Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Produkcja materiałów ceramicznych

19,915 views

Published on

Produkcja materiałów ceramicznych

Published in: Technology
  • Be the first to comment

Produkcja materiałów ceramicznych

  1. 1. Produkcja materiałów ceramicznych
  2. 2. Wytwarzanie ceramiki składa się z następujących etapów:• Wytwarzanie proszków i mas• Formowanie• Suszenie• Kształtowanie półfabrykatów w stanie nie wypalonym• Wypalanie• Nanoszenie pokryd ceramicznych• Kształtująca obróbka koocowa
  3. 3. Wytwarzanie proszków i mas:
  4. 4. Rozdrabnianie mechaniczne surowców i mas: Rozdrabnianie grube Rozdrabnianie miałkie Sortowanie Oczyszczanie
  5. 5. Rozdrabnianie surowcówRozdrabnianie grube. Do rozdrabniania grubego używa się między innymi kruszarkę stożkową. Służy ona do rozdrabniania twardych materiałów, np. skalenia czy kwarcytu. Rys.1. Kruszarka stożkowa
  6. 6. Rozdrabnianie surowcówDo rozdrabniania grubego stosuje się także kruszarkę szczękową. Rys.2. kruszarka szczękowa
  7. 7. Rozdrabnianie surowcówRozdrabnianiemiałkie odbywa się zazwyczaj w młynach bębnowych lub kulowych.W urządzeniach tych mielenie zachodzi dzięki elementom mielącym. Rys. 3. Młyn bębnowy lub kulowy
  8. 8. Rozdrabnianie surowców Młynywibracyjne mają możliwośdwyproduko-wania ziarna o bardzo małej wielkości. Rys.4. Młyn wibracyjny kulowy
  9. 9. Rozdrabnianie surowcówMłyny mielące typu LME 4 służą do ultradrobnoziarnistego mielenia Rys. 5. Młyn mielący typu LME 4
  10. 10. Rozdrabnianie surowcówSortowanie ma na celu rozdzielenie mieszanin proszkowych o różnej wielkości ziaren. Najprostszą metoda jest przesiewanie wysuszonego surowca przez sita wibracyjne lub sita wiskozowe. Rys. 6. Sito wibracyjne
  11. 11. Rozdrabnianie surowców Oczyszczanie stosowane jest w celu oddzielenia cząstek żelaza od surowców ceramicznych.Metoda ta opiera się na oddzielaniu magnetycznym. Rys. 7. Elektromagnetyczny ferrofiltr do oczyszczania z cząstek żelaza
  12. 12. Wybrane sposoby syntezy proszków: Suszenie rozpyłowe Suszenie sublimacyjne Współstrącanie Metoda zol-żel Reakcje chemiczne w fazie gazowej
  13. 13. Synteza proszkówSuszenie rozpyłowe. Polega na przetworzeniu zawiesiny wodnego roztworu soli na suchy proszek, proces ten zachodzi poprzez rozpylanie w gorącym gazie. Zawiesina ta, jest pompowana do rozpylaczy a następnie rozpryskuje się ją na ogromną liczbę kropel.
  14. 14. Rys. 8. Suszarnia rozpyłowa współprądowa
  15. 15. Synteza proszków W suszarkach rozpyłowych używa sięrozpylaczy obrotowych, dysz ciśnieniowych oraz dysz pneumatycznych. Sposób przepływu powietrza w komorze rozpyłowej w dużym stopniu wpływa na czas suszenia kropel, czas obecności w komorze oraz tworzenie się osadów na ścianach.
  16. 16. Rys. 9. Systemy mieszania kropel rozpylonej zawiesiny ceramicznej z gorącym powietrzem w komorze rozpyłowej: a) współprądowy, b)przeciwprądowy, c) przepływ mieszany; 1-wlot gorącego powietrza, 2- wylot powietrza, 3-dopływ zawiesiny do rozpylacza
  17. 17. Synteza proszkówSuszenie sublimacyjne jest procesem, w którym wodne roztwory soli są rozpraszanepo wprowadzeniu do zimnej (- 78°C) kąpieli w heksanie lub ciekłym azocie. Roztwór zamarza w postaci kropel, które następnie sąuwalniane od rozpuszczalnika i podgrzewane aby Rys. 10. Ciekły azot odsublimowad lód
  18. 18. Synteza proszkówWspółstrącanie. Roztwór miesza się z odczynnikiem strącającym. Współstrącony osad zazwyczaj oddziela się od cieczy przez odfiltrowanie i w tym czasie ulega on rozkładowi, w wyniku czego uzyskuje się drobnokrystaliczny materiał. Najłatwiejszym wykorzystaniem tej metody jest Rys. 11. Al2O3. wytworzenie tlenków, np. Al2O3.
