Spieki i ceramika, kompozyty - Instytut Inżynierii MateriaÅowej
Spieki i ceramika, kompozyty - Instytut Inżynierii MateriaÅowej
Spieki i ceramika, kompozyty - Instytut Inżynierii MateriaÅowej
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Politechnika Łódzka<br />
Wydział Mechaniczny<br />
<strong>Instytut</strong> Inżynierii Materiałowej<br />
LABORATORIUM<br />
NAUKI O MATERIAŁACH<br />
Ćwiczenie nr 10<br />
Temat: <strong>Spieki</strong> i <strong>ceramika</strong>, <strong>kompozyty</strong><br />
Łódź 2010
1. Wstęp teoretyczny<br />
1.1. Materiały spiekane<br />
Stosowane dotychczas w technice materiały wytwarzane są drogą stapiania<br />
składników, a metody ich otrzymywania wywodzą się ze stanu płynnego. Wiadomo jednak,<br />
że nie wszystkie składniki wykazuję wzajemną rozpuszczalność w fazie ciekłej lub z uwagi<br />
na wysokie temperatury topienia doprowadzenie ich do startu płynnego byłoby technicznie<br />
bardzo trudne.<br />
Metoda wytwarzania materiałów technicznych, w których nie przechodzi się przez stan<br />
płynny nazywana jest metalurgią proszków. Zaletami tej technologii są:<br />
ekonomiczność produkcji masowej,<br />
praktycznie bezodpadowość produkcji,<br />
możliwość bardzo szerokiego modyfikowania wyrobów,<br />
możliwość tworzenia materiałów kompozytowych.<br />
Materiałami wyjściowymi w metalurgii proszków są proszki metali, metaloidów lub<br />
ich związków, które podlegają następującym operacjom:<br />
przygotowanie proszków,<br />
zagęszczanie (np. prasowanie matrycowe),<br />
spiekanie,<br />
kalibrowanie.<br />
Proszki metali wytwarza się jedną z następujących metod:<br />
a) rozpylania ciekłego metalu sprężonym powietrzem (RZ),<br />
b) rozpylania wirującą tarczą z łopatkami (BPG),<br />
c) rozpylania strumieniem wody,<br />
d) elektrolityczną,<br />
e) rozdrabniania mechanicznego "Hametag",<br />
f) karbonylkową.<br />
Tak przygotowane proszki miesza się z substancjami nadającymi od powiędnie cechy<br />
podczas prasowania, które przeprowadza się na prasach 10 ÷ 3000 t umieszczając materiał<br />
w matrycach. Spiekanie polega na wyżarzaniu sprasowanych części w atmosferze ochronnej<br />
z udziałem lub bez fazy ciekłej. Podczas spiekania zachodzą procesy dyfuzyjne oraz procesy<br />
płynięcia wiskozyjnego prowadzące do ujednolicenia materiału. Tak wykonane spieki
wykańcza się mechanicznie - stosując przetłaczanie wykańczające lub obróbkę skrawaniem.<br />
<strong>Spieki</strong> można poddawać również w zależności od ich przeznaczenia nasycaniu<br />
niemetalami (siarka, żywica epoksydowe, fenolowe, teflon), obróbce galwanicznej lub<br />
obróbce dyfuzyjnej, chromowaniu, nawalaniu, aluminiowaniu.<br />
<strong>Spieki</strong> możemy podzielić na:<br />
a) spieki węglików na narzędzia do obróbki mechanicznej,<br />
b) spieki metali trudnotopliwych,<br />
c) spieki porowate na łożyska porowata lub uszczelnienia,<br />
d) spieki magnetyczne i na styki w elektrotechnice,<br />
e) cermetale jako konstrukcyjny materiał żaroodporny lub cierny,<br />
f) na wyroby zastosowania masowego.<br />
Najbardziej typowe materiały narzędziowe z grupy tworzyw spiekanych stanowią węgliki<br />
spiekane.<br />
Węgliki spiekane - materiały nie podlegające obróbce cieplnej, ani plastycznej<br />
Charakteryzuję się wysoką twardością w wysokich temperaturach, odpornością na ścieranie<br />
i znaczne kruchością.<br />
Głównym składnikiem węglików spiekanych jest WC. Gatunki zawierające WC+Co<br />
służą do obróbki żeliwa, metali nieżelaznych, mas plastycznych, materiałów ceramicznych,<br />
węgla i szkła.<br />
Do obróbki stali stosuje się gatunki węglików zawierające TiC, co ok. 20-krotnie<br />
zmniejsza skłonność do zgrzewania się z materiałem obrobionym.<br />
Dodatek TaC powoduje zmniejszenie skłonności do erozji, a ponadto powoduje<br />
wzrost twardości w wysokich temperaturach i wytrzymałości na zginanie.<br />
Węgliki spiekane wykorzystywane są do produkcji:<br />
- nakładek narzędzi w obróbce wiórowej (w postaci wymiennych płytek),<br />
- ostrzy świdrów i narządzi górniczych,<br />
- narzędzi do obróbki plastycznej.
