Poprawa efektywności systemów technologicznych dzięki kombinacji specyficznych właściwości zaawansowanej ceramiki technicznej. 1 WSTĘP Wraz z rozwojem koncepcji technologicznych rosną wymagania stawiane częściom maszyn, urządzeniom specjalnego użytku czy seryjnie produkowanym wyrobom. Bardzo często poszukiwane są ściśle określone profile właściwości tych elementów, które niejednokrotnie nie są wstanie być spełnione przy użyciu konwencjonalnych materiałów. Gdy zostaje wyczerpany potencjał optymalizacji konstrukcji i budowy, a materiały takie jak plastik czy metal osiągają limity swoich możliwości, potrzebna jest alternatywa. Zaawansowana ceramika techniczna wykazuje szczególne profile własności, które często silnie wpływają na ogólny projekt i dlatego jej użycie może w efekcie prowadzić do zupełnie nowych rozwiązań koncepcyjnych. W wielu przypadkach elementy ceramiczne stosowane w pompach, procesach mechanicznych i cieplnych lub w technice pomiarowej, pozwalają w znacznym stopniu podnieść wydajność całych systemów. Wyjątkowe właściwości materiałów ceramicznych umożliwiają wzrost zarówno precyzji kontroli procesów jak i poprawę ogólnej żywotności urządzeń technicznych. Dlatego ceramika techniczna może być istotnym kluczem do dalszej poprawy efektywności ekonomicznej i trwałości produktów oraz procesów, przyczyniając się tym samym do zrównoważonego rozwoju technologii. 2 CERAMIKA TECHNICZNA Stosowane materiały z ceramiki technicznej można zasadniczo podzielić na następujące grupy: ceramika krzemianowa ceramika tlenkowa ceramika beztlenowa. Ceramika krzemianowa zaliczana jest do najstarszych form ceramiki. Do surowców naturalnych takich jak glina dodawane są domieszki by uzyskać konkretne zmiany w własnościach materiału. Naturalne pochodzenie tłumaczy niski poziom cenowy tej grupy materiałów, w skład której można zaliczyć porcelanę, kamionkę, fajans, steatyt, kordieryt i mulit. Niniejszy dokument nie analizuje szczegółowo tej grupy materiałów, pomimo że historyczny rozwój samej fabryki FRIATEC AG w Mannheim w dużym stopniu oparty jest właśnie na kamionce. Przez wiele dziesięcioleci ten materiał ceramiczny produkowany był dla zakładów chemicznych i wykorzystywany w systemach kanalizacyjnych.
W przeciwieństwie do ceramiki krzemianowej, ceramika tlenkowa to głównie materiały o strukturze jednofazowej (> 90%). Produkcję elementów o tak silnej mikrostrukturze umożliwia zastosowanie syntetycznych proszków oraz bardzo wysokich temperatur spiekania. W tym wypadku przygotowanie proszku, obróbka i wykorzystanie energii są zwielokrotnione w porównaniu z ceramiką krzemianową co niewątpliwie wpływa na całkowite koszty produkcji. Głównymi przedstawicielami tej grupy materiałów są: tlenek glinu, tlenek cyrkonu, tlenek magnezu oraz tlenek tytanu. Ceramika beztlenowa, podobnie jak ceramika tlenkowa, produkowana jest z syntetycznych proszków jako materiał jednofazowy. Są to materiały bardzo drogie ponieważ ich produkcja wymaga znacznych nakładów i wysiłku. Główne materiały w tej grupie to węglik krzemu, azotek krzemu, azotek glinu, jak również węglik boru i azotek boru. Dokument ten skupia się na ceramice tlenkowej, gdzie najważniejszymi przedstawicielami są tlenek glinu ( Al 2 O 3 ) oraz tlenek cyrkonu ( ZrO 2 ). 