Керамика
Керамиката обхваща голяма група неорганични материали с многофазна структура. Съдържа над 50% кристална фаза, от 1 до 10%
аморфна (стъкловидна) фаза и някакво количество газова фаза. Според предназначението си, керамиката се разделя на битова и техническа.
Битовата се получава чрез формоване и спичане на природни глини.
Основна част на повечето глини е минералът каолинит Al203.2Si02.2H20. Приложението й е широко известно - тухли, фаянс,
порцелан, глазури и др.
Техническата керамика се състои от изкуствено синтезирани материали с различен състав - оксиди, карбиди, нитриди, бориди, силициди и други. Тези керамични материали имат
приложение като:- твърди сплави
Те са известни още като инструментална керамика, металокерамика, кермети. Това са твърдосплавните пластини, механично сглобявани (чрез отворите в
тях) или споявани към металорежещите инструменти. Пластините се получават чрез прахова металургия (синтероване) - пресоване и спичане при високи температури. Имат много добра износоустойчивост при
механичното обработване на детайли чрез рязане при тежки режими.
В България все още са популярни руските марки твърди сплави (кермети), състоящи се от карбиди - волфрамов карбид (WC),
титанов карбид (TiC), танталов карбид (TaC), съединени с метална кобалтова (Co) връзка:
- волфрамови (ВК), с представител ВК15, със съдържание на Co около 15%, останалото е WC,
- титан-волфрамови (ТК), с представител Т15К6, Co ~ 6%, TiC ~ 15%, останалото е WC,
- титан-тантал-волфрамови (ТТК), с представител ТТ20К9, Co ~ 9%, TiC+TaC ~ 20%, останалото е WC.
Водещи производители от Германия и САЩ освен кермети (TiC-TiN керамика с Ni-Co
връзка), предлагат и керамични твърдосплавни пластини от силициев нитрид (Si3N4) и боров нитрид (BN). Пластините от
Si3N4 са с голяма износоустойчивост при високи температури. Използват в инструментите при (грубо) струговане, фрезоване и пробиване на детайли от чугун. Боровият
нитрид, известен с търговската марка Wurbon®, е вторият по твърдост материал след диаманта. Прилага се при обработването на закалена
стомана, сив и избелен чугун.
- огнеупори
Използваните в топилните и топлинните пещи огнеупори са на основата на Al203, MgO,
Cr203, Si02, CaO и др. Производителите предлагат тухли и набивни маси от шамот, със съдържание на
Al203 ~ 40% и Si02 (останалото),
с огнеупорност ~ 1600 - 1750 °C, от хромит-магнезит със съдържание на MgO > 40%,
Cr203 > 20% и Si02 < 8%,
с огнеупорност ~ 1500 °C, и други.
- ферити
Керамичните постоянни магнити, наречени накратко ферити ("hard ferrite"), имат обща формула MeO.Fe2O3, където металният оксид (MeO)
може да бъде NiO, MnO, MgO, CoO, ZnO, BaO. Произвеждат се чрез синтероване във вид на дискове, рингове и блокчета с различни размери, след което се магнетизират. Приложение намират като
феритни сърцевини за различни видове трансформатори, в постояннотоковите електродвигатели, като елементи на магнитни сепаратори, сензорни устройства и др.
- абразиви
Добре известните материали с висока твърдост и силно абразивно въздействие са C (диамант), BN (елбор), Al203 (корунд), SiC
(карборунд) и други. В техниката се използват абразивни прахове, пасти, шкурки, дискове и др.
- филтри
Чрез керамичните леярски филтри се постига лесно и ефективно отстраняване на шлаката и
неметалните включвания от стопилката. Филтърът се разполага в леяковата система, която подвежда течния метал в кухината на леярската форма. Керамичните филтри се състоят от
Al203 ~ 50%, Si02 ~ 40%, MgO ~ 10% и работят при около 1500 °C.
- компоненти за двигатели и газови турбини
Керамичните материали за автомобилостроенето съчетават голяма износоустойчивост, намалено триене, ниско термично разширение, малко тегло,
висока топло- и корозоустойчивост. Използваните материали са на основата на Si3N4, SiC, ZrO2 и др.
- покрития
Молибденовият дисилицид (MoSi2) е химически устойчив на киселини, основи, стопени соли и метали, като температурата на окисляване достига 1500 - 1800
°C. Това го прави отличен материал за оформянето на защитни покрития, вкл. и за соплата на реактивните двигатели.
Задачи за изпълнение:- Да се поясни структурата на твърдите сплави ВК15 и Т15К6.
 
От снимката на ВК15 се различават светлите зони на волфрамовия карбид и тъмните зони на кобалта. При Т15К6, освен наблюдаваните WC и Co, се забелязват и "сивеещи" зони, изградени от твърдия разтвор на WC в
TiC. Имат висока твърдост (резултатите от задача 2) и ниска пластичност.