  19. 19. Synteza proszkówMetoda zol-żel. Metodę tą często stosuje się do otrzymywania proszków o kształcie kulistym i o nastawialnej wielkości ziaren do 2000µm. Uzyskane tą metodą proszki posiadają lepszą jednorodnośd i czystośd. Rys. 11. Włókno mullitowe otrzymane metodą zol-żel (3Al2O3 · 2SiO2)
  20. 20. Rys. 12. Przebieg metody zol-żel
  21. 21. Mieszanie i ujednorodnianie Na tym etapie procesu technologicznego dodawane są do masy odpowiednie dodatki, takie jak: -środki wiążące (lepiszcza) -środki poślizgowe lub antyadhezyjne-środki uplastyczniające (plastyfikatory) Rys. 13. Gliceryna- stosowana jako środek uplastyczniający.
  22. 22. Mieszanie i ujednorodnianieRys. 14. Alkohol etylowy- Rys. 15. Olej mineralny- stosowany jako stosowany jako środekorganiczny rozpuszczalnik poślizgowy
  23. 23. FormowanieFormowanie stanowi jeden z najważniejszych etapów procesu wytwarzania wyrobów z ceramiki technicznej. Służy ono do przekształcenia nieskonsolidowanego materiału wyjściowego w spójny, zagęszczony półfabrykat o określonej geometrii i mikrostrukturze
  24. 24. FormowanieFormowanie Formowanie Formowanie przez plastyczne przezprasowanie odlewanie
  25. 25. Formowanie przez prasowanie Polega ono na zagęszczaniuziarnistych, polidyspersyjnych ceramicznych układówmateriałów, będących bezpostaciową masą ziarnistą. Formowanie to wykonuje się za pomocą jednoosiowego lub wieloosiowego działania obciążenia ściskającego.
  26. 26. Formowanie przez prasowanie:-prasowanie jednoosiowe na zimno-prasowanie izostatyczne na zimno-prasowanie walcowe-zagęszczanie dynamiczne-formowanie nadplastyczne
  27. 27. Formowanie przez prasowanie Prasowanie jednoosiowe na zimno można podzielid na: prasowanie na mokro prasowanie na sucho
  28. 28. Formowanie przez prasowanie Poprzez prasowanie na mokro produkuje się wyroby o relatywnie równomiernym zagęszczeniu, jest takżemożliwośd wytworzenia półfabrykatów z wgłębieniami lub rowkami prostopadłymi do kierunku prasowania. Rys. 17. Prasowanie izostatyczne na mokro
  29. 29. Formowanie przez prasowanieW prasowaniu na sucho nie ma możliwości dozowania formy z nadmiarem. Naciski stempla znacznie przekraczają 30 MPa. Rys. 18. Prasowanie izostatyczne na sucho
  30. 30. Formowanie przez prasowanie Prasowanie izostatyczne na zimno. stosowane jest zazwyczaj, gdy w czasie spiekania potrzebna jest duża, prawie równomierna gęstośd wyjściowa sprasowanego półfabrykatu.Prasowanie izostatyczne na zimno można podzielid na: -prasowanie izostatyczne w mokrej matrycy -prasowanie izostatyczne w suchej matrycy
  31. 31. Formowanie przez prasowanie Prasowanie izostatyczne w mokrej matrycy przebiega poprzez napełnienie elastycznej formy proszkiem ceramicznym, szczelne jej zamknięcie, odpowietrzenie oraz prasowanie .Prasowanie izostatyczne w suchej matrycy różni się od prasowania w mokrej matrycy, tym, że napełnianie formy odbywa się w naczyniu ciśnieniowym.