3 ISTOTNE CECHY ZAAWANSOWANEJ CERAMIKI TECHNICZNEJ W porównaniu z tradycyjnymi materiałami ceramicznymi na bazie gliny, ceramika tlenkowa i ceramika beztlenowa określane są zwykle jako zaawansowana ceramika techniczna o wysokiej jakości. Zgodnie z normą ISO 15165, te materiały ceramiczne określane są jako "zaawansowane i wysoce wydajne materiały, które są głównie niemetaliczne i nieorganiczne, i które posiadają wiele szczegółowo zdefiniowanych właściwości". Niektóre wyróżniające cechy zaawansowanej ceramiki technicznej to: odporność na ścieranie ponadprzeciętna twardość niski ciężar właściwy bardzo dobra odporność na korozję w kwasach i roztworach zasadowych odporność na wysokie temperatury do 1950 C. Tym wyjątkowo atrakcyjnym właściwościom materiału towarzyszy ekonomiczny parametr "kosztów". Korzyści wynikające z zastosowania części ceramicznej powinny być przynajmniej równoważone dodatkowymi kosztami produkcji ceramiki. Czasami może być konieczna odpowiednia korekta całej konstrukcji elementu ceramicznego, co może stanowić wyzwanie dla projektanta. Z perspektywy producenta ceramiki urządzenia produkcyjne są wysoce kapitałochłonne a rozwój samych materiałów ceramicznych jest bardzo skomplikowany. Niezbędne procesy spiekania ceramiki w temperaturze ok. 1800 C są wymagające i energochłonne. Z kolei twardość i odporność na ścieranie zaawansowanej ceramiki technicznej powoduje, że dalsza jej obróbka po spiekaniu jest czasochłonna i wymagająca dużego nakładu pracy. Wyższa cena ceramiki uzasadniona jest w przypadku, gdy dana aplikacja wymaga jednoczesnej kombinacji kilku wyjątkowych właściwości od komponentu. Tak jak w przypadku łożysk ceramicznych gdzie poza dobrymi właściwościami ślizgowymi potrzebna jest odporność na atak korozyjny lub ma miejsce brak wystarczającego smarowania. Czasami może istnieć potrzeba dodatkowej izolacji elektrycznej lub produkt musi być zabezpieczony przed kontaktem z metalami zawierającymi nikiel.
W takich sytuacjach tańsze, konwencjonalne materiały osiągają swoje granice. Dlatego aplikacje z bardzo złożonymi wymaganiami często torują drogę dla efektywnego wykorzystania komponentów z zaawansowanej ceramiki technicznej. W kolejnych rozdziałach szczegółowiej omówiono kilka istotnych właściwości zaawansowanej ceramiki technicznej. 3.1 ODPORNOŚĆ NA KOROZJĘ W porównaniu z materiałami metalicznymi, ceramika tlenkowa jest odporna na ataki chemiczne, zwłaszcza w stosunku do roztworów kwasów i zasad. Produkty z ceramiki tlenkowej stosowane w są na przykład w zakładach chemicznych, gdzie powłoki z tworzyw sztucznych i metali nie zapewniają wystarczającej odporności na korozję. Zdjęcie 1 Pływak z ceramiki FRIALIT F99,7 do kontroli poziomu Nawet jeśli głównym składnikiem materiału jest wyjątkowo odporny na korozję tlenek glinu, w pewnych warunkach bardzo czyste materiały ceramiczne o czystości > 99,5% mogą również być podatne na korozję. Decydujące znaczenie dla powstawania korozji i jej intensywności ma skład chemiczny ceramiki, rozdział faz oraz warunki mikrostrukturalne. Dlatego możliwe jest, że materiały ceramiczne o nominalnie jednakowych czystościach wykazują zupełnie inne zachowanie korozyjne w zależności od ich źródła pochodzenia. Badając strukturę gęsto spiekanej ceramiki tlenku glinu, można zaobserwować większe ziarna oraz powstającą na ich granicach fazę bogatą w tlenek krzemu, która biegnie przez całą strukturę od wewnątrz na zewnątrz (Zdjęcie 2a). Tlenek krzemu jest znacznie mniej odporny na atak chemiczny od tlenku glinu, zwłaszcza gdy w fazie szklistej występują dodatkowe zanieczyszczenia alkaliami i metalami ziem alkaicznych.
