Tlenkowe Materiały Konstrukcyjne

Podobne dokumenty
Tlenkowe Materiały Konstrukcyjne

Technologia ceramiki: -zaawansowanej -ogniotrwałej Jerzy Lis, Dariusz Kata Katedra Technologii Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Kompozyty Ceramiczne. Materiały Kompozytowe. kompozyty. ziarniste. strukturalne. z włóknami

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 687

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 097

Metalurgia Aluminium. Dr inż. Paweł Rokicki Politechnika Rzeszowska Katedra Materiałoznawstwa, Bud. C, pok. 204 Tel: (17)

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 10

Kinetyka zarodkowania

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 097

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

30/01/2018. Wykład IX: Dekohezja. Treść wykładu: Dekohezja - wprowadzenie. 1. Dekohezja materiałów - wprowadzenie.

Wykład X: Dekohezja. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Dekohezja materiałów. Przedmiot: Degradacja i metody badań materiałów Wykład na podstawie materiałów prof. dr hab. inż. Jerzego Lisa, prof. zw.

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PĘKANIE. Dekohezja. Wytrzymałość materiałów. zniszczenie materiału pod wpływem naprężeń

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

Tlenkowe Materiały Konstrukcyjne

(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) Prefabrykat betonowy ogniotrwały i sposób wytwarzania prefabrykatu betonowego ogniotrwałego.

Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 3. Mineralne spoiwa budowlane cz. II

Minimalna zawartość składników pokarmowych % (m/m) Informacje dotyczące sposobu wyrażania zawartości składników pokarmowych Inne wymagania

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

MATERIAŁY SUPERTWARDE

PODSTAWY STECHIOMETRII

Geopolimery z tufu wulkanicznego. dr hab. inż. Janusz Mikuła prof. PK mgr inż. Michał Łach

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

Geopolimery z tufu wulkanicznego. dr hab. inż. Janusz Mikuła prof. PK mgr inż. Michał Łach

Kryteria oceniania z chemii kl VII

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

1. Rodzaje tektokrzemianów. 2. Formy strukturalne dwutlenku krzemu. 3. Naturalne odmiany SiO Wysokociśnieniowe odmiany SiO 2.

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

(54) Sposób odzyskiwania odpadów z procesu wytwarzania dwutlenku tytanu metodą siarczanową. (74) Pełnomocnik:

1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne

KWASY I WODOROTLENKI. 1. Poprawne nazwy kwasów H 2 S, H 2 SO 4, HNO 3, to:

Fyllokrzemiany (krzemiany warstwowe) 2. Monofyllokrzemiany. 3. Warstwy o pierścieniach 6 członowych. 4. Krzemiany pakietowe

w_08 Chemia mineralnych materiałów budowlanych c.d. Chemia metali budowlanych

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

Test kompetencji z chemii do liceum. Grupa A.

Nauka o Materiałach. Wykład IV. Polikryształy I. Jerzy Lis

WOJEWÓDZKI KONKURS CHEMICZNY

Wymagania programowe na poszczególne oceny chemia kl. II Gimnazjum Rok szkolny 2015/2016 Wewnętrzna budowa materii

Wykład IV: Polikryształy I. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

INŻYNIERIA NOWYCH MATERIAŁÓW

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

WYTWARZANIE I ZASTOSOWANIA GEOPOLIMERÓW NA BAZIE SUROWCÓW ODPADOWYCH. dr hab. inż. Janusz Mikuła, prof. PK.

CEMENTY SIARCZANOGLINIANOWE C 4. S (Belit) 10 60%; C 4 ŻELAZIANOWO SIARCZANOGLINIANOWE AF 15 30%

Wodorotlenki O O O O. I n. I. Wiadomości ogólne o wodorotlenkach.

