1 / 31

Mikołaj Szafran

Mikołaj Szafran. Współczesna ceramika. tradycja teraźniejszość przyszłość. Ceramika [gr. Ho k é ramos ‘ziemia’, ‘glina’] nieorganiczne i niemetaliczne materiały otrzymywane w wyniku procesu ceramicznego.

charlotte-keon
Download Presentation

Mikołaj Szafran

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. Mikołaj Szafran Współczesna ceramika • tradycja • teraźniejszość • przyszłość

  2. Ceramika[gr. Ho kéramos ‘ziemia’, ‘glina’] nieorganiczne i niemetaliczne materiały otrzymywane w wyniku procesu ceramicznego. Proces ceramiczny przebiega następująco: drobnoziarniste proszki ceramiczne formuje się różnymi metodami (prasowanie, odlewanie, toczenie) w żądany kształt, często po dodaniu substancji ułatwiających lub umożliwiających kształtowanie (woda, subst. organiczne); po uformowaniu kształtki konsoliduje się (zespala) do postaci litego ciała stałego poprzez wypalanie w temp. 900-2200oC. R.Pampuch, Wielka Encyklopedia PWN, Warszawa 2001, t.5, s. 277.

  3. Mezopotamia 5500 BC

  4. Chiny 4500 BC

  5. Egipt 1300 BC Fajans Szkło

  6. Mezopotamia 500-600 BC Szkliwione cegły

  7. Grecja 400 BC ceramika szkło

  8. Rzym 100 AD szkło lampka oliwna

  9. Chiny 500-600 AD Porcelana

  10. Barcelona XX wiek

  11. XXI wiek

  12. ZMIANY STRUKTURY W TRAKCIE PROCESU CERAMICZNEGO Proszek Formowanie Spiekanie

  13. Podstawowe stadia wytwarzania wyrobów ceramicznych wg Neprakty

  14. CERAMIKA SZLACHETNA CERAMIKA KONSTRUKCYJNA Al2O3 ZrO2 Si3N4 SiC AlN MATERIAŁY BUDOWLANE CERAMIKA FUNKCJONALNA elektroniczna elektrotechniczna magnetyczna piezoelektryczna jądrowa kosmiczna bioceramika MATERIAŁY OGNIOTRWAŁE MATERIAŁY WIĄŻĄCE SZKŁO I DEWITRYFIKATY MATERIAŁY ŚCIERNE NANOCERAMIKA EMALIE C E R A M I K A

  15. TWORZYWA SZTUCZNE CERAMIKA TECHNICZNA METALE Gęstość Wytrzymałość cieplna Odporność chemiczna Odporność na ścieranie Kruchość Wytrzymałość mechaniczna Obrabialność Cena                                                ?   ? ?  niekorzystna   mniej niekorzystna    korzystna ? możliwa do osiągnięcia Charakterystyka porównawcza wybranych właściwości metali, tworzyw sztucznych i ceramiki technicznej

  16. Funkcje tworzyw ceramicznych Funkcje termiczne Funkcje chemiczne Funkcje magnetyczne izolacje termiczne promienniki IR nośniki katalizatorówkatalizatoryelektrodynośniki enzymówczujniki gazówdetektory węglowodorówukłady alarmowe przecieku gazu głowice magnetofonowerdzenie pamięcimagnesysilniki miniaturowe Funkcje mechaniczne wirnikikomory spalaniałożyskadysze palnikównarzędzia skrawające Funkcje elektryczne Kondensatorypodłoża elektroniczneelementy czujników temperaturyogniwa słoneczne Funkcje nuklearne paliwa nuklearnemateriały na osłony i ekrany Funkcje biologiczne Funkcje optyczne sztuczne korzenie zębówendoprotezykości i stawysztuczne zastawki serca świetlówkiwysokociśnieniowe lampy sodowelasery

  17. Zastosowanie ceramiki konstrukcyjnej • Ceramika konstrukcyjna obejmuje swoim zasięgiem głównie: • mechanoceramikę • chemoceramikę • bioceramikę • termoceramikę

  18. Zastosowanie ceramiki konstrukcyjnej W obrębie mechanoceramiki wyróżnić można kilka podstawowych grup wyrobów: • Części silników spalinowych • Części turbin gazowych • Części statków powietrznych i sprzętu wojskowego • Części termoodporne • Części odporne na ścieranie • Łożyska toczne • Części pomp i armatury • Narzędzia do szybkościowej obróbki metali

  19. Zastosowanie ceramiki funkcjonalnej • Około 70% obrotów rynku ceramicznego skupia się wokół wyrobów spełniających głównie funkcje elektryczne (ceramika elektroniczna) • Do najważniejszych wyrobów z zakresu elektroceramikizalicza się: kondensatory, filtry, przetworniki, termistory, warystory, izolatory, podłoża do układów scalonych, świece zapłonowe. • optoceramika – materiały laserowe, okienka optyczne, przetworniki elektrooptyczne