Zdjęcie 2 Mikrostruktura materiału ceramicznego w początkowej fazie korozji (a) oraz w rozwiniętym stadium korozji (b) Jeżeli atak korozji występuje w fazie szklistej, na początku może on nie być widoczny, ponieważ szerokość tych międzykrystalicznych obszarów przeważnie wynosi mniej niż 1 µm. Jednakże, korozja może migrować dowolnie głęboko do materiału ceramicznego wzdłuż granic ziaren narażając na atak główne ziarna ceramiki (Zdjęcie 2b). W dłuższym czasie może to prowadzić do całkowitego zniszczenia materiału poprzez rozpuszczenie fazy szklistej i rozpuszczanie krystalitów. Proces ten określany jest jako korozja międzykrystaliczna; Im wyższy jest udział tlenku krzemu w strukturze materiału, tym bardziej intensywna jest korozja. Dlatego też FRIATEC AG produkuje materiały ceramiczne o wysokiej czystości, wolne od udziału tlenków krzemu w strukturze. Natomiast poprzez wewnętrzne procedury kontrolne zapewniony jest stale wysoki standard materiałów. Aby uzyskać więcej informacji dotyczących odporności ceramiki tlenkowej FRIALIT-DEGUSSIT na korozję w różnych warunkach odwiedź www.frialit.pl. 3.2 ODPORNOŚĆ NA WYSOKĄ TEMEPRATURĘ Materiały ceramiczne odgrywają decydującą rolę w zastosowaniach wysokotemperaturowych ze stałą temperaturą pracy od 180 C do ponad 1200 C. Ze względu na tak ekstremalne temperatury, niemożliwe jest stosowanie materiałów z tworzyw sztucznych. Wiele tworzyw w tym obszarze temperatur występuje już w stanie stopionym, lub nawet w postaci pary, natomiast metale tracą wytrzymałość wraz ze wzrostem temperatury. Stanowi to wyraźne rozróżnienie między materiałami ceramicznymi a materiałami metalicznymi. Na przykład wytrzymałość na zginanie azotku krzemu i tlenku cyrkonu jest porównywana do stali w warunkach standardowych i pozostaje praktycznie niezmieniona w temperaturze do 1000 C. Z kolei wytrzymałość na zginanie stali, w zależności od stopu, maleje już w temperaturze 300 C i wyższej.
Zdjęcie 3 Izolatory termopar z tlenku glinu DEGUSSIT Al24 w technologii pomiaru i kontroli procesów Jednym z najstarszych obszarów zastosowania ceramiki jest technika pomiarowa w wysokiej temperaturze, gdzie jest ona stosowana do rur ochronnych termopar, w temperaturze pracy ponad 1900 C (patrz Zdjęcie 3). Dobre własności wysokotemperaturowe ceramiki bazują na wysokiej temperaturze topnienia czystych tlenków wynoszącej odpowiednio 2050 C dla tlenku glinu i 2600 C dla tlenku cyrkonu. Własności te mogą uzyskać komponenty tylko wtedy, gdy do ich produkcji wykorzystany został bardzo czysty, wysokiej jakości materiał podstawowy. Elektryczne właściwości izolacyjne, odporność na ścieranie i stabilność wymiarowa utrzymywane są w temperaturze do 1800 C, w szczególności dla tlenku glinu. Poprawę stabilności wymiarowej ceramiki uzyskuje