Materiały Kowalencyjne

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

SUROWCE I RECYKLING. Wykład 9

WYMAGANIA EDUKACYJNE w klasie II

Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej. Rudy żelaza:

Temat 2: Nazewnictwo związków chemicznych. Otrzymywanie i właściwości tlenków

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH

Sylabus modułu kształcenia/przedmiotu

WYMAGANIA EDUKACYJNE

30/01/2018. Wykład V: Polikryształy II. Treść wykładu (część II): Krystalizacja ze stopu. Podstawowe metody otrzymywania polikryształów

SUROWCE MINERALNE. Wykład 9

Spis treści. Właściwości fizyczne. Wodorki berylowców. Berylowce

TEST NA EGZAMIN POPRAWKOWY Z CHEMII DLA UCZNIA KLASY II GIMNAZJUM

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

Chemia Nowej Ery Wymagania programowe na poszczególne oceny dla klasy II

FRIALIT -DEGUSSIT Ceramika tlenkowa Bloki ślizgowe do procesów w ekstremalnych temperaturach

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Wymagania programowe na poszczególne oceny. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń: Ocena dostateczna [1 + 2]

II Etap rejonowy 28 styczeń 2019 r. Imię i nazwisko ucznia: Czas trwania: 60 minut

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

PL B1. Zestaw surowcowy przeznaczony do otrzymywania autoklawizowanych wyrobów wapienno-piaskowych

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Nauka o Materiałach. Wykład VI. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne. Jerzy Lis

MATERIAŁY SPIEKANE (SPIEKI)

Austenityczne stale nierdzewne

Wskaźniki aktywności K28 i K90 popiołów lotnych krzemionkowych o miałkości kategorii S dla różnych normowych cementów portlandzkich

KONSTRUKCJE METALOWE - LABORATORIUM. Produkcja i budowa stali

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Właściwości cieplne Stabilność termiczna materiałów. Stabilność termiczna materiałów

Przemiana martenzytyczna

SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA Z CHEMII DLA KLASY II GIMNAZJUM Nauczyciel Katarzyna Kurczab

STRUKTURA CIAŁA STAŁEGO

Wykład V: Polikryształy II. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych


ĆWICZENIE. Wpływ nano- i mikroproszków na udział wody związanej przez składniki hydrauliczne ogniotrwałych cementów glinowych

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: rozszerzony Punkty

Badanie odporności na pękanie materiałów ceramicznych

EDF POLSKA R&D EDF EKOSERWIS

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Materiały Kowalencyjne

Materiały pomocnicze do przedmiotu Chemia I dla studentów studiów I stopnia Inżynierii Materiałowej

Chemia klasa VII Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny Semestr II

Realizacja wymagań szczegółowych podstawy programowej z chemii dla klasy siódmej szkoły podstawowej

Zakres tematyczny. Podział stali specjalnych, ze względu na warunki pracy:

Możliwości wykorzystania frakcjonowanych UPS z kotłów fluidalnych w produkcji zapraw murarskich i tynkarskich

OPRACOWANIE ZAŁOŻEŃ TECHNICZNO-EKONOMICZNYCH WĘZŁA PRODUKCYJNEGO

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1

Nowoczesne stale bainityczne

Wymagania programowe na poszczególne oceny CHEMII kl. II 2017/2018. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń:

Transkrypt:

Tlenkowe Materiały Konstrukcyjne Sprężystość naprężenie wydłużenie 100 kg Wytrzymałość teoretyczna E siła odkształcenie 2 E t ; t 0, 1 E r 0 1