  20. Zniszczenie katastroficzne Ceramikamonolityczna naprężenie Metal odkształcenie Właściwości materiałów ceramicznych • Charakterystyczna różnica między ceramiką a innymi materiałami leży w wytrzymałości na wzrastające naprężenia (ciągliwość). • Z uwagi na silne wiązania kowalencyjno-jonowe materiały ceramiczne są z natury kruche. • Podstawowym ograniczeniem szerszego stosowania materiałów ceramicznych jest ich KRUCHOŚĆ. Często defekt struktury nie powoduje widocznych zmian a jednak w następstwie korozji naprężeniowej, tworzącej ciągłe pękniecie, może dojść do zniszczenia wyrobu w czasie eksploatacji.

  21. Kompozyty ceramika-metal-tworzywo sztuczne TWORZYWA SZTUCZNE METALE TWORZYWA CERAMICZNE Kompozyty ceramika-metal Kompozyty ceramika-tworzywo sztuczne MATERIAŁY WSPÓŁCZESNE

  22. Dotychczasowe zastosowanie i prognozy wzrostu udziału procentowego szeregu materiałów w konstrukcji silników samolotowych METALOWE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE STAL 50 CERAMICZNE MATERIAŁY KOMPOZYTOWE STOPY NIKLU 40 STOPY TYTANU 30 20 STOPY ALUMINIUM 10 1960 1970 1980 1990 2000 2010 • Lata 1990-91 • uruchomienie masowej produkcji tłoków i bloków cylindrowych zbrojonych lokalnie (Toyota, Honda i Ebisawa • opanowanie procesu naparowywania - wlewki i wyroby kształtowane przez firmę ALCAN • opracowanie przez firmę Lanxide metody bezpośredniego utleniania/azotowania i infiltracji quasi-grawitacyjnej - kompozyty odporne na ścieranie i obudowy mikroukładów elektronicznych • komercjalizacja kompozytów zbrojonych dyspersyjnie SiC i Al2O3

  23. STADIA ROZWOJOWE GŁÓWNYCH RODZAJÓW CERAMIKI SPECJALNEJ W ODNIESIENIU DO CZĘŚCI SILNIKOWYCH POKRYCIA CERAMICZNE CERAMIKA MONOLITYCZNA KOMPOZYTY CERAMICZNE Prace koncepcyjne Prace badawcze Prace optyma-lizacyjne Produkcja rynkowa 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Rok

  24. Mikroreaktor ceramiczny R.Pampuch, Kompozyty, nr 12, 4(2004)

  25. Nanostrukturalne (nanokrystaliczne) materiały Wielkość ziarna (na ogół) 110 nm lecz nie większa niż 100 nm

  26. Gdy ziarno < 100 nm właściwości materiałów zmieniają się gwałtownie: wytrzymałość mechaniczna rośnie ok. 4x mikrotwardość wzrasta dwa razy, np. n-Al2O3-SiC (10%obj.) przewodnictwo cieplne spada kilka razy odporność na ścieranie wzrasta 4 razy, np. n-Al2O3-TiO2 (13%obj.) przesuwa się granica plastyczności materiału

  27. Wielkość nanokryształu jest zbliżona do wielkości komórki elementarnej B.Pałosz, Kompozyty 4(2004)9

  28. pojedyńczy nano-kryształ ma budowę dwufazową wnętrze-powierzchnia (core-shell)

  29. NANOSTRUKTURALNE (NANOKRYSTALICZNE) MATERIAŁY Wielkość ziarna ( na ogół) 1÷10 nm, lecz nie większa niż 100 nm  Droga i skomplikowana produkcja nanoproszków  Eliminacja aglomeracji proszków nanokrystalicznych  Trudności we właściwym zagęszczeniu proszków nanokrystalicznych  Minimalizacja procesu wzrostu ziarna podczas spiekania PODSTAWOWE PROBLEMY OTRZYMYWANIA NANOPROSZKÓW

  30. ZESTAWIENIE NAKŁADÓW NA BADANIA NAUKOWE I ROZWOJOWE W DZIEDZINIE PROJEKTOWANIA MATERIAŁÓW W NIEMCZECH W LATACH 2001-2002 CERAMIKA POLIMERY METALE INNE 36% 28% 24% 12%

  31. Prognozy rozwojowe ceramicznych materiałów specjalnych Główne cele badawcze: • Podniesienie wytrzymałości, a tym samym niezawodności tworzyw oraz wyrobów. • Poprawa właściwości wysokotemperaturowych. • Optymalizacja struktury dla każdego przypadku zastosowania. • Zmniejszenie kruchości materiałów ceramicznych i tym samym zawężenie tolerancji uszkodzeń. Japonia KoreaPołudniowa WielkaBrytania Francja USA Niemcy Skala aktywności wiodących krajów w zakresie zgłoszeń patentowych związanych z ceramiką specjalną (1981-1995)

More Related