- 1 -
P
P
o
o
r
r
ó
ó
w
w
n
n
a
a
n
n
i
i
e
e
w
w
ł
ł
a
a
s
s
n
n
o
o
ś
ś
c
c
i
i
g
g
ł
ł
ó
ó
w
w
n
n
y
y
c
c
h
h
m
m
a
a
t
t
e
e
r
r
i
i
a
a
ł
ł
ó
ó
w
w
c
c
e
e
r
r
a
a
m
m
i
i
c
c
z
z
n
n
y
y
c
c
h
h
Ceramikę stanowią materiały o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach
międzyatomowych, wytwarzane zwykle w wysokotemperaturowych procesach
związanych z przebiegiem nieodwracalnych reakcji fizykochemicznych. Ta
prezentacja ma służyć jako materiał dydaktyczny, w którym opisana jest część
własności materiałów ceramicznych. Materiały te mają wiele cech wspólnych, ale
jednak różnią się od siebie. Różnice te klasyfikują nam materiały ceramiczne i
nadają tym materiałom konkretne zastosowania.
Własno
ś
ci fizyczne
- 5 -
Od działaj
ą
cej siły i od odległo
ś
ci pomi
ę
dzy podporami zale
ż
y warto
ść
momentu gn
ą
cego, natomiast wska
ź
nik wytrzymało
ś
ci zale
ż
y od geometrii
przekroju.
Udarno
ść
– jest to cecha okre
ś
laj
ą
ca odporno
ść
na gwałtowne obci
ąż
enia.
Jak wiadomo cz
ęś
ci maszyn nara
ż
one s
ą
na działanie sił dynamicznych.
Próba udarno
ś
ci polega na złamaniu jednym uderzeniem młota
wahadłowego Charpy’ego, próbki z naci
ę
tym karbem (w kształcie litery U –
rys a, lub V – rys b) podpartej swobodnie na obu ko
ń
cach i pomiarze pracy
jej złamania.
Uderzenie w próbk
ę
nast
ę
puje z przeciwległej strony karbu. Jako wynik
próby udarno
ś
ci podaje si
ę
zu
ż
yt
ą
energi
ę
K (J) na złamanie próbki.
Odporno
ść
na udary cieplne
- Nowoczesna ceramika
wysokotemperaturowa znajduje zastosowanie w elementach silników
spalinowych, gdzie nara
ż
ona jest na gwałtowne zmiany temperatury i
napr
ęż
e
ń
. Powszechnie wiadomo,
ż
e materiały ceramiczne s
ą
wra
ż
liwe na
gwałtowne zmiany temperatury objawiaj
ą
ce si
ę
ich p
ę
kaniem. Odporno
ść
na udary cieplne dla ceramiki waha si
ę
od 80°C dla szkła sodowego, do
500°C dla azotku krzemu. Testem na odporno
ść
na zmiany temperatury
jest wrzucenie do zimnej wody próbek ceramicznych, nagrzewanych do
coraz to wy
ż
szych temperatur. Miar
ą
odporno
ś
ci na udary cieplne jest
maksymalna ró
ż
nica temperatur jak
ą
próbka wytrzymuje.
- 6 -
Twardo
ść
-Twardo
ść
jest to zdolno
ść
materiału do przeciwstawiania
si
ę
odkształceniom plastycznym (zarysowania, wgniecenia itp.)
Oddziaływania mechaniczne przy miejscowym wywieraniu nacisku na mał
ą
jego powierzchni
ę
. Do oznaczenia twardo
ś
ci u
ż
ywa si
ę
skali Mohsa.
- 7 -
W
ł
asno
ś
ci elektryczne i magnetyczne
Przenikalno
ść
elektryczna wzgl
ę
dna
- Przenikalno
ść
elektryczn
ą
mo
ż
na, zatem (zgodnie ze wzorem) opisa
ć
jako stosunek
pojemno
ś
ci kondensatora c
x
, mi
ę
dzy okładkami, którego znajduje si
ę
materiał ceramiczny, do pojemno
ś
ci tego samego kondensatora c
0
z
pró
ż
ni
ą
mi
ę
dzy okładkami.
Wytrzymało
ść
elektryczna
- (wytrzymało
ść
dielektryczna) jest to
wła
ś
ciwo
ść
dielektryka okre
ś
laj
ą
ca jego odporno
ść
na wyst
ą
pienie
przebicia elektrycznego. Liczbowo równa zwykle najmniejszej warto
ś
ci
napi
ę
cia powoduj
ą
cego przebicie w warstwie o jednostkowej grubo
ś
ci.
Typowe izolatory ceramiczne posiadaj
ą
wytrzymało
ść
elektryczna rz
ę
du 30
kV/min.
W
ł
asno
ś
ci chemiczne
Ceramika nale
ż
y do materiałów o najwy
ż
szej odporno
ś
ci korozyjnej.
Wła
ś
ciwo
ś
ci chemiczne ceramiki s
ą
ś
ci
ś
le zwi
ą
zane z korozj
ą
i wpływem
ś
rodowiska, w którym si
ę
znajduj
ą
. Bardzo dobr
ą
odporno
ść
na działanie
silnych kwasów wykazuj
ą
szkła, A1
2
O
3
, SiC, Si
3
N
4
, SiO
2
, słabsz
ą
MgO,
ZrO
2
. Bardzo dobr
ą
odporno
ść
na działanie silnych zasad wykazuj
ą
ZrO
2
,
A1
2
O
3
, gorsz
ą
odporno
ść
ma SiC, Si
3
N
4
, a nieodporne lub słabo odporne
s
ą
SiO
2
i ceramika szklana. Wszystkie rodzaje ceramiki odporne s
ą
na
działanie roztworów organicznych. Zdolno
ść
do reagowania materiałów z
tlenem mo
ż
na oceni
ć
, mierz
ą
c energi
ę
konieczn
ą
do zaj
ś
cia reakcji:
METAL + TLEN + ENERGIA = TLENEK MATALU
Warstwa tlenków utworzona na powierzchni materiału, zmniejsza szybko
ść
utleniania wskutek korozyjnego działania
ś
rodowiska działa jak bariera
oddzielaj
ą
ca atomy tlenu i materiału rodzimego. Przez szybko
ść
utleniania
mierzymy przyrost masy materiału, który si
ę
utlenił okre
ś
lonym czasie,
poniewa
ż
utlenianie polega na przył
ą
czaniu atomów tlenu do powierzchni
materiału. Pomiar szybko
ś
ci utleniania wykonuje si
ę
zazwyczaj w
podwy
ż
szonych temperaturach, w których ro
ś
nie szybko
ść
utleniania
