Kompozity s keramickou matricí

Prezentace na téma: "Kompozity s keramickou matricí"— Transkript prezentace:

1 Kompozity s keramickou matricí
Z definice kompozitního materiálu musí kompozit obsahovat nejméně jednu spojitou fázi – matrici a další fáze nespojité, které by měly být rovnoměrně rozdělené – disperze dělení dle fáze disperze – pevná = kompozit I. typu – kapalná = kompozit II. typu – plynná = kompozit III. typu

2 kompozit III. typu Pěnové hmoty - pěnová skla - pěnová keramika - pórovitost - otevřená – póry prostupné pro plyny a kapaliny - uzavřená – síť bublin snížení hmotnosti, vysoká lomová houževnatost, izotropní chování Systémy vytvářející vláknité desky - grafitová plsť - desky ze skleněných a keramických (minerálních) vláken anizotropní chování vlákna mohou být navzájem fixována pojivem, hydrofobizována na povrchu

3 kompozit II. typu především přírodní materiály dřevo
schránky mořských živočichů – sypká křemelina, zpevněné jako břidlice využití jako plnidla, tepelné a zvukové izolace, lehčené stavební materiály sedimenty sopečných hornin – zeolity (řecky zein – „vařit„ a lithos – „kámen“) hlinitokřemičité minerály s mikroporézní strukturou vyplněné vodou. využití jako sorbenty, molekulární síta, katalyzátory

4 kompozit I. typu v technice nejpoužívanější typ
rozdělení podle geometrického tvaru výztuže na vláknové a částicové (partikulární) - vlákna – krátká (whiskery) – jejich pevnost není plně využita – dlouhá – plné využití jejich pevnosti – spojitá – tvoří celý výrobek

5 vlákna neoxidická C a SiC, BN oxidická - silikátová
křemičitá skla – s alkáliemi a bez (chem.od.) minerální – azbest (chrisotil), čedičová, žárovzdorná SiO2-Al2O3 Al2O3

6 částice bez modifikační přeměny (SiC, TiC, BN, Al2O3, SiO2, leucit)
s modifikační přeměnou (např. ZrO2 stabiliz. Y2O3)

7 Keramické matrice O – 45,5 hm%
Si – 2. nejrozšířenější prvek – 27,2 hm% Al – 3., 8,3 hm%, následuje Fe a Ca SiO2 Strukturní jednotky [SiO4] – spojují se vrcholy do řetězových, cyklických, vrstevnatých či 3D struktur

8 Křemen – polymorfní, teplotní transformace, metastabilní fáze
w-SiO2 vláknitá forma, výjimečné spojení jednotek SiO4 stěnami tetraedrů - vlhkostí se rozpadá na amorfní SiO2

9 SiO2-H2O - složitý systém se spoustou modifikací - vazby Si – O – Si nahrazeny Si – OH - ve zředěných roztocích formovány křemičité kyseliny – dávají vznik křemičitanům viz dále

10 Al2O3 – korund – nejvýznamnější v oxidové keramice v modifikaci a
Teplota tání 2045°C Chemicky netečný, elektroizolační vl. 9. na Mohsově stupnici tvrdosti

11 Silikáty - křemičitany
95% hornin na Zemi, převažují křemičitany a hlinitokřemičitany historicky těsně spjaté s lidstvem – angl. silicates – z lat. silex (silicis) – pazourek jednotky SiO4 - izolované - sdílející vrcholové O – ke stabilizaci náboje kationty Li, Na, K, Ca, Mg, Al

12 neso-křemičitany –Zirkon – ZrSiO4 , Na2SiO4 , K2SiO4
součástí portlandských cementů – beton jako kompozit granát

13 ino-křemičitany – velmi hojné v přírodě, s velmi pestrým strukturním uspořádáním
nejčastější perioda 2T – amfiboly - azbesty

14 phyllo-křemičitany – vytváří vrstevnaté struktury
Nejdůležitejší minerály - jílovité – Kaolinit Al2 (Si2O5)(OH)4, Montmorillonit - slídy – Muskovit - serpentiny – Chrysotil Mg3 (Si2O5)(OH)4 , Mastek

15 živce - NaAlSi3O8, KAlSi3O8, CaAl2Si2O8
tekto-křemičitany tvoří 60% zemské kůry živce - NaAlSi3O8, KAlSi3O8, CaAl2Si2O8 důležité přírodní suroviny keram. a skl. prům. zvětráváním živců vznikají kaoliny 2KAlSi3O8 + CO2 + H2O → Al2(Si2O5)(OH)4 + 4SiO2 + K2CO3

16 Keramika – anorganický, nekovový materiál, vznikající tvarováním plastických keramických surovin, vysušením a následným výpalem – slinutím nad 700°C Vlastnosti ovlivněny: chemickým a fázovým složením mikrostrukturou Třídění podle výsledného minerálu – korundová, mullitová,… podle třídy chemických sloučenin – oxidová, neoxidová podle použití – tradiční, konstrukční samostatná skupina – žáromateriály – SiO2, Al2O3,MgO, ZrO2 – odolné 1500°C i víc

17 Keramické suroviny: Suroviny plastické: přírodní – tradiční keramika
odpadní – v menší míře syntetické – pro konstrukční keramiku Suroviny plastické: Kaoliny – 80 a více % kaolinitu, smícháním s vodou tvarovatelné těsto, po vysušení tuhé a křehké, předvypálením nad 500°C odstranění krystal. H2O, výpalem nad 1050°C vzniká mullit a skelná fáze Al2O3.2SiO2.2H2O °C→ Al2O3.2SiO2 + 2H2O 2(Al2O3.2SiO2) °C→ 2Al2O3.3SiO2 + SiO2 amorf 3(2Al2O3.3SiO2) >1050°C→ 2(3Al2O3.2SiO2) + 5SiO2 SiO2 amorf >1050°C→ SiO2 crystobalit

18 Suroviny neplastické:
– funkce přísad: ostřivo – snižuje smršťování při sušení, zvyšuje teplotu výpalu – křem.písek, a-Al2O3, SiC tavivo – snižuje teplotu výpalu, tvoří taveninu vyplňující póry – živce, skla suroviny s vysokým obsahem CaO, MgO – zvyšují žárovzdornost