Kruche pękanie 2c 2 c c K c Y c W przypadku materiału pękającego w sposób kruchy o jego wytrzymałości decyduje wytrzymałość teoretyczna oraz wielkość występującego defektu. A.A. Griffith, The phenomena of rupture and flow in solids. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, A221 (1921) 163-198; Gdy naprężenia na wierzchołku szczeliny, c, osiągną wartość wytrzymałości teoretycznej, t, następuje kruche pękanie szczelina propaguje bez dodatkowego zewnętrznego obciążenia. Nastąpi to w sytuacji gdy: ( c) ½ osiąga pewną wartość krytyczną równą (E ) ½. K Ic Kruche pękanie E(c) energia szczeliny 2c c* długość szczeliny Z warunków kruchego pękania wynika, że pojawienia się w materiale szczeliny o wielkości krytycznej, dla danego obciążenia, prowadzi do jego zniszczenia. Wytrzymałość a Kruche pękanie Z zasady zachowania energii wynika, że kruche pękanie ma miejsce gdy szybkość wydzielania energii, K Ic2 /E, jest równa szybkości pochłaniania energii. Wzrost odporności na kruche pękanie można osiągnąć na dwa sposoby: Kc c c przez wzrost wytrzymałości przy stałej długości krytycznej pęknięcia materiały polikrystaliczne, kompozyty ziarniste, kompozyty z włóknami; przez zwiększenie długości krytycznej szczeliny przy stałej wytrzymałości - laminaty; 2

Twardość miara odporności na odkształcenie plastyczne, z reguły wgłębnikowanie, związana z poślizgiem dyslokacyjnym. Jest zależna od siły wiązań chemicznych i istnienia systemów poślizgu. F Właściwości sprężyste wysokie wartości modułu sprężystości, zależą one od głównie od rodzaju wiązań chemicznych, zależą od mikrostruktury materiału; Wytrzymałość wysokie wartości wytrzymałości teoretycznej, niskie wartości wytrzymałości rzeczywistej, silnie zależą zarówno od rodzaju wiązań jak i mikrostruktury; Odporność na kruche pękanie stosunkowo niskie wartości K c, silna zależność od występowania mechanizmów wzmacniania, bardzo silna zależność od mikrostruktury; Twardość od średniej do wysokiej, zależy od mikrostruktury; Wpływ mikrostruktury na właściwości mechaniczne ef wielkość ziarna 3

Kryteria decydujące o doborze materiałów ceramicznych do zastosowań konstrukcyjnych: charakter wiązań, cechy strukturalne, mikrostruktura zagęszczenie, rozkład wielkości ziaren, rozkład wielkości porów, kształt ziaren i spoin, stan granic międzyziarnowych, Mullit Mullit został odkryty na wyspie Mull w Szkocji a jego postać syntetyczną odkryto w 1847 r. w trakcie badań nad porcelaną. Przez długi czas mullit uważano za fazę nietrwałą o nieustalonym składzie. Dopiero w 1924 r. opracowano diagram fazowy układu Al 2 O 3 SiO 2. Mullit opisuje się zazwyczaj jako 3Al 2 O 3 2SiO 2 (Al 6 Si 2 O 13 ) aczkolwiek zawartość tlenku glinu wynosi od 60 do 63 %. Mullit Gęstość g cm -3 3,03 Temperatura topnienia C 1870 Moduł Younga Moduł ścinania Współczynnik rozszerzalności Wytrzymałość na zginanie cieplnej, K -1 5,3 10-6 MPa Przewodność cieplna, W (m K) -1 3,8 Przewodność elektryczna Twardość Vickersa Ω cm -1 10-14 130 250-280 KIc MPa m ½ 2-4 10 4

Mullit Spinel magnezowy Spinel magnezowy Gęstość g cm -3 3,6 Temperatura topnienia C 2130 Moduł Younga Moduł ścinania Współczynnik rozszerzalności Wytrzymałość na zginanie cieplnej, K -1 7,5 10-6 MPa Przewodność cieplna, W (m K) -1 6-25 280 190 180-250 KIc MPa m ½ 1,5-2 Twardość Vickersa 10 5