się dzięki większej porowatości. W przypadku wyższych wymagań dotyczących odporności na szok temperaturowy materiału, pod uwagę powinny być brane azotek krzemu lub porowaty tlenek glinu. Zasadniczo bardziej wrażliwe na zmiany temperatury są duże i grubościenne elementy niż kształtki małe i cienkościenne. Dzięki zaawansowanym procesom produkcji i obróbki można wytworzyć z tych wysoce wytrzymałych materiałów ceramicznych różnorodne kształty części wykorzystywanych w budowie maszyn i urządzeń. 3.3 TWARDOŚĆ I ODPORNOŚĆ NA ŚCIERANIE Właściwości ceramiki determinowane są przez dobór składników chemicznych, typ wiązań i strukturę krystaliczną. W metalach występują wiązania metaliczne gdzie rdzeń atomowy otoczony jest gazem elektronowym co tłumaczy ich ciągliwość i wysoką przewodność elektryczną. Natomiast w ceramice występują wiązania jonowe i kowalencyjne powodujące silne siły wiązania. Tłumaczy to zarówno wysoki moduł odkształcalności liniowej Younga, wysoką twardość, wysoką temperaturę topnienia i niską rozszerzalność cieplną, ale również podatność na kruche pękanie ceramiki. Istnieje dodatkowy mechanizm w ceramice a w szczególności tej na bazie tlenku cyrkonu, mający pozytywny wpływ na jej właściwości w przypadku umiejętnego zastosowania. Poprzez transformację fazową i rozwój różnych faz prowadzi się do hartowania materiału ceramicznego i uzyskuje się jego wysoką wytrzymałość na zginanie.
Zdjęcie 4 Wirnik pompy z tlenku cyrkonu FRIALIT FZM Istnieją dwa podstawowe mechanizmy zużycia tribologicznego zużycie uderzeniowe i zużycie cierne. Przy zużyciu uderzeniowym, pod wpływem zderzenia cząstek, zachodzi erozja powierzchni. Natomiast zużycie cierne występuje, gdy dwa elementy trą wzajemnie o siebie wywołując miejscowo wysokie naprężenia i ciśnienie co w rezultacie prowadzi do naprężeń ścinających, pękania i wysokiej temperatury punktowej. Wysoka temperatura może w efekcie doprowadzić do stopienia powierzchni lub reakcji chemicznej niszczącej powierzchnie stykowe części. Zjawisko takiego zużycia występuje w urządzeniach takich jak wały obrotowe, gniazda zaworów, matrycach do ekstruzji i w matrycach ciągowych. Są to elementy doskonale nadające się do zastosowania ceramiki ze względu na jej dużą wytrzymałość na tarcie. Zdjęcie 5 Klasyfikator z tlenku glinu FRIALIT F99.7 3.4 ELEKTRYCZNE WŁASCIWOŚCI IZOLACYJNE Właściwości elektroizolacyjne elementów, takich jak przepusty elektryczne oraz części izolacyjne są istotnym wymogiem dla funkcjonalności wielu urządzeń technicznych. Szeroki zakres zastosowań takich elementów odpowiada zróżnicowanej gamie dostępnych materiałów izolacyjnych. Materiały z ceramiki tlenkowej stosowane są zwykle tam, gdzie wymagane profile właściwości nie mogą być spełnione przez inne, tańsze materiały izolacyjne.