  32. 32. Rys. 19. Izostatyczne prasowanie na zimno: a) w mokrej matrycy, b) w suchej matrycy
  33. 33. Formowanie przez prasowaniePrasowanie walcowe. Stosuje się do formowania cienkościennych części ceramicznych w postaci pełnej lub wewnętrznie drążonej. Tym sposobem można wyprodukowad części płaskie o grubości 0,5- 10mm oraz płyty wielowarstwowe. Rys. 20. Prasowanie walcowe
  34. 34. Formowanie przez prasowanieFormowanie nadplastyczne wykonuje się dzięki podatności drobnoziarnistych materiałów ceramicznych na znaczne wydłużanie w czasie rozciągania. Obok pokazano przykład elementu ceramicznego, który pod Rys. 21. Przykład formowania wpływem nadplastycznego rury a) stan początkowy, b) stan po ściśnięciu ciśnienia, dostosowuje się suwaków do kształtu matrycy.
  35. 35. Formowanie plastycznepasmowe wtryskowe termoplastyczne
  36. 36. Formowanie plastyczneFormowanie pasmowe . Tą metodą można wyprodukowad wydłużone półfabrykaty o niezmiennym przekroju poprzecznym. Rys. 22. Ślimakowa pompa próżniowa do pasmowego wytłaczania masy ceramicznej
  37. 37. Formowanie plastyczne Formowaniewtryskowe polega na wtryskiwaniudrobnoziarnistego proszku ceramicznego i organicznych substancji plastycznych dozamkniętej, stalowej, chłodnej formy. Rys.23. Ślimakowe formowanie wtryskowe półfabrykatów ceramicznych: a) wtryskiwanie, b) dociskanie ślimaka, c) wyrzucanie z formy półfabrykatu
  38. 38. Formowanie przez odlewanie: Odlewanie z gęstwy Odlewanie ciśnieniowe Odlewanie folii Odlewanie odśrodkowe Odlewanie żelowe Odlewanie wspomagane elektroforetycznie
  39. 39. Formowanie przez odlewanie Odlewanie z gęstwy odbywa się poprzez wlanie gęstwy do porowatej, wieloczęściowej formy, zazwyczaj gipsowej. Woda zostaje odciągana przez formę, przez co gęstwa umacnia się.
  40. 40. Rys. 24. Odmiany odlewania z gęstwy na przykładzie wytwarzania dyszy palnika: a) odlewanie jednostronne, b) odlewanie dwustronne; 1-wlewanie gęstwy do formy, 2-tworzenie się czerepu, 3-wylewanie niepotrzebnej gęstwy, 4-wysuszanie i obkurczanie się półfabrykatu dyszy, 5-odcinanie nadlewu technologicznego, 6-wyrób uformowany odlewaniem z gęstwy; A-gęstwa, B- forma gipsowa, C- rdzeo
  41. 41. Formowanie przez odlewanieOdlewanie ciśnieniowe. Odlewanie pod ciśnieniem znajduje zastosowanie w ceramice sanitarnej oraz technicznej. Zaletą odlewania ciśnieniowego jest duża szybkośd tworzenia czerepu. Rys. 25. Koło wirnikowe pompy wykonane odlewaniem ciśnieniowym
  42. 42. Formowanie przez odlewanie Odlewanie z folii stosuje się do produkcjicienkich, elastycznych, wielkopowierzchni o-wych wyrobów ceramicznych. Grubośd odlewanej Rys. 26. Wypalona mikrokonstrukcja z folii wynosi ceramiki ZrO2: a) widok folii z wgłębieniami, b) metalowe narzędzie 0,1-1,0mm. wytłaczające z kwadratowymi słupkami
  43. 43. Formowanie przez odlewanie Odlewanie odśrodkowe polega na sedymentacji koloidalnych cząstek proszku ceramicznego pod wpływem działania przyśpieszenia odśrodkowego.Rys. 27. Schematyczne przedstawienie zasady odlewania odśrodkowego
  44. 44. Formowanie przez odlewanieOdlewanie żelowe. Odlewanie tego typu może byd stosowane do produkcji części ceramicznych o relatywnie znacznie większym zagęszczeniu z różnych materiałów oraz o dowolnym kształcie iwielkości. Czas wytwarzania jest znacznie krótszy odtego, który potrzebny jest przy odlewaniu z gęstwy czy formowaniu wtryskowym.
