24.01.2014 Views

Materiały spiekane, ceramiczne - Instytut Inżynierii Materiałowej

Materiały spiekane, ceramiczne - Instytut Inżynierii Materiałowej

Materiały spiekane, ceramiczne - Instytut Inżynierii Materiałowej

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

Politechnika Łódzka<br />

Wydział Mechaniczny<br />

<strong>Instytut</strong> Inżynierii Materiałowej<br />

LABORATORIUM<br />

NAUKI O MATERIAŁACH<br />

Ćwiczenie nr 11<br />

Temat: Materiały <strong>spiekane</strong>, <strong>ceramiczne</strong> i kompozytowe<br />

Łódź 2010


1. Wstęp teoretyczny<br />

1.1. Materiały <strong>spiekane</strong><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 />

Spieki 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 />

Spieki 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 />

<strong>spiekane</strong>.<br />

Węgliki <strong>spiekane</strong> - materiały nie podlegające obróbce cieplnej, ani plastycznej<br />

zawierające w strukturze 65 98 % węglików WC, TiC, TaC lub ich połączeń z Co.<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 <strong>spiekane</strong> 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 <strong>ceramiczne</strong><br />

Ceramika jest to nieorganiczny materiał o jonowych i kowalencyjnych wiązaniach<br />

atomów. W chwili obecnej określenie ceramika 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 ceramika 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 kompozyty 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 />

materiału lub stopu, w którym rozmieszczone są cząsteczki rozmiarów 0,01 ÷0, 1µm w ilości<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 cząstek o średnicy d = 0,1 ÷1,0 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 />

Zależność powyższą można przedstawić przez naprężenie i udział objętościowy V,<br />

wówczas:<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 />

<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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!