Jednym z przykładów jest wymóg wysokiej odporności elektrycznej i wysokiej wytrzymałości mechanicznej w temperaturze pracy powyżej 500 C przy jednoczesnej odporności na gwałtowne zmiany temperatury, odporności na działanie wysokich sił mechanicznych i / lub korozji. Ceramika tlenku glinu jest często jedynym materiałem izolacyjnym spełniającym te wymagania. Zdjęcie 6 Zakończenia kablowe z tlenku glinu FRIALIT F99,7 4 CERAMIKA W KOMPOZYTACH Pomyślne wykorzystanie elementów ceramicznych zawsze zależy od dokładnej znajomości parametrów aplikacji i sytuacji montażowej. Oprócz obciążeń termicznych i mechanicznych działających na materiał, ważne jest aby wiedzieć, w jaki sposób materiał ceramiczny zintegrowany jest z ogólną konstrukcją. 4.1 METODY ŁĄCZENIA NA WCISK Metoda łączenia ceramiki z metalami poprzez pasowanie termokurczliwe, stosowana jest wszędzie tam gdy to możliwe, ponieważ zapewnia ona dużą niezawodność w warunkach operacyjnych przy stosunkowo niewielkim nakładzie technicznym. W indywidualnych przypadkach wprowadzenie dodatkowej plastycznej warstwy pośredniej pomiędzy ceramiką a metalem np. złota lub cyrkonu, gwarantuje trwale uszczelnione złącze. Jako typowy przykład tej metody łączenia przedstawiono pierścień blokujący w maszynach do formowania wtryskowego (Zdjęcie 7) wykonany z tlenku cyrkonu (rodzaj materiału: FRIALIT FZM) wciśnięty skurczowo w stal.
Zdjęcie 7 Pierścień blokujący z tlenku cyrkonu FRIALIT FZM i stalowej tulei zewnętrznej Wewnętrzne badania wykazały, że wytłoczenie materiału ceramicznego wciśniętego termokurczliwie w stalowy pierścień o średnicy 19 mm i długości 17 mm, wymaga użycia siły wynoszącej co najmniej 25 kn, w temperaturze pokojowej. 4.2 METODY ŁĄCZENIA SPOIWEM 4.2.1 KLEJENIE KLEJAMI ORGANICZNYMI Tę technikę wykorzystuje się głównie do zastosowań wymagających wysokiej wytrzymałości łączeń w temperaturze pracy około 150 C oraz wtedy, gdy nie mogą być zastosowane łączenia na wcisk, na przykład ze względów konstrukcyjnych. Wytrzymałość na ścinanie tych kompozytów wynosi 50 MPa w temperaturze pokojowej w przypadku użycia szczególnych klejów organicznych w połączeniu z odpowiednią pod względem przyczepności konstrukcją. Jednym z typowych produktów wykonanych przez łączenie klejem jest tłok pompy wykonany z ceramiki Al 2 O 3 (rodzaj materiału: FRIALIT F99.7) połączonej ze stalą nierdzewną (Zdjęcie 8). Zdjęcie 8 Tłok pompy z tlenku glinu FRIALIT F99,7 klejonym ze stalą nierdzewną 4.2.2 LUTOWANIE PRZY UŻYCIU LUTÓW SZKLANYCH Ta technika łączenia opiera się przede wszystkim na zastosowaniu lutów szklanych o rozszerzalności cieplnej dopasowanej do rozszerzalności ceramiki, ponieważ szkło nie wykazuje metalicznych
właściwości ciągliwości. Dzięki tej metodzie z łatwością można uzyskać łączenia ceramiki z ceramiką o wytrzymałości 100 MPa w temperaturze pokojowej. Obecna technologia ogranicza maksymalną temperaturę pracy szklanych łączeń ceramiki z ceramiką do 1100 C w powietrzu. Zdjęcie 9 pokazuje przykład konstrukcji, która używana jest na tym poziomie temperatury. Zdjęcie 9 Generator ozonu wytworzony przez lutowanie szkłem ceramiki FRIALIT F99,7 4.2.3 WSPÓŁSPIEKANIE I ZGRZEWANIE DYFUZYJNE Technika współspiekania stosowana jest na przykład w produkcji cel pomiarowych przepływomierzy elektromagnetycznych. Elektroda z cermetu i platyny łączona jest z ceramiką zapewniając szczelność w wysokiej próżni. Dla rurowej celi pomiarowej wykonanej z tlenku cyrkonu FRIALIT FZM z cermetowymi elektrodami w środkowej części, przy ciśnieniu wewnętrznym 60 bar uzyskuje się szczelność <10-10 mbar l / stosując Hel jako gaz testowy. Do wywołania pęknięcia celi pomiarowej przedstawionej na Zdjęciu 10 użyte musi być ciśnienie > 1000 bar. Części, rozrywane w takich badaniach nie wykazują żadnych przeważających pęknięć w obszarze elektrod z cermetalu co dowodzi, że w tym obszarze dominują niskie naprężenia. Zdjęcie 10 Cela pomiarowa z tlenku cyrkonu FRIALIT FZM do przepływomierzy elektromagnetycznych