1.2. Tworzywa ceramiczne<br />
Ceramika jest to nieorganiczny materiał o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach<br />
atomów. W chwili obecnej określenie <strong>ceramika</strong> obejmuje: ceramikę klasyczną (opartą na<br />
glino-krzemach), bardzo czyste i silnie zagęszczona jednoskładnikowe układy tlenków,<br />
węglików, azotków i cermetale.<br />
Struktury krystaliczne ceramik są liczne i różnorodne. Zmieniają się one od zakresu<br />
sześciennej struktury MgO poprzez warstwową strukturę miki do wstęgowej struktury azbestu<br />
amfibolowego. Struktury te wykazują niską symetrię, co może powodować zjawisko<br />
piezoelektryczności, powstawania ładunków statycznych przy odkształceniach sprężystych<br />
(np. kwarc).<br />
Własności mechaniczne materiałów ceramicznych charakteryzuje brak plastyczności,<br />
duża twardość, sztywność i dobra wytrzymałość na ściskanie. Wytrzymałość na rozciąganie<br />
jest mała na skutek oddziaływania mikropęknięć.<br />
1.2.1 Ceramika klasyczna<br />
Klasyczne odmiany ceramiki produkowane są z trzech składników: gliny, krzemionki,<br />
skalenia. Glina składa się głównie ze złożonych połączeń Al2O3, SiO2, i H2O i dzięki niej<br />
jest możliwa obróbka plastyczna przed wypaleniem. Krzemionka jest krystaliczną odmianą<br />
SiO2, zwaną także kwarcem. Jest to tani składnik ogniotrwały. Skaleń potasowy zawiera<br />
K2O, Al2O3 i SiO2. Jest to składnik niskotopliwy, który podczas wypalania tworzy szkło<br />
i wiąże krystalicznie składniki ogniotrwała<br />
1.2.2 Ceramika nowoczesna<br />
Termin ten ograniczony jest tutaj do opisania prostych związków, takich jak: tlenki, węgliki<br />
i azotki, które są obecnie wytwarzane w czystym stanie krystalicznym o bardzo małej lub<br />
zerowej porowatości. W przeciwieństwie od ceramiki tradycyjnej nowa <strong>ceramika</strong> wymaga<br />
bardzo ścisłej kontroli jakości, w celu uzyskania ściśle określanego produktu. Proces<br />
wytwarzania tej ceramiki polega typowo na spiekaniu lub prasowaniu na gorąco suchych<br />
proszków. Przykładami nowej ceramiki są: tlenek berylu i tlenek uranu, stosowane
w reaktorach atomowych, węglik boru najtwardszy ze znanych materiałów, stosowany na<br />
lekkie płyty pancerne i na łożyska gazowe; węglik krzemu, stosowany od dawna na elementy<br />
grzejne, materiały ogniotrwałe i ścierne, azotek krzemu, stosowany na doświadczalne łopatki<br />
turbin gazowych i łożyska; tytanian baru, charakteryzujący się stałą dielektryczny powyżej<br />
1000, albo jego modyfikacje, które mają stałe dielektryczne dochodzące do 10000<br />
1.3 Materiały kompozytowe<br />
Wymagania stawiane materiałom przez nowoczesną, stale rozwijającą się technikę, nie mogą<br />
być już w wielu przypadkach zaspokajane przez istniejące tradycyjne materiały<br />
konstrukcyjne, nawet po zastosowaniu do nich wielu zabiegów ulepszających, podnoszących<br />
ich własności mechaniczne. Ostatnie lata przyniosły więc rozwój nowej grupy materiałów,<br />
zwanych materiałami kompozytowymi, które powszechnie uważa się za materiały<br />
przyszłości, tzn. takie, które są w stanie sprostać wysokim wymaganiom techniki.<br />
