Osnowa – ciągły składnik materiału
kompozytowego, który występuje w większej ilości.
W osnowie mieści się faza wzmacniająca.
Materiały kompozytowe dzielimy ze względu na
materiał osnowy.
Zadaniem osnowy jest:
-spajanie fazy wzmacniającej
-przeniesienie obciążeń na zbrojenie
-nadanie ogólnego kształtu
Faza wzmacniająca (zbrojenie) – faza znajdująca
się w osnowie, która może mieć postać:
a) nanocząstek,
b) ziaren(cząstek o rozmiarze około 1um)
c) ciętych włókien krótkich i długich
d) włókien ciągłych (jedno- lub dwukierunkowe)
Własności kompozytów zależą od:
-właściwości osnowy i fazy wzmacniającej
-ilości, wielkości i orientacji zbrojenia
-powiązania osnowy i fazy wzmacniającej
Kompozyty o osnowie ceramicznej – materiały
kompozytowe, w których ceramika zwykle
występuje w większej ilości (w postaci osnowy).
Związki tworzące osnowę ceramiczną:
-Al2O3 -Si3N4 -ZrO2 –Szkło -Węgiel
Fazę zbrojąca w kompozytach ceramicznych
stanowią cząstki lub włókna. Jest to druga – obok
osnowy - faza materiału kompozytowego. Zwykle
na niej skupia się zadane obciążenie.
Jako wzmocnienie można stosować również tzw.
preformy – odpowiednio ukształtowane porowate
wkładki służące do lokalnego zbrojenia.
Cząstki - związki chemiczne typu tlenków (SiO2,
Al2O3, TiO2, ZrO2),
węglików (SiC, TiC), grafitu.
Wielkość stosowanych cząsteczek waha się w
granicach od kilku do kilkuset mikrometrów.
Udział objętościowy cząsteczek może przekraczać
25%, a dla niektórych układów
dochodzi nawet do 60%.
Włókna - stosuje się włókna metalowe, ceramiczne,
z tworzyw sztucznych oraz wiskery (włókna
monokrystaliczne).
Tak jak w poprzednim przypadku, udział
objętościowy włókien stanowi maksymalnie 60%.
Podstawowe własności kompozytów ceramicznych:
-odporność na działanie wysokiej temperatury
-żarowytrzymałość
-odporność na utlenianie
-duża twardość i sztywność
-mała wytrzymałość na rozciąganie
-niska wytrzymałość na nagłe obciążenia
-słaba odporność na zmiany temperatury
Materiały ceramiczne – grupa materiałów
nieorganicznych wytworzonych zwykle w
nieodwracalnych, wysokotemperaturowych
procesach.
Do grupy mat. ceramicznych zaliczają się:
-ceramika inżynierska
-cermetale
-ceramika narzędziowa
-ceramika porowata
-ceramika szklana
-szkła
Wiązania występujące w materiałach
ceramicznych:
- jonowe - kowalencyjne
Wiązania jonowe powstają na skutek przyłączenia
elektronów walencyjnych jednego atomu przez
drugi.
Powstają wtedy jony które oddziałują na siebie
siłami elektrostatycznego przyciągania.
Wiązanie jonowe powoduje:
• dużą oporność elektryczną i cieplną; • kruchość;
• twardość; • odporność na ścieranie; • przeźroczystość;
Wiązanie kowalencyjne polega na uwspólnieniu
elektronów walencyjnych atomów. Wiązanie takie
występuje najczęściej pomiędzy atomami tego
samego pierwiastka.
Wiązania te powodują:
• dużą twardość i odporność na ścieranie;
• brak przewodnictwa elektrycznego;
• wysoką temperaturę topnienia materiału;
• dużą odporność na korozję;
Składnikami ceramiki są następujące pierwiastki
niemetaliczne:
• Al, Zr, które tworzą tlenki;
• B, Ti, Si tworzące azotki;
• W, Ti, wchodzące w skład węglików.
Poza tym krzem wchodzi w skład sialonów,
krzemionki oraz szkła.
Procesy wytwarzania materiałów ceramicznych nie
należą do łatwych. Główną tego przyczyną jest
konieczność stosowania materiałów wzmocnienia
odpornych na działanie wysokich temperatur oraz
nierzadko żarowytrzymałych.
Nagrzewanie do wysokich temperatur i chłodzenie
materiałów składowych kompozytu powoduje
powstawanie niekorzystnych naprężeń, mogących
prowadzić do pękania osnowy ceramicznej bądź
wyciągania zbrojenia.
Metody wytwarzania kompozytów ceramicznych:
• polegające na prasowaniu i spiekaniu-
kompozyty zbrojone cząsteczkami i
whiskerami,
• wykorzystujące gęstwę - kompozyty o osnowie
szklanej i szklanoceramicznej,
• formowanie przetłoczne - kompozyty o
osnowie szklanej, szklanoceramicznej,
• samorozwijająca się synteza
wysokotemperaturowa,
• osadzanie próżniowe metodami chemicznymi
lub fizycznymi - najczęściej stosowany proces
CVD.
wojtastychy1