Czasami elementy z czystej ceramiki wymagają struktury, która ze względu na wysoki stopień skomplikowania może być wyprodukowana jedynie przy użyciu stosunkowo trudnych i kosztownych metod. Jeśli dany element wymaga stałego łączenia elementów z tego samego materiału ceramicznego możliwym rozwiązaniem jest zgrzewanie dyfuzyjne. Tą techniką wyprodukowano wirnik pompy z FRIALIT F99,7 przedstawiony na zdjęciu 11. Zdjęcie 11 Zgrzewany dyfuzyjnie wirnik pompy z tlenku glinu FRIALIT F99,7 4.2.4 LUTOWANIE LUTAMI METALICZNYMI W przypadku złożonych aplikacji w urządzeniach elektrycznych i instalacjach technicznych, wymagania nałożone na komponenty metal-ceramika to często połączenie wysokiej zdolności izolacyjnej materiału ceramicznego i wysokiej szczelności w próżni z wysoką wytrzymałością mechaniczną w temperaturze powyżej 500 C. Od ponad 60 lat łączy się ceramikę alundową Al 2 O 3 z różnymi typami metali. Zdjęcie 12 Klasyczne lutowane przepusty do UHV z tlenku aluminium FRIALIT F99,7 4.2.5 LUTOWANIE METODĄ MoMn Klasyczna technologia produkcji przepustów elektrycznych i elementów izolacyjnych o właściwościach opisanych powyżej, opiera się na metodzie molibden-mangan, która została opracowana w pierwszej połowie ubiegłego stulecia. Punktem wyjściowym dla tej metody jest mieszanina proszkowa składająca się z molibdenu, manganu i dodatków krzemianowych, która
przekształcana jest do postaci pasty poprzez dodanie organicznego spoiwa. Dzięki regulacji lepkości tej pasty możliwe jest nakładanie jej na powierzchnię ceramiki Al 2 O 3. Stopiony materiał utwardza się w miarę ochładzania, co w efekcie daje stale związaną warstwę ciała stałego na powierzchni ceramicznej. Ponieważ większość komercyjnie dostępnych lutów beztopnikowych do lutowania próżniowego nie zwilża wystarczająco tej warstwy, jest ona na ogół dodatkowo pokrywana warstwą kilku mikrometrów niklu przy pomocy metody galwanicznej. Tak przygotowana powłoka może być przylutowana do wybranych części metalowych np. w atmosferze gazu obojętnego lub w próżni przy dostatecznie niskim ciśnieniu resztkowym. Używanym w tej metodzie lutem jest eutektyczna mieszanina srebra i miedzi. Zdjęcie 13 przedstawia przekrój poprzeczny przez ceramikę FRIALIT F99,7 lutowaną materiałem 1.3917 przy użyciu opisywanej metody. Próby wytrzymałości na rozciąganie wykazały, że to łączenie materiałów ceramiki z metalami uzyskuje wartości wytrzymałości powyżej 100 MPa. Zdjęcie 13 Przekrój poprzeczny przez ceramikę Al 2 O 3 metalizowaną i lutowaną z metalem 4.2.6 LUTOWANIE AKTYWNE Przez około 20 lat, materiały do lutowania o zawartości < 5% tak zwanego składnika aktywnego, takie jak Ti lub Zr, używane były do bezpośredniego lutowania ceramik AI 2 O 3 i ZrO 2 z elementami metalowymi, bez konieczności wcześniejszej, bazowej metalizacji. Jednakże proces lutowania przy użyciu lutów aktywnych może być skuteczny jedynie gdy przeprowadza się go w próżni lub w atmosferze gazów szlachetnych. W przeciwnym razie materiał ceramiczny nie będzie wystarczająco zwilżany przez lut w wyniku reakcji aktywnego metalu z atmosferą pieca. Wartości wytrzymałości kompozytów lutowanych aktywnie odpowiadają poziomem wytrzymałościom łączeń lutowanym twardo z wcześniejszą metalizacją. Luty aktywne nie mogą być jednak używane tak powszechnie jak standardowe luty twarde do próżni w klasycznej metodzie metalizacji Mo-Mn, ponieważ w dużym stopniu pozostają one w miejscu depozytu lutowia podczas procesu lutowania. Aby osiągnąć szczelność na poziomie <10-9 mbar l / sek helu łączeń ceramiczno-metalowych, wypalanie lutowia musi być dokładnie kontrolowane w celu uniknięcia tworzenia się fazy kruchej.