  45. 45. SuszenieSuszenie ma na celu usunięcie ciekłej fazy międzywęzłowej.Suszenie dzielimy na: -konwekcyjne - mikrofalowe -bezpowietrzne Rys. 28. Schematyczne przedstawienie budowy i zasady działania suszarki bezprzewodowej
  46. 46. Kształtowanie półfabrykatów w stanie nie wypalonymKształtowanie ubytkowe Kształtowanie przyrostowe-obróbka w stanie zielonym -selektywne scalanie-obróbka w stanie białym laserowe -scalanie proszku strumieniem kropli lepiszcza
  47. 47. Kształtowanie półfabrykatów w stanie nie wypalonymKształtowanie ubytkowe ma na celu uzyskanie półfabrykatu o odpowiednim kształcie, poprzez usunięcie części materiału. Kształtowanie ubytkowe dzieli się na obróbkę w stanie zielonym oraz obróbkę w stanie białym. Rys. 29. Toczenie wzdłużne ceramiki SiC w stanie "zielonym" nożem z ostrzem z węglików spiekanych
  48. 48. Kształtowanie ubytkowe Obróbka w stanie zielonym polega na nadaniu niewypalonym półfabrykatom konturów zbliżonych do koocowych ichkształtów. Po obróbce w stanie zielonym wyroby posiadają tolerancję 3%. Rys. 30. Pochłaniacze ciepła z ceramiki SiSiC, obrobione w stanie zielonym za pomocą szlifowania ściernicami
  49. 49. Kształtowanie ubytkoweObróbka w stanie białym stosowana jest na wyrobach o większej wytrzymałości. Obróbkę tą przeprowadza się toczeniem, wierceniem, frezowaniem i szlifowaniem Rys. 31. Obróbka w stanie "białym" półfabrykatu z ceramiki SiC narzędziem z ostrzem z polikrystalicznego diamentu.
  50. 50. Kształtowanie przyrostoweKształtowanie przyrostowe charakteryzuje się stopniowym kreowaniu lub dodawaniu materiału. Kształtowaniem przyrostowym produkuje się części o skomplikowanych kształtach wewnętrznych.
  51. 51. Kształtowanie przyrostoweSelektywne scalanie laserowe polega na nanoszeniu warstwy poprzez aktywowanie cieplne wiązką laserową. Wymiaryczęści przetwarzane są w zbiór danych, którydzielony jest na plastry.Proszek jest nakładany Rys. 32. Zasada selektywnego scalania warstwami. laserowego
  52. 52. Kształtowanie przyrostoweScalanie proszku strumieniem kropli lepiszcza polega na nanoszeniu proszku przy użyciu rolki rozprowadzającej, następnie proszek jest scalany za pomocą głowicy. Przy użyciu tej metody można wyprodukowad kształtowe części np. z Al2O3 lub SiO2
  53. 53. Kształtowanie przyrostowe Rys. 33. Zasada scalania proszku Rys.34. Przykład częściceramicznego strumieniem kropli ceramicznej wykonanej z Al2O3 lepiszcza procesem TDP
  54. 54. WypalanieWypalanie polega na poddaniuwysuszonego wyrobudziałaniu temperatury w piecu, aby czerep ceramiczny uzyskał odpowiednie właściwości. Rys. 34. Piec do wypalania ceramiki
  55. 55. Wypalanie:-spiekanie swobodne-prasowanie jednoosiowe na gorąco-prasowanie izostatyczne na gorąco-spiekanie plazmowe-spiekanie mikrofalowe
  56. 56. Spiekanie swobodneSpiekanie swobodne jest procesem nieodwracalnym. Na początku zmniejsza się objętośd porów, następnie ziarna się zagęszczają a pory zanikają, ostatecznie cząstki powiększają się a granice Rys. 35. Model procesu spiekania międzycząsteczkowe zbioru cząstek przemieszczają się.
