Tworzywo korundowe: αAl2O3, ZnO2
αAl2O3 -właściwości:
-jeden z najbardziej odpornych chem tl
-ch. amfoteryczny
-odporny na działanie kwasów w temp pok
-na gorąco reguje tylko z HF i H2SO4
-mniej odporny na działanie zasad
-odporny na działanie atmosfery redukcyjnej (w H2 do 1500stC, > sublimuje
-odporny na działanie węgla do 1500stC
Fiz i mech wł tlenku glinu:
-d=3,96-4,01g/cm3
-wytrz na zginanie >400MPa
- na ściskanie ok 4000MPa
-na uderzenia 50N/cm3
Techniczny Al2O3 - proces Bayera
90% światowej produkcji Al2O3, boksyty bogate w Al2O3 (>50%) i niskiej zawartości krzemionki)
Al(OH)3(s) + OH-(aq) = Al(OH)4-(aq)
Alo(OH)(s) + OH-(aq) +H2O = Al.(OH)4-(aq)
1.Ługownie rozdrobnionych i wyprażonych boksytów zasadą sodową (war. Hydrotermalne P=0,5MPa i T=150-160st), aby dostać jony glinianowe z wodorotlenków
2.Oddzielenie rozcieńczonego wodnego rru NaAl(OH)4 od nierozpuszczalnego osadu (SiO2, TiO2, Fe2O3) drogą dekantacji i filtrowania
3. Wytrącanie z rru Al(OH)3 drogą zaszczepiania wodorotlenkiem z poprzedniego cyklu produkcyjnego (zarodkowanie heterogeniczne w ob. CO2)
4.Rozkład termiczny przemytego osadu wodorotlenku glinowego z utworzeniem Al2O3 (1300-1400st)
MET. WYTW. NAJCZYSTSZCH ODMIAN KORUNDU:
a) Modyfikowanie metody Bayera:
-otrz gibbsytu o niskiej zaw. sodu poprzez modyfikowanie warunków strącania
-przemywanie Al2O3 o dużym rozwinięciu powierzchni (przygotowanego w 90st); prażenie wysokotemp do αAl2O3
-dodawanie chloru, halogenków, siarczanów lub boranów, aby utw rozp lub lotne związki sodu
b) Oczyszczanie techn Al2O3
-metoda ogniowa - przetapianie w picu łukowym, np. atm chloru
- oczyszczanie chem (przemywanie zmielonego Al2O3 i prażenie)
c) Otrz Al2O3 z met. Al.
-utl term (spalanie, 450-650st, niewydajna)
-tln anodowe
-hydroliza Al i prażenie wodorotl.
d) Otrz Al2O3 z soli glinowych
-metoda ałunowa (700-1000st)
(NH4)2SO4*Al2(SO4)3 = Al2(SO4)3 + 2NH3 + SO3 + H2O
Al2((SO4)3 = Al2O3 + 3SO3
-met wyk inne sole glinu
FORMOWANIE:
-wszystkie techn formowania: prasowanie, odlewanie z gęstwy
-spiekanie
-temp spiekania: 1400-1900st
CERAMIKA KORUNDOWA:
Przykłady wyrobów:
- cegły ogniotrwałe
-rozsuwane bramki zaworów
-protezy stawu biodrowego
-podłoża dla elektroniki
-materiały ścierne
-włókniny izolacyjne
-izolatory świec zapłonowych
Elektrokorund - korund otrzymany metodą przetapiania w piecach elektrycznych
Cykl produkcji:
1. przyg wsadu do pieca (prażony boksyt [Al2O3*3H2O]+koks+topniki)
2. Wytop w elektr piecu łukowym T>2000st
3. B. wolne chłodzenie
Zastosowanie: materiały ścierne i polerskie
ZrO2 kompozyt wykorzystując przemianę fazową
-ceramika cyrkonowa oparta na przemianie polimorficznej ZrO2, która pozwala na kontrolowane podwyższanie wł. mech materiałów
Jednoskośna (1150>;<850) tetragonalna (2680>;<2370) regularna /<-wzros obj komórki krystal; przebudowa sieci krys; pęknięcia/
Polimorfizm ZrO2 pozwala polepszyć wł mech. Jest to zw ze zmianą obj ZrO2 przy przechodzeniu jego odm tetragonalnej w jednoskośną.
-tworzywa na bazie ZrO2 konstruowane zgodnie z zasadami inż. materiałowej osiągają wytrz do 2500MPa
Wspólne wł. Tworzyw na bazie ZrO2:
-wys wartości wytrzymałościowe
-σzg=1000-2500MPa
-KIC=5-15MPa*m1/2
Wsp. Intensywności naprężeń:
KIC = σ*(πa)1/2 [MPa*m1/2]
K-wsp na kruche pękanie
σ-nap rozciągające
a-połowa dł szczeliny krytycznej
Tworzywa na bazie ZrO2:
1.Częściowo stabilizowany ZrO2
Tworzywo zł z dużych ziaren (50-100μm) regularnego rru ZrO2 stabilizowanego Y2O3.