Podstawową zaletą materiałów złożonych jest fakt, że są one lżejsze, sztywniejsze i bardziej<br />
wytrzymałe od jakichkolwiek produkowanych uprzednio. Możliwość łączenia ze sobą<br />
materiałów o bardzo zróżnicowanych charakterystykach mechanicznych i różnorodnych<br />
formach geometrycznych stwarza olbrzymie możliwości w dziedzinie projektowania<br />
i tworzenia, nowych materiałów o ciekawych, określonych z góry własnościach.<br />
Określenie i podział materiałów kompozytowych<br />
W szerokim pojęciu praktycznym większość materiałów współczesnych stanowi<br />
kompozycje, ponieważ materiały w czystej postaci znajdują zastosowanie stosunkowo bardzo<br />
rzadko.<br />
Przyjmuje się pod określeniem <strong>kompozyty</strong> rozumieć tylko te materiały, które spełniają<br />
następujące warunki:<br />
1. kompozycja materiałowa została stworzona sztucznie,<br />
2. kompozycja musi składać się co najmniej dwóch chemicznie różnych materiałów<br />
o określonej granicy rozdziału,<br />
3. komponenty charakteryzują kompozycję swoimi udziałami objętościowymi,<br />
4. kompozycja charakteryzuje się takimi własnościami, jakich nie posiadają<br />
komponenty osobno.<br />
Ta ostatnia cecha kompozycji jest szczególnie interesująca z punktu widzenia
inżynierii materiałowej, ponieważ stwarza możliwość projektowania materiałów<br />
konstrukcyjnych o określonych własnościach mechanicznych na drodze odpowiedniego<br />
doboru komponentów;<br />
Materiały kompozytowe spełniające wymienione cztery warunki można podzielić na<br />
trzy podstawowe grupy:<br />
1. umacniane dyspersyjnie,<br />
2. umacniane cząstkami,<br />
3. umacniane włóknami ciągłymi lub nieciągłymi (dyskretnymi).<br />
Podział ten znajduje odbicie w mikrostrukturze materiałów wzmacnianych lub ogólnie<br />
mówiąc - kompozytowych. Materiały umacniane dyspersyjnie posiadają osnowę z prostego<br />
ok.15%. Jeżeli rozmiary cząstek umacniających przewyższają 1,0 m, a ich koncentracja<br />
przewyższa w przybliżeniu 25% udziału objętościowego, to tego rodzaju umocnienie zalicza<br />
się już na ogół do umocnienia cząsteczkami. Wielkość fazy zbrojącej w materiałach<br />
zbrojonych włóknami, wyrażona w procentowym udziale objętościowym, waha się<br />
w granicach od kilku procent do ok. 70% i więcej, a średnice włókna. zmieniają się od<br />
mikrometra, do dziesiątek i setek mikrometrów. Osobliwość mikrostruktury tych materiałów<br />
polega na tym:, że jeden z wymiarów fazy zbrojącej jest bardzo duży. Efektywność<br />
umocnienia materiału wyrazić można tzw. współczynnikiem umocnienia – K U , który<br />
określany jest stosunkiem naprężenia na granic plastyczności materiału kompozytowego do<br />
naprężenia na granicy plastyczności osnowy:<br />
Zależność pomiędzy współczynnikiem umocnienia i wielkościami cząstek<br />
wzmacniających, względnie stosunkiem długości włókna do jego średnicy, obrazują wykresy<br />
przedstawione na rysunku. 1. Wykresy te opracowano na podstawie danych zarówno<br />
eksperymentalnych, jak również, obliczeń teoretycznych zakładając, że materiał obciążany<br />
był równolegle do kierunku włókien zbrojących.