Stosowanie lutowania aktywnego konieczne jest w przypadku ceramiki cyrkonowej ZrO 2, ponieważ klasyczna metoda z wcześniejszą metalizacją nie sprawdza się dla tego rodzaju ceramiki. 5 ZAAWANSOWANA CERAMIKA FRIALIT-DEGUSSIT DLA TWOJEGO ZASTOSOWANIA Kształt i rozmiar części maszyn wykonanych z ceramiki różni się od odpowiadających im częściom metalowym. Skrupulatne odwzorowanie drewnianego mostu przy użyciu betonu nie uwzględnia specyficznych właściwości tych dwóch materiałów tak jak prosta kopia części metalowej przez ceramikę. Konstrukcja od zawsze w istotny sposób uzależniona była od użytego materiału, co również dotyczy materiałów ceramicznych. Tabela 1 przedstawia najważniejsze cechy zaawansowanej ceramiki technicznej FRIALIT DEGUSSIT. Użytkownicy często odkrywają nowe możliwości podczas wymiarowania dostosowanej konstrukcji pod zastosowanie ceramiki. Wymaga to kompleksowego wsparcia ze strony producenta ceramiki w celu zaprojektowania konstrukcji, która spełnia zarówno wymagania materiału ceramicznego jak i wymaganą funkcję elementu, jednocześnie umożliwiając efektywną pod względem kosztów produkcję. Dlatego inżynierowie ds. wdrażania w przemyśle ceramicznym zmuszeni są często do przeprowadzania gruntownych badań wynikających z założeń konstrukcyjnych klienta. Na przykład narzucone tolerancje wymiarów silnie wpływają na ilości obróbki na twardo, po spiekaniu ceramiki. Bez kosztownej obróbki wykańczającej możliwe są tolerancje fabryczne w zakresie ± 2 5 %. W związku z tym zoptymalizowane konstrukcje części ceramicznych wymagają minimalnych nakładów obróbki wykańczającej w odniesieniu do tolerancji wymiarowych i chropowatości powierzchni. Dlatego tak istotna jest szczegółowa analiza potencjału oszczędności wynikająca z samej konstrukcji i obróbki po spiekaniu. Dla części wysoce precyzyjnych koszty szlifowania narzędziami diamentowymi bardzo często mogą wielokrotnie przekroczyć koszty samego materiału. Przy wyborze metody produkcji istotnym czynnikiem jest ilość elementów. Dla ilości ponad 800 szt. na partię odpowiednimi procesami są automatyczne prasowanie jednoosiowe i formowanie wtryskowe. Dla mniejszych partii metody te są nieopłacalne ze względu na koszty programowania i dodatkowego oprzyrządowania. Od wybranej metody produkcji zależą możliwości kształtów, wymiarów i układu części. Podobnie jak w przypadku części metalowych część odlewana różni się od obrabianej lub toczonej. Z tego powodu ważne jest, aby użytkownik i projektant znali możliwości produkcyjne w celu pomyślnego koordynowania ekonomicznych metod produkcji z określonymi wymaganiami aplikacji.
