu
Mechanizm wzrostu odporności na pękanie osnowy ceramicznej zawierającej jednoskośny ZrO2 Krzywa dylatometryczna dla tlenku cyrkonu a) T>T1 , b) i c) T<T1