- Да се определи твърдостта по Роквел (HRA) на различни металокерамични материали и да се
сравни с твърдостта на рапидна стомана Р6М5 (W ~ 6%, Mo ~ 5%).
Резултатите са следните:
материал ВК15 Т15К6 ТТ20К9 Р6М5
HRA 89 93 90 78
Пластмаса
Известно е, че полимери се наричат веществата, макромолекулите на които са съставени от елементарни звена (мономери) с еднаква структура. Различни
класификационни признаци подреждат полимерите в отделни групи:
- според състава - органични и неорганични;
- според вида на макромолекулата - с линейна, разклонена, лентова и
пространствена форма;
- според фазовото си състояние - аморфни и кристални;
- според състоянието си при нагряване - термопластични и термореактивни. Термопластичните при нагряване се
размекват,
а при охлаждане се втвърдяват, като процесът е обратим. Термореактивните също при нагряване се размекват, а при
охлаждане се втвърдяват, но вследствие на химични реакции между
компонентите им (с или без термично въздействие),
придобиват окончателно твърдо, термостабилно състояние.
- Термопласти (термопластични пластмаси)
Тези материали са на основата на термопластичните полимери. Макромолекулата им е линейна или разклонена. Имат незначително свиване, голяма еластичност и най-често се използват без
пълнители. Повечето от тях над 60-70 °C намаляват физико-механичните си свойства. Предлагат се като фолиа, листове, тръби, профили и конструкционни детайли. Представители:
полиетилен ( - СН2 - СН2 - )n ,
полистирол ( - СН2 - СНC6H5 - )n ,
политетрафлуоретилен
( - СF2 - СF2 - )n ,
поливинилхлорид ( - СН2 - СНCl - )n ,
полипропилен ( - СН2 - СНCH3 - )n .
- Реактопласти (термореактивни пластмаси, дуропласти)
Тези пластмаси са на основата на термореактивните полимери. Най-общо, се състоят от:
- смоли: фенолформалдехидни,
епоксидни, полиестерни, полиуретанови и други;
- втвърдители: най-често различни киселини и амини;
- пълнители: праховидни, влакнести и слоести. Праховидните пълнители са кварцов пясък,
корунд, карборунд, метални
прахове. Пластмасите с такива пълнители имат ниска механична якост, но са с висока износоустойчивост. Влакнестите
и слоестите пълнители най-често
са полиестерни нишки и стъклотъкани, силно увеличаващи якостта;
- пластификатори, оцветители, ускорители и други вещества.
Задачи за изпълнение:- Да се разгледа с бинокулярен микроскоп състоянието преди разрушаване на пластмасови образци от епоксидна смола, втвърдител и праховидни пълнители - кварцов
пясък (вляво), SiC (средната фигура) и стоманен прах (вдясно).
 
- Да се определи ударната жилавост на образци от епоксидна смола, втвърдител и праховидни пълнители, като се използва чука на Шарпи.
Схемата включва огъващ нож 1, махало 2, лост 3, опора
4 и пробно тяло 5. Намиращото се в начално статично състояние махало се освобождава и огъващият нож нанася удар, като деформира и разрушава пробното тяло. Махалото изминава още кратък път и
постепенно преустановява движението си.
Работата за разрушаване К се определя от разликата между енергията на махалото в началния
и в крайния момент на изпитването:
K = G (H1 - H2), J
G е масата на махалото, а H1 и H2 са височините на
повдигане на махалото преди и след разрушаване на пробното тяло. Тези височини се изразяватс ъглите на отклонение преди и след удара a и b,
които лесно се измерват. Конструктивно, по време на опита, лостът на чука увлича една стрелка, която след разрушаването остава неподвижна и посочва стойността на b
върху скалата за отчитане.
При дължина на лоста l:
H1 = l + lcos (180° - a) = l - lcosa
и H2 = l - lcosb.
Така, пълната работа за деформация и разрушаване К е:
К = Gl (cosb - cosa) .
Работата К се отнася към лицето F на напречното сечение на пробното тяло и така се
определя ударната жилавост на изпитвания материал KC:
KC = K / F, J/m²
Тъй като поставената задача се изпълнява с образец от епоксидна смола с
пълнител кварцов пясък и се очаква лесното му разрушаване, ъгъл a се подбира да бъде минималният, 94°. След разрушаването на образеца, К се определя пряко по скалата
на прибора. При К = 8 J и площ на сечението на образеца F = 200 mm², KC = 0.04, J/mm² .
Пълните текстове са публикувани на адреси:
още теми по Материалознание 1 и 2 учебник по Материалознание 2
главна страница на CastingArea
|