Rysunek 1. Wpływ ilości i wielkości komponentów zbrojących na<br />
współczynnik umocnienia K u w temperaturze otoczenia (2)<br />
Jak widać z rysunku. 1. dla materiałów umocnionych cząstkami o wymiarach zmieniających<br />
się w granicach od ok. 10 -3 do 1µm, współczynnik umocnienia K U zmienia się w granicach<br />
30 3. Wraz ze wzrostem średnicy cząstek wartość współczynnika umocnienia K U<br />
nieprzerwanie maleje, zbliżając się do dolnego przedziału pomiędzy K U = 1 i K U = 3.<br />
Dla<br />
m wielkość współczynnika K U pozostaje praktycznie nie<br />
zmieniona. Przy zbrojeniu włóknami wielkość współczynnika K U znacznie wzrasta. Ilustruje<br />
to prawa część rysunku 1. Jak widać z przytoczonych wykresów wielkość współczynnika<br />
umocnienia zależy od stosunku długości włókna ( l/d w ), średniej wytrzymałości włókna W<br />
oraz udziału objętościowego włókien zbrojących V W.<br />
1.3.1 Materiały kompozytowe wzmacniane dyspersyjnie<br />
W materiałach tych zasadnicze obciążenie przenosi osnowa. Cząsteczki dyspersyjne<br />
przeciwstawiają się ruchowi dyslokacji, powodując w efekcie pewne umocnienie materiału.<br />
Przyjmuje się zatem że stopień wzmocnienia osnowy jest proporcjonalny do zdolności<br />
przeciwstawiania się cząsteczek ruchowi dyslokacji.
Do podstawowych parametrów, od których zależy efektywność umocnienia należą:<br />
λ średnia droga swobodna w osnowie miedzy cząstkami,<br />
D p - odległość miedzy cząstkami.<br />
Wielkości te są związane ze średnicą cząsteczek – d p i wielkością ich udziału<br />
objętościowego Vp odpowiednimi zależnościami.<br />
Dyslokacje poruszając się w aktywnych płaszczyznach poślizgu mogą<br />
Przemieszczać się między cząstkami. Do tego konieczne jest jednak przyłożenie<br />
odpowiedniego naprężenia niezbędnego do ugięcia dyslokacji w pętlę półkolista.<br />
Przejście dyslokacji pomiędzy cząstkami wywołuje powstanie wokół nich<br />
zamkniętych pętli, które zmniejszają odległość miedzy cząsteczkami – Dp. Dlatego przejście<br />
następnej dyslokacji miedzy cząsteczkami wymaga już przyłożenia większego naprężenia.<br />
Wyjaśnia to problem wzmocnienia materiałów umacnianych dyspersyjnie. Główny efekt<br />
dyspersyjnego wzmocnienia polega jednak nie tyle na podniesieniu wytrzymałości<br />
kompozycji w porównaniu z wytrzymałością jej metalowej osnowy w temperaturze<br />
pokojowej, ile na obniżeniu skłonności materiału osnowy do pełzania oraz podwyższeniu jej<br />
wytrzymałości na pełzanie w szerokim przedziale temperatur, nawet do 80% temperatury<br />
topnienia osnowy.<br />
1.3.2 Kompozyty wzmacniane cząstkami<br />
W materiałach wzmacnianych, cząsteczkami osnowa, odgrywa rolę pośrednią<br />
w porównaniu z dwoma pozostałymi typami kompozycji w materiałach wzmacnianych<br />
dyspersyjnie, jak wiadomo, osnowa jest składnikiem podstawowym, przenoszącym całe<br />
obciążenie. W kompozytach zbrojonych włóknami zadanie osnowy sprowadza się do<br />
przekazania obciążenia, włóknom. Natomiast w kompozytach wzmacnianych cząstkami<br />
obciążenie przenoszone jest zarówno przez osnowę, jak i przez cząsteczki. Charakter<br />
mikrostruktury również jest pośredni, w porównaniu z pozostałymi dwoma grupami: udział<br />
objętościowy cząstek wzmacniających przewyższa 25%, a średnice cząstek i średnia droga<br />
swobodna w osnowie przekraczają 1µm.