  57. 57. Prasowanie jednoosiowe na gorąco Prasowanie jednoosiowe na gorąco polega na nagrzewaniu i formowaniu jednocześnie. Proces ten przebiega w temperaturze 1000-1800°C. Rys. 36. Schematy urządzeo do prasowania na gorąco: a) pośrednie nagrzewanie oporowe, b) bezpośrednie nagrzewanie oporowe z doprowadzeniem prądu do stempli, c) pośrednie nagrzewanie oporowe z doprowadzeniem prądu z matrycy, d)indukcyjne nagrzewanie przewodzącej matrycy grafitowej, e) indukcyjne nagrzewanie proszku w nieprzewodzącej matrycy
  58. 58. Prasowanie izostatyczne na gorącoTechnika ta, w porównaniu do prasowania jednoosioweg o na gorąco, lepiej przybliża wyrób do kształtu ostatecznego. Rys. 37. Schemat urządzenia do izostatycznego prasowania na gorąco
  59. 59. Spiekanie plazmoweSłuży przede wszystkim do zagęszczania elementów w kształcieprętów lub rur. RYS. 37. Schemat urządzenia do spiekania plazmowego
  60. 60. Spiekanie mikrofaloweSpiekanie mikrofalowe daje możliwośd szybkiego i jednorodnego nagrzewania półfabrykatów różnych kształtów, usuwania lotnych składników oraz obniża Rys. 38. Schemat wzbudnika zastosowanego naprężenia cieplne. do spiekania mikrofalowego ceramiki ZrO2
  61. 61. Nanoszenie pokryd ceramicznych Chemiczne Fizyczne Natryskiwanie osadzanie z osadzanie z cieplnefazy gazowej fazy gazowej Stosowanie pokryd, posiadających odpowiednie właściwości, w większości przypadków jest bardziejekonomiczne w porównaniu do wytworzenia całego wyrobu z droższego materiału.
  62. 62. Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) Poprzez CVD można nanosid pokrycia o grubości do 20μm. Metodę tą przeprowadza się w temperaturze 900-1400°C. RYS. 39. Niektóre ważne etapy typowego, aktywowanego ciepłem procesu CVD: a) doprowadzenie substratów w parze, b) jednofazowe reakcje zachodzące w parze, c) adsorpcja cząsteczek gazu, d) dyfuzja powierzchniowa zaabsorbowanych cząsteczek, e) reakcje chemicznena powierzchni podłoża, f) desorpcja produktów reakcji, g) odprowadzanie gazowych produktów ubocznych
  63. 63. Chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD)Rys. 40. Schemat instalacji do chemicznego osadzania pokryd SiC z fazy gazowej
  64. 64. Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) Magnetronowe Reaktywne Rozpylanie rozpylanie rozpylanie jonowe jonowe jonoweW procesie PVD materiał pokryciowy znajduje się watmosferze próżni. W porównaniu z CVD , nanoszenie powłok odbywa się w temperaturze 200-500°C.
  65. 65. Natryskiwanie cieplne wybuchowo- płomieniowe płomieniowe łukowe plazmowe laseroweNatryskiwanie cieplne w porównaniu z CVD i PVD, umożliwia nanoszenie grubszej warstwy, mieszczącej się w zakresie 10²-104μm, a nawet kilkudziesięciu milimetrów.
  66. 66. Kształtująca obróbka koocowaObróbkę koocową ceramiki technicznej wykonuje się między innymi poprzez skrawanie, ścieranie oraz erodowanie
  67. 67. Test sprawdzający wiedzę Test składa się z 11 pytao.Maksymalna liczba punktów, którą można uzyskad wynosi 16pkt.Aby uzyskad pozytywny wynik testu należy zdobyd minimum 50% punktów.
  68. 68. Instrukcja do testu1.Gdy otworzy się strona z testem naciśnij przycisk „continue”2. Gdy odpowiesz na pytanie, naciśnij na przycisk „submit”, znajdujący się w prawym dolnym rogu.3. Po zakooczeniu testu pojawi się informacja, czy test został zaliczony.4. W tabelce w pozycji „your score” pokazane jest ile uzyskałeś punktów
  69. 69. Test koocowy

×