12. Keramické materiály

KERAMICKÉ
MATERIÁLY
A KOMPOZITY
Ing. V. Kraus, CSc.
Opakování z Nauky o materiálu 1

KERAMICKÉ MATERIÁLY
výborná odolnost proti žáru
odolnost proti kyselinám a roztaveným kovům
velká tvrdost (odolnost proti opotřebení)
malý součinitel tepelné a elektrické vodivosti
nízká houževnatost
Opakování z Nauky o materiálu 2

Hlediska dělení keramiky
Podle použití:
užitková
jemná
stavební
žárovzdorná
konstrukční
Krystalická stavba
amorfní
krystalická
Chemická vazba
iontová
kovalentní
kovová
Opakování z Nauky o materiálu 3

Výrobky konstrukční keramiky
Oxidická keramika:
křemičitá
korundová
zirkonová
periklasová
titanová
Cr 2
O 3
, BeO
směsná (feritová)
Neoxidická keramika:
karbidy
(WC, TiC, SiC, B 4
C, UC)
nitridy
(Si 3
N 4
, BN)
boridy
(TiB 2
, ZrB 2
, CrB 2
)
silicidy
(MoSi 2
)
Opakování z Nauky o materiálu 4

Fyzikální vlastnosti některých
keramických materiálů
Materiál
Hustota
ρ
/g.cm -3 /
Modul
pružnosti E
/GPa/
Pevnost
v ohybu
R mo
/MPa/
Lomová
houževnatost
K IC
/MPa.m 1/2 /
Lin. tepelná
roztažnost
α
/10 -6 K/
Tepelná
vodivost
λ
/W.m -1 .K -1 /
Maximální
teplota
použití T už
/ 0 C/
Al 2 O 3 3,3 – 3,98 360 340 - 440 4,5 – 5,8 6,1 – 8,1 25 - 30 1 800
Si 3 N 4 slin. 3,0 – 2,75 160 - 270 600 - 740 4,0 – 5,3 3,0 – 3,3 12 - 29 1 400
Si 3 N 4 HP 3,18 – 3,20 310 620 – 890 5,0 – 6,0 2,8 – 3,3 25 1 500
SiC slin. 3,1 3,3 - 400 450 - 500 2,4 – 4,5 4,0 – 4,8 60 - 87 1 650
ZrO 2 stabil. 5,4 160 200 1,1 10,9 3,76 2 300
Sialon 3,0 – 3,2 230 - 300 350 - 900 3,0 – 7,7 3,0 – 3,2 18 - 25
Šedá litina 7,1 80 - 100 250 80 10 - 12 50 - 54 Do 450
Opakování z Nauky o materiálu 5

Žáruvzdorné materiály
Skupina
Druh hlavní složky /% hmotn./
Křemičité – křemenné sklo
- dinas
SiO 2 > 98
> 93
Hlinitokřemičité – korundové
- šamotové
Al 2 O 3 > 90
> 15 < 45
Hořečnaté – periklasové
MgO > 85
Hořečnatovápenité – dolomitové
• 35 < 65
Hořečnatochromité - chromité
• 25 , Cr 2 O 3 > 35
Zirkoničité ZrO 2 > 85
Uhlíkaté – grafitizované
- uhlíkové
C > 96
> 85
Dinasové materiály - polymorfie SiO 2 složitá a doprovázena velkými
objemovými změnami - do 1700 °C C -
Šamotové materiály - eutektikum SiO 2 -Al 2 O 3 1587 °C C - další oxidy snižují
teplotu tání - pojivo žárovzdorné jíly (kaolinit) + ostřivo (pálené lupky) -
Opakování z Nauky o materiálu 6

KOMPOZITY
Dělení dle:
Kompozit =
matrice +
zpevňující fáze
(min. 5 %)
materiálu matrice
morfologie fází
technologického
(výrobního) hlediska
Opakování z Nauky o materiálu 7

Dělení kompozitů
dle materiálu matrice:
dle morfologie fáze:
kovové
polymerní
keramické
kombinace
uvedených systémů
disperzní
částicové
částicové (partikulární,
granulární - částice pravidelných
nebo nepravidelných tvarů,
plynné inkluze)
vláknové (s dlouhými nebo
krátkými vlákny, uspořádané
nebo neuspořádané)
Opakování z Nauky o materiálu 8

Vlákna ρ /kg.m -3 / E /GPa/ R m /Gpa/
Skelná - Sklo A
2 480
74
3,1
- Čedič
2 500
78 – 90
3,5
- Křemen
2 200
75
6,0 – 10,0
Uhlíková - HM a UHM
1 850 – 1960
375 – 517
2,2 – 1,8
- Amorfní
1 600
až 688
2,07
Keramická - Al 2 O 3
3 150 – 4 000
172 – 470
2,1 – 2,8
Mechanické
vlastnosti
některých
vyztužujících
vláken
- SiC
- BN
Kovová – Oceli
- Al slitiny
- Ti slitiny
- W
Whiskery - Al 2 O 3
- SiC
- Grafit
- Fe
Polymerní - Bavlna
- Dřevo
3 000
1 900
7 740
2 660
4 510
19 400
4 000
3 200
3 000
7 800
1 500
1 000
400 – 600
90 - 315
210
73
118
353 - 424
2 250
840
700
210
1,1
72
2,55
1,4 – 2,4
2,8 – 4,1
0,60
0,6 – 2,2
1,0 – 4,0
15,0
21,0
19,0
13,0
0,35
0,90
- PA Nylon
1 140
6 – 22
0,4 – 1,0
- Aramid Kevlar
1 450
58 - 146
2,4 – 4,6
Kompozity: Epoxy – C sklo
1 600
71 – 300 (8,2 – 71)
0,5 – 3,1 (0,035)
Epoxy – kevlar
1 330
40 – 85 (5,6)
1,4 (0,03)
PE – E sklo
1 600 – 2 000
28 – 42
4,0 – 1,3
Opakování z Nauky o materiálu 9

Vláknové kompozity
vlastnosti závislé na
uspořádání vláken
schéma porušování
(n – počet vrstev)
A - porušená vlákna vytažená
z matrice
B - trhliny na rozhraní fází
Opakování z Nauky o materiálu 10