Właściwość Jednostka DEGUSSIT AL24 FRIALIT F99.7 FRIALIT FZT FRIALIT FZM DEGUSSIT FZY Główne składniki α - Al 2 O 3 α - Al 2 O 3 α - Al 2 O 3, ZrO 2 ZrO 2, MgO ZrO 2, Y 2 O 3, Al 2 O 3 Czystość waga % > 99.5 > 99.5 > 99.5 > 99.7 > 99.7 Gęstość g / cm 3 > 3.4 3.90 4.05 5.7 5.5 Porowatość otwarta objętość % 5 0 0 0 0 Średnia wielkość ziarna µm 40 10 5 50 30 Wytrzymałość na zginanie σm MPa 150 350 460 500 400 Wytrzymałość na ściskanie MPa 1000 3500 3000 2000 2000 Maksymalna temperatura pracy w powietrzu C 1650 1950 1700 900 1700 Liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej (20-1000 ) 10-6 /K 8,2 8,2 8,3 Przewodność cieplna W/(m K) 27,8 34,9 25 (100 C) 10,6 (20 900 C) 3 10,9 2,5 (100 C) Tabela 1 Wyciąg z kart katalogowych zaawansowanych materiałów ceramicznych FRIALIT DEGUSSIT. Podane wartości są wielkościami referencyjnymi. Odnoszą się do temperatury 20 C, chyba że podano inaczej. 6 FRIALIT -DEGUSSIT ZAAWANSOWANA CERAMIKA TECHNICZNA. INNOWACJE W CERAMICE OD 1863 FRIATEC produkuje części z zaawansowanej ceramiki technicznej według specyfikacji klienta jak również według kompleksowego programu części standardowych. Naszych klientów w wyborze materiału ceramicznego, odpowiedniej konstrukcji i w realizacji projektu wspiera zespół inżynierów ds. wdrażania i inżynierów produkcji. Ponad 150-letnie doświadczenie w dziedzinie produkcji ceramiki i rozwoju naszej indywidualnej marki materiałów, w połączeniu z innowacyjną inżynierią, stanowią filary pomyślnego rozwoju naszej firmy. Nasze produkty, wykonane z tlenku glinu, tlenek cyrkonu, węglika krzemu i azotku krzemu stosowane są głównie w następujących obszarach: INŻYNIERIA ELEKTRYCZNA Pojedyncze i wielopinowe przepusty elektryczne Przepusty wysokociśnieniowe dla technologii onshore / offshore Rury izolacyjne dla płynów, gazów i ultra wysokiej próżni odporne na wysoką temperaturę do 1950 C Izolatory wsporcze Komponenty akceleratorów cząstek
Komponenty czujników ciśnienia, temperatury, poziomu tlenu itp. TECHNOLOGIA WYSOKOTEMPERATUROWA Rury i pręty izolujące do ochrony termopar Rury do poboru i dystrybucji gazów Rury żebrowane, podpory elementów grzejnych do pieców elektrycznych Rury dyfuzyjne do przemysłu półprzewodników Kapilary wielootworowe Tygle, łódki, tace i płyty do wyżarzania INŻYNIERIA MECHANICZNA Tłoki do pomp dozujących (spasowane jednostki tłok / cylinder) Nurniki pomp wysokociśnieniowych Powłoki izolacyjne dla przemysłu chemicznego Puszki uszczelniające do pomp magnetycznych Pierścienie prowadzące, łożyska, tuleje ochronne wału Dysze, rolki, kostki Uszczelnienia mechaniczne Kołki centrujące Listwy ochronne przed tarciem Stożki ciągnące i prowadnice do przemysłu kablowego OBRÓBKA POWIERZCHNI Narzędzia szlifierskie do obróbki powierzchniowej ultra twardych materiałów w różnych kształtach i wymiarach Więcej informacji na stronie: www.frialit.pl