Badania kompozycji umacnianych cząsteczkami, w obszarach poza granicą<br />
sprężystości, można podzielić na dwie grupy:<br />
1. badania dla kompozycji, w których cząsteczki wzmacniające<br />
osiągają swoją granicę plastyczności przed zniszczeniem materiału<br />
2. badania, dla kompozycji, w których cząsteczki wzmacniające nie<br />
odkształcają się plastycznie przed zniszczeniem kompozytu.<br />
1.3.3 Materiały kompozytowe wzmacniane włóknami<br />
Obciążenie (P k ) w kompozycie zbrojonym włóknami rozkłada się zarówno na włókno<br />
(P w ), jak i na osnowę (P o ). Siłę obciążającą materiał kompozytowy można więc wyrazić jako<br />
sumę dwóch składowych:<br />
wówczas:<br />
Zależność powyższą można przedstawić przez naprężenie i udział objętościowy V,<br />
Zakładając, że pod wpływem przyłożonego obciążenia osnowa i włókno odkształcają<br />
się jednakowo, stosunek obciążenia przypadającego na włókna, do obciążenia przypadającego<br />
na osnowę można wyrazić następująco:<br />
Jak wynika z podanej zależności, dla otrzymania wyższych naprężeń w włóknie<br />
zbrojącym, tzn. dla lepszego, efektywnego wykorzystania włókna, konieczne jest, aby jego<br />
moduł sprężystości możliwie znacznie przewyższał moduł sprężystości osnowy; Gdy włókno<br />
zbrojące posiada niski, w stosunku do osnowy, moduł sprężystości oraz znaczne<br />
odkształcenie względne, wówczas jego możliwości umacniania nie będą mogły być w pełni<br />
wykorzystane. Ilustruje to najlepiej rysunek 2, na którym przedstawiono wykresy rozciągania<br />
dla włókna szklanego i żywicy, oraz analogiczne wykresy dla włókna poliamidowe; i żywicy.<br />
Jak widać z rysunku, włókna szklane mogą przejąć większa część obciążenia rozciągającego,<br />
zanim żywica osiągnie swą pełną wytrzymałość na rozciąganie, po osiągnięciu całkowitego
wydłużenia względnego. Na rysunku. 2 b, sytuacja jest odwrotna. Żywica osiąga swoją<br />
granicę wytrzymałości i całkowite wydłużenie względne w momencie, gdy włókna<br />
poliamidowe są dopiero w niewielkim stopniu obciążone w stosunku do swoich pełnych<br />
możliwości. Dla zapewnienia przejęcia przez włókna możliwie największej części obciążenia<br />
wymagany jest, oprócz wymienionych uprzednio cech, odpowiednio duży udział<br />
objętościowy włókien w kompozycie.<br />
Rysunek 2. Porównanie doraźnej wytrzymałości i wydłużenia granicznego<br />
dla: a)włókna szklanego i żywicy, b) włókna poliamidowego i żywicy.(3)<br />
W literaturze określa się często maksymalny udział cylindryczny; włókien zbrojących<br />
na 80 ÷ 90%. Jednakże prowadzone badania dla kompozycji polimer-włókno szklane<br />
wykazały, że optymalny udział objętościowy włókien dla tych kompozycji waha się<br />
w granicach 50 ÷ 60%. Z badań tych wynika, że wzrost wytrzymałości kompozycji rośnie<br />
w miarę wzrostu udziału objętościowego włókien zbrojących tak długo, dopóki nie osiągnie<br />
się pewnej zawartości optymalnej, różnej dla poszczególnych typów kompozycji.<br />
Po osiągnięciu tej wartości następuje spadek wytrzymałości kompozycji, pomimo<br />
podwyższania procentowej zawartości włókien. Tłumaczyć to można w ten sposób, że po<br />
przekroczeniu optymalnego udziału objętościowego zbrojenia, zwilżenie, a następnie<br />
złączenie włókien z osnową pogarsza się obniżając tym samym wytrzymałość materiału<br />
finalnego, a także wzrastają negatywne skutki konieczności ścisłego współdziałania ze sobą<br />
materiałów o mocno zróżnicowanych własnościach fizykomechanicznych.
