MATERIAŁY SUPERTWARDE
Twarde i supertwarde materiały Twarde i bardzo twarde materiały są potrzebne w takich przemysłowych zastosowaniach jak szlifowanie i polerowanie, cięcie, prasowanie, synteza i badania wysokociśnieniowe, przemysł samochodowy, itd. Twarde materiały to te, których twardość (Vickersa) jest co najmniej równa 15 GPa. Supertwarde materiały mają twardość (Vickersa) HV > 40 GPa.
Twarde i supertwarde materiały Można wyróżnić trzy grupy twardych (i supertwardych) materiałów: Metaliczne np. TiN, TiC, CrN, WC; Kowalencyjne: np. diament, SiC, B,C, Si 3 N 4 ; Jonowe: Al 2 O 3, ZrO 2, TiO 2. Supertwarde materiały to najczęściej związki trzech pierwiastków: C, B i N.
Materiały twarde mają unikalne cechy: Dużą wytrzymałość na ściskanie i ścinanie; Wysoką temperaturę topnienia i przewodność cieplną; Są obojętne chemicznie.
Materiały supertwarde diament 7000 HV azotek boru 4700HV węglik krzemu 2600-3300 HV węglik boru2600-3900 HV tlenek glinu 2080 HV Z materiałów tych wytwarzane są narzędzia służące do obróbki kamieni szlachetnych, twardych tarcz szlifierskich (ściernic), ceramiki, minerałów, betonu, szkła, węglików spiekanych. Najbardziej rozpowszechnione są narzędzia wykonane z cząstek diamentu osadzonych w metalowej osnowie.
DIAMENT Właściwości diamentu Twardość: HV= 115 GPa (płaszczyzna (111)) Wytrzymałość na rozciąganie: >1.2 GPa Wytrzymałość na ściskanie: > 110 Gpa Moduł Younga 1.02 Gpa Prędkość dźwięku: 18000 m/s Temperatura topnienia 3820 K Przewodność cieplna 20 W/cm K Współczynnik rozszerzalności cieplnej: 0.81*10-6 /K Gęstość: 3.515 g/cm 3 Odporny na korozję Biologicznie kompatybilny
Diament : klasyfikacja Ia - (większość diamentów naturalnych) zawiera do 0.3% azotu w postaci małych agregatów; Ib - zawiera azot, ale nie tworzy jego agregatów; większość syntetycznych diamentów jest tego typu i bardzo mało diamentów naturalnych (0.1%). IIa - zawiera bardzo mało azotu (bardzo rzadki) IIb - bardzo czysty, ale zawiera bor ; może być niebieski;
Zastosowania Narzędzia tnące do cięcia metali nieżelaznych, kompozytów i polimerów; Materiały ścierne; Niezniszczalne łożyska (np. na promach kosmicznych); Nierysujące się obudowy, okienka itp. Komory wysokociśnieniowe (~ 4.5 millionów atmosfer). Diament stosuje się również tam, gdzie niezbędna jest duża przezroczystość, szczególnie gdy jednocześnie wymagana jest praca w wysokiej temperaturze. Okna dla lamp mikrofalowych wysokiej mocy (np. w laserach) Okna czujników optycznych (np. czujniki IR w pociskach cruise. Stosuje się go tam, gdzie niezbędne jest szybkie odprowadzanie ciepła (lasery półprzewodnikowe, układy mikrofalowe
SiC Karborund, węglik krzemu Karborund, węglik krzemu (SiC), tworzy bardzo twarde, bezbarwne lub ciemne kryształy,odporne chemicznie. Stosowany jest m.in. Jako materiał szlifierski. Otrzymywany w piecach elektrycznych,w temperaturze 2000 C, z mieszaniny węgla z krzemionką.
Widia Widia: spieki otrzymane z węglików wolframu, tytanu, tantalu i metalicznego kobaltu (kompozyt: ceramika w matrycy metalowej). Odznaczają się szczególnie dużą twardością. Służą do wyrobu narzędzi specjalnego przeznaczeni
Zastosowanie dwutlenku krzemu i dwutlenku cyrkonu w budowie silników: tłoki tuleje cylindrowe komory wstępnego spalania zespoły popychaczy zaworów w silnikach spalinowych wirniki i łożyska turbosprężarek
CERAMIKA
Cechy charakterystyczne materiałów ceramicznych wysoka temperatura topnienia niski ciężar właściwy wysoka twardość wysoka wytrzymałość na ściskanie niska rozszerzalność cieplna mała przewodność cieplna dobra żaroodporność i żarowytrzymałość dobra odporność na korozję duża kruchość
Ceramika inżynierska Materiały ceramiczne są jednymi z najstarszych, którymi posługuje się człowiek, jednakże w ostatnich latach w bardzo dużym stopniu rozwinęła się grupa nowoczesnych materiałów, stosowanych w technice, określana jako ceramika inżynierska. Materiały te są stosowane m. in. w budowie silników samochodowych i lotniczych, w budowie rakiet, w elektronice, w technice światłowodowej, w metalurgii, w przemyśle narzędziowym i w medycynie.