Tw zaw w osnowie submikronowe wtrącanie fazy tetragonalnej. Jest to materiał kompozytowy o b.dużej energii pękania.
2.Tetragonalne polikryształy ZrO2
Tw zł z drobnych ziaren (0,2-1μm) rru ZrO2 o strukturze tetragonalnej stabilizowanego Y2O3 lub CeO2. Nowe tw o b. dużej wytrz mech. Wytrz na zginanie >2000MPa
3. Tw wzmacniane dyspersyjnie ZrO2
Spieki Al2O3 wzmocnion wtrąceniami ZrO2 o strukturze tetragonalnej
Wł. Chem ZrO2:
- b. wysoka odporność chem (do 1900st na C; do 2000st na stopione metale, krzemiany, szkła; do 2300st na atmosferęutl; nie reaguje z zasadami, kw, wyjątej stanowi HF
- najmniejsze przewodność cieplna wśród tlenków (bariery cieplne w turbinach silników lotniczych)
CERAMICZNE MATERIAŁY POROWATE:
Porowatość jest charakterystyczną cechą polikrystalicznych materiałów ceramicznych, wynikających ze sposobów ich wytwarzania (spiekanie, hydratacja, natrysk plazmowy, itp.)
Porowatość otwarta (Po) - to wyrażony w procentach stosunek objętości otwartych porów próbki do objętości próbki łącznie ze wszystkimi jej porami.
Porowatość całkowita (Pc) - to wyrażony w procentach stosunek całkowitej objętości porów próbki (otwartych i zamkniętych) do objętości próbki łącznie ze wszystkimi jej porami.
Porowatość zamknięta (PZ) - to różnica między porowatością całkowitą i otwartą.
Gęstość rzeczywista (ρ) (fizyczna, bezwzględna) jest to gęstość materiału litego nie zawierającego porów.
Gęstość pozorna (ρp) - to wyrażony w g/cm3 lub kg/m3 stosunek masy próbki suchej do objętości próbki łącznie z porami (otwartymi i zamkniętymi).
Metoda wypalających się dodatków
Do masy ceramicznej wprowadza się subst organiczne zajmujące znaczną obj, które w czasie wypalania ulegają utl na produkty gazowe i uchodzą pozostawiając pustki. Ilość wypalającego się dodatku dochodzi do 70% objętościowych. Subst porotwórczymi są najczęściej: trociny, celuloza, różnego rodz polimery itd.
Wielkość porów reguluje się wielkością granul organicznych.
Spiekanie frakcjonowanych proszków ceramicznych
Przygotowanie mieszaniny monofrakcyjnego ziarna ceramicznego, spiekającego się spoiwa np. szkliwa, oraz materiału termoplastycznego, np. parafiny.
1. Wybór porowatego podłoża organicznego/ Przygotowanie ceramicznej masy lejnej
2.Nasączenie podłoża organicznego, masą lejną
3.usunięcie nadmiaru masy lejnej z podłoża
4.suszenie
5.wypalanie podłoża organicznego, na ogół do 650-800st
6.spiekanie
Środki żelujące do utrwalania struktury piany:
- hydrożele chem (inicjacja, propagacja, terminacja łańcuchów polimerowych)
- monomer: akryloamid CH2-C(H)CONH2
-hydrożele fizyczne - powstają podczas ogrzewania lub chłodzenia układu (przejścia konformacyjne)
ogrzewanie (metyloceluloza, białka)-chłodzenie (niektóre polisacharydy
metoda biomimetyczna - transformacja drewna w SiC
Materiał-przedział przeciętnych średnic porów kanalikowych - zastosowania - typowy materiał
-sita molekulane; 0,3-1nm; selektywna absorpcja cząsteczek h20 alkoholi NH3, H2S ; mikroporowaty SiO3
- membrany: nm; ultrafikacja wydzielanie protein, stężenie i wydz frakcji surowicy krwi; oczyszczanie krwi w sztucznych nerkach; al2o3, zro2, mezoporowaty SiO2
- membrany: <10μm; mikrofiltracja,klarowanie napojów9piwo,wino), zagęszczanie odłuszczonego mleka, usuwanie oleju z mleka; al2o3, zro2
-filtry: >10μm; oddzielanie cząst niemetalicznych od odlewanych stopionych metali (Al., nadstopy, żeliwo);SIC, ZrO2, mulit (3h2o2*2SiO2), kordieryt 2Mg*2al2o3*sio2)