Przy kompozycjach wzmacnianych włóknami rozróżniamy w procesie odkształcania<br />
następujące cztery etapy:<br />
1. włókna i osnowa odkształcają się sprężyście,<br />
2. włókna odkształcają się sprężyście, a osnowa zaczyna odkształcać się<br />
plastycznie,<br />
3. zarówno włókna, jak i osnowa odkształcają się plastycznie,<br />
4. włókna zrywają się, co powoduje zniszczenie kompozycji.<br />
Włókna nieciągłe, w przeciwieństwie do włókien ciągłych, mogą być tylko częściowo<br />
nosicielami naprężeń wynikających z granicy wytrzymałości włókna. Naprężenia na końcach<br />
włókien o ograniczonej długości są bowiem mniejsze od maksymalnych naprężeń w włóknie<br />
ciągłym. Maksymalne naprężenie średnie osiągają włókna jedynie wtedy, gdy ich długość<br />
przekroczy pewna długość krytyczną lkr.<br />
1.3.4 Materiały stosowane do zbrojenia kompozytów - zbrojenie komponentami<br />
metalicznymi.<br />
Do ważnych i szeroko stosowanych komponentów zbrojących zalicza się włókna<br />
i druty metalowe. Są one produkowane z różnych metali, jak np. ze stali, tytanu i jego stopów,<br />
niklu, wolframu, molibdenu itp. przy zastosowaniu różnych metod i technologii. Mogą to być<br />
metody mechaniczne, elektrochemiczne formowanie ze stopu, osadzanie z formy gazowej.<br />
W wyniku tak różnych zabiegów technologicznych otrzymywane włókna i druty różnią się<br />
często dość znacznie od materiału wyjściowego. W związku z rosnącym zapotrzebowaniem,<br />
na bardzo cienkie druty i włókna, nastąpił gwałtowny rozwój nie mechanicznych metod<br />
otrzymywania, dających włókna i druty metaliczne o średnicach rzędu kilku lub<br />
kilkudziesięciu mikrometrów. Zmniejszenie średnicy włókna podwyższa efektywność jego<br />
wykorzysta oraz rozszerza zakres zastosowali. Ze zwiększeniem giętkości włókna<br />
wynikającym ze zmniejszenia średnicy, rodzi się możliwość stosowania elementów<br />
zbrojących w różnych formach tekstylnych (siatki, tkanin nawoje itp.).
Do czynników mających wpływ na wytrzymałość włókna metalicznego związanych<br />
z technologia ich wykonania zaliczyć można:<br />
1. Równomierność przekroju poprzecznego,<br />
2. Stan powierzchni,<br />
3. Wielkość ziarna,<br />
4. Tekstura,<br />
5. Zahartowanie,<br />
6. Skutki szybkiego chłodzenia.<br />
Szerokie zastosowanie jako komponenty zbrojące w materiałach kompozytowych<br />
znalazły wysokowytrzymałe monokryształy o dużym stosunku długości do średnicy, zwane<br />
wąsami. Kryształy te otrzymywać można z bardzo różnych materiałów, stosując przy tym<br />
również różne technologie. Ogólnie można wyodrębnić trzy rodzaje technologii: krystalizacja<br />
z fazy ciekłej, krystalizacja z fazy gazowej oraz na drodze dyfuzji fazy stałej. Poszczególne<br />
mechanizmy na ogół współdziałają ze sobą wspomagając i uzupełniając się wzajemnie.<br />
Do najbardziej znanych metod wzrostu "wąsów" zalicza się kontrolowane utlenianie<br />
metali względnie odbudowywanie ich tlenków. Jako umocnienie materiałów kompozytowych<br />
najczęściej stosuje się nitkowe monokryształy tlenków aluminium.<br />
1.3.5 Technologie stosowane przy otrzymywaniu materiałów kompozytowych<br />
Stosowane obecnie metody wykonywania materiałów kompozytowych można<br />
podzielić na dwie grupy: 1. Metody pośrednie, 2. Metody bezpośrednie. Do pierwszej z nich<br />
zaliczamy takie technologie, jak: zalewanie, nasycanie, wytłaczanie, walcowanie itp.,<br />
