KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Szerkezeti anyagok
24. lecke: Nem fémes szerkezeti anyagok, kerámiák
| |||||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | |||||||
| |||||||
![]() | Kerámia | ||||||
Kerámiának nevezünk, minden ember által készített szervetlen anyagot, amely nem fém és nem szerves. A fémektől a kerámiák elsősorban abban különböznek, hogy a részecskék között kovalens vagy ionos kötés van. | |||||||
![]() | A kerámiák általános tulajdonságai | ||||||
| |||||||
![]() | Kerámia anyagok csoportosítása | ||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
A kerámiákat porkohászati úton állítják elő és munkálják meg. | |||||||
| |||||||
![]() | ![]() A nagytisztaságú port az adalékanyagokkal nagyon gondosan keverik, majd pontos kimérés után zárt szerszámban krétaszerű szilárdságúra sajtolják. Ezt követi egy hőkezelés, mely során diffúziós folyamatok hatására vagy bizonyos esetekben kis mennyiségben adagolt a hőkezelés során megolvadó "kötőanyag" (pl. a keményfémek esetében a kobalt) hatására létrejön a kapcsolat a részecskék között. | ||||||
| |||||||
![]() | A kerámiák fajtái és tulajdonságaik, felhasználási lehetőségeik | ||||||
Egyatomos kerámiák | |||||||
Karbonkerámiák | |||||||
A természetes gyémánt erősen anizotróp, kristálytani síkjai szerint megcsiszolva csodálatos drágakő ill. ékszer. Karáttal mérik, ami nem azonos az aranyötvözetek koncentrációját jellemző karáttal, hanem 0,2 g tömegegységet jelent. | |||||||
Ipari felhasználásra a mesterségesen (1400 C° hőmérsékleten lökéshullámokkal előidézett 4 GPa feletti nyomáson) előállított polikristályos gyémántot használják, mint szerszámanyagot illetve csiszoló-, polírozó poranyagot. | |||||||
A grafit hexagonális szerkezetű, a hatszög lapokon kovalens kötés van a lapok között pedig a fémes kötéshez hasonló kötés. Ez az oka annak, hogy a gyémánttal ellentétben a grafit elektromos vezetőként használható még nagy hőmérsékleten is pl. Fémkohászati elektródák, tégelyanyagok. | |||||||
A karbonnak további módosulatai a zárt gömbkosaras (belül üreges "kalitkás") molekulájú fullérek. Ilyen háromdimenziós, gömb alakú, páros atomszámú "karbonmolekulák" egész családja létezik C20-C300-ig. A legismertebb a C60 és C70. A C60 egy futball-labdához hasonlít. A fullérek és származékaik nagy lehetőséget jelentenek katalizátorok, félvezetők, fotódiódák, foto-galvánelemek, akusztikus érzékelők, molekuláris membránok, szintetikus gyémántok, szilárd kenőanyagok ("nano golyóscsapágyak") előállítására. | |||||||
| |||||||
Félvezető kerámiák | |||||||
Pl. míg a 486-os számítógépek processzoraiban csak 1,2 millió tranzisztort helyeztek el, addig a Pentium IV-ben már 42 millió van. Forrás: Dr. Bagyinszki - Dr. Kovács: Anyagismeret. | A tiszta szilícium gyémántrácsban kristályosodó, fontos félvezető, a mikroelektronika alapanyaga. Gyakorlati felhasználhatóságát az akceptor (elektron befogadó) vagy donor(elektron adományozó) atomokkal való szennyezések teszik lehetővé, minek révén p (pozitív) típusú vagy n (negatív) tipusú félvezető jön létre. Két különböző, n és p típusú "összeillesztett félvezetőanyagból (p-n átmenet) a diódában 1, a tranzisztorban 2, a tirisztorban 3-4, míg az integrált áramkörbe (IC= Integrated Circiut) )nagyon sok van. | ||||||