natomiast druga grupa obejmuje metody pozwalające na uzyskanie odpowiednich struktur<br />
włóknistych poprzez krystalizację kierunkową. Metody pierwszej grupy noszą również często<br />
nazwę metod wielooperacyjnych, ponieważ uzyskanie materiału kompozytowego w jego<br />
końcowej postaci wymaga wielu operacji przygotowawczych. Wymaga ją one na ogół<br />
pokonywania licznych trudności związanych zarówno z otrzymywaniem odpowiednich<br />
komponentów zbrojących w postaci włókien lub wiskersów, jak również właściwym<br />
przygotowaniem ich powierzchni, wprowadzeniem do osnowy, przy zachowaniu właściwego<br />
kierunku zbrojenia i dobrego, ciągłego połączenia z osnowa. Należy zwrócić uwagę na fakt,<br />
że uszkodzenie włókien, zarówno mechaniczne, jak i chemiczne, w procesie formowanie
kompozycji, w znacznym stopniu obniża własności mechaniczne materiału kompozytowego.<br />
Dla uniknięcia uszkodzeń chemicznych stosuje się wiec często specjalne pokrycia ochronne<br />
na włókna, co jeszcze bardziej komplikuje proces otrzymywania materiału kompozytowego.<br />
Przy zastosowaniu metod bezpośrednich odpadają studia przygotowywania włókien<br />
i wprowadzania ich do osnowy oraz problemy zgodności chemicznej osnowy i zbrojenia,<br />
a także wytrzymałości połączeń międzyfazowych. Mankamentem metod tej grupy jest<br />
natomiast ograniczona możliwość zmian zarówno w zestawach faz i ich udziałów<br />
objętościowych w kompozycji, jak również w liczbie odpowiednich zestawów z wymaganymi<br />
układami fazowymi stopów.<br />
Wybór odpowiedniej technologii uzależniony jest od: przeznaczenia produktu, rodzaju<br />
stosowanych kompozytów, założonych własności fizykochemicznych materiału<br />
kompozytowego. Prawidłowo wybrana i zastosowana technologia umożliwia otrzymywanie<br />
potrzebnego kształtu, wyrobu, wprowadzenie do osnowy znanej liczby włókien zbrojących<br />
bez ich uszkodzenia oraz zabezpiecza dobre połączenie na granicy włókno-osnowa, bez<br />
występowania miedzy nimi niekorzystnych oddziaływań chemicznych. Materiały<br />
kompozytowe można otrzymywać albo w formie gotowych już elementów, albo też w formie<br />
półfabrykatów (blachy, rury, profile), z których następnie wykonuje się określone wyroby.<br />
2 Cel ćwiczenia<br />
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z materiałami ceramicznymi, spiekanymi,<br />
kompozytowymi, ich zastosowaniem oraz metodami wytwarzania.<br />
3 Zadania do wykonania<br />
Dokonać obserwacji mikroskopowych wskazanych przez prowadzącego próbek<br />
Wykonać rysunki obserwowanych struktur<br />
Określić rodzaj obróbki stosowanej w odniesieniu do konkretnej próbki<br />
(tylko prasowana i spiekana po obróbce cieplnej).<br />
4 Wyposażenie stanowiska<br />
Zestaw próbek<br />
Mikroskop metalograficzny
5 Sprawozdanie<br />
Cel ćwiczenia<br />
Wstęp teoretyczny<br />
Rysunki obserwowanych struktur wraz z opisem według schematu:<br />
o Materiał<br />
o Stan materiału<br />
o Powiększenie<br />
o Trawienie<br />
Uwagi i wnioski<br />
6 Literatura<br />
1. Materiały wykładowe „Nauka o materiałach I i II”,<br />
2. L. A. Dobrzański: „Materiały inżynierskie”, WNT, Warszawa, 2006,<br />
3. J. Nowacki: „Spiekane metale i spieki z osnową metaliczną”, WNT, Warszawa 2005<br />
UWAGA:<br />
Przed przystąpieniem do wykonania ćwiczenia student zobowiązany jest<br />
zapoznać się z przepisami BHP