Vegyület kerámiák | |||||||
A kerámiák zöme valamilyen vegyületből áll. | |||||||
Oxidmentes vegyületkerámiák | |||||||
Tulajdonságaik: | |||||||
| |||||||
Lehetnek: nitridek, karbonitridek, boridok. Ide sorolhatjuk a porkohászati úton előállított keményfémeket is. | |||||||
Felhasználás: | |||||||
| |||||||
Nitrid és karbidkerámiák | |||||||
| |||||||
| |||||||
Nitrid és karbidkerámiák | |||||||
| |||||||
Oxidkerámiák | |||||||
| |||||||
| |||||||
Műszaki oxidkerámiák | |||||||
A szinterezett műszaki oxidkerámiák négy csoportba oszthatók: | |||||||
| |||||||
Üveg | |||||||
Az üveggyártás alapanyaga a földkéreg 25%-át adó SiO2 (pl. homok). A tiszta, kristályos SiO2 1700 °C-on olvad. Jellegzetessége, hogy már mérsékelt lehűlési sebesség esetén sem kristályosodik, hanem amorf szerkezetűvé dermed (kvarcüveg). | |||||||
Az üvegek nem kristályos kerámiák. Az üvegek üvegképzőkből pl. kvarchomok, folyósító anyagokból pl. nátriumoxid és stabilizátorokból pl. alkáliföldfémkarbonátok vagy oxidok állnak. A keverék könnyen olvad, önthetővé válik és belőle a felhasználási célnak megfelelő üveg állítható elő. | |||||||
Fő fajtái a nátronüveg, ez a használati üveg, csekély a sűrűsége, az infravörösig fényáteresztő az ólomüveg, sűrűsége nagyobb, nagy a fénytörése, csiszolt üvegáruk alapanyaga, és a bórszilikátüveg, kémiailag és termikusan állékony, laboratóriumi üvegek anyaga "hőálló edény". | |||||||
Az üveg szilárdsága nagymértékben függ a felületi hibáktól. | |||||||
| |||||||
Különleges üvegek | |||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
Az üvegszálak fonhatók, szőhetők. Hő és hangszigetelési célokat is szolgálhat pl. üveggyapot |
| ||||||
kb. 6000 párhuzamos telefonvezeték optikai szálanként 0,2 dB/km-nél kisebb csillapítással. |
| ||||||
Optikai kábel | |||||||
| |||||||
Az optikai kábel a fényt totálreflexióval vezeti és a széles sávú információ továbbításban használatos. | |||||||
Üvegkerámiák | |||||||
Felhasználható az űrtechnikában, csillagászatban, de a háztartásokban is pl. kerámia tűzhelyek. | Részben polikristályos anyagok, amelyeket amorf üvegmátrix hőkezelésével állítanak elő. A hőkezelés a nagyhőmérsékleten olvadó csiraképzőkkel (pl. TiO2 és ZrO2) adalékolt anyag lehűtés utáni megeresztése. Ilyenkor az üvegmátrixba ágyazott kristályok képződnek, amelyek különleges optikai és elektromos tulajdonságokat, csekély hőtágulást, ill. hőingadozás állóságot eredményeznek. A kristályos rész 50-95% lehet. |
Ellenőrző kérdések | |||||||||||||||||||||||
1. Jelölje be a kerámiákra jellemző tulajdonságokat!
![]() | |||||||||||||||||||||||
Jelölje be az egy helyes megoldást! | |||||||||||||||||||||||
2. Mit fejez ki a karát a gyémánt esetében?
![]() | |||||||||||||||||||||||
3. Mivel magyarázható a grafit kenő anyagként használhatósága?
![]() | |||||||||||||||||||||||
4. Milyen módszerrel állítják elő a műszaki kerámiákat?
![]() | |||||||||||||||||||||||
5. Milyen típusú kerámiát választana tűzálló anyagnak?
![]() | |||||||||||||||||||||||
6. Milyen típusú kerámiákat hasznának elsősorban a járműiparban?
![]() | |||||||||||||||||||||||
7. Hogyan lehet elérni, hogy az üveg golyóálló legyen?
![]() |