Spinel magnezowy Kordieryt Glinokrzemian magnezu, Mg 2 Al 3 [AlSi 5 O 18 ], rzadki minerał wykazujący pleochroizm ( kompas wikingów ) Kordieryt Gęstość g cm -3 2,5 Temperatura topnienia C Moduł Younga Moduł ścinania Współczynnik rozszerzalności Wytrzymałość na zginanie cieplnej, K -1 3,5 10-6 MPa Przewodność cieplna, W (m K) -1 2,5 150 100-120 KIc MPa m ½ > 2 Twardość Mohsa 7-7,5 6

Kordieryt Tlenek glinu Tlenek amfoteryczny o stechiometrii Al 2 O 3, odkryty w 1798 r. przez Grevilla. W naturze występuje z reguły w postaci uwodnionej. Znane są trzy wodorotlenki glinu: gibbsyt γ-al(oh) 3, bajeryt α-al(oh) 3, nordstrandyt Al(OH) 3 γ-al(oh) 3 α-al(oh) 3 starzenie Tlenek glinu Tlenek amfoteryczny o stechiometrii Al 2 O 3, odkryty w 1798 r. przez Grevilla. W naturze występuje z reguły w postaci uwodnionej. Znane są trzy wodorotlenki glinu: gibbsyt γ-al(oh) 3, bajeryt α-al(oh) 3, nordstrandyt Al(OH) 3 oraz dwa tlenowodorotlenki: boehmit: γ-alo(oh), diaspor: α-alo(oh) 7

Tlenek glinu Tlenek glinu posiada szereg odmian polimorficznych, których występowanie zależne jest od temperatury i rodzaju prekursora. Jedyną termodynamicznie stabilną formą tlenku glinu jest korund α-al 2 O 3. Oprócz korundu istnieje szereg metastabilnych tlenków o dwóch rodzajach ułożenia anionów tlenowych: regularnie ściennie centrowanych (fcc) odmiany γ, η, θ, oraz δ; heksagonalnie gęsto upakowanych (hcp) odmiany α, κ oraz χ. faza tlenku glinu układ krystalograficzny γ-al 2O 3 tetragonalny zdefektowany spinel δ-al 2O 3 tetragonalny potrójny blok spinelowy η-al 2O 3 regularny struktura spinelu θ-al 2O 3 jednoskośny izostrukturalny z β-ga 2O 3 χ-al 2O 3 heksagonalny struktura warstwowa o liczbie koordynacyjnej 6 κ-al 2O 3 heksagonalny duża komórka Tlenek glinu - polimorfizm diaspor korund gibbsyt drobnokrystaliczny c-al 2 O 3 k- Al 2O 3 korund gibbsyt grubokrystaliczny boehmit -Al 2 O 3 d-al 2 O 3 q-al 2 O 3 korund nieuporządkowana gibbsyt boehmit -Al2O3 q korund faza regularna próżnia, 270 C bajeryt h-al 2 O 3 q-al 2 O 3 korund 200 400 600 800 1000 1200 1400 TEMPERATURA, C Tlenek glinu γ-al 2 O 3 8

Tlenek glinu - korund Nazwa korund pochodzi z sanskrytu, kuruvinda oznacza rubinowy. W strukturze korundu jony tlenu mają strukturę heksagonalnego gęstego ułożenia (hcp) warstwy anionów ułożone są naprzemiennie ABABAB. Kationy glinu znajdują się są w położeniach oktaedrycznych, w tlenkach przejściowych kationy zajmują także pozycje tetraedryczne. Tlenek glinu - korund Nazwa korund pochodzi z sanskrytu, kuruvinda oznacza rubinowy. W strukturze korundu jony tlenu mają strukturę heksagonalnego gęstego ułożenia (hcp) warstwy anionów ułożone są naprzemiennie ABABAB. Kationy glinu znajdują się są w położeniach oktaedrycznych, w tlenkach przejściowych kationy zajmują także pozycje tetraedryczne. Monokryształy korundu zawierające niewielkie ilości zanieczyszczeń występują w naturze w postaci minerałów: rubin (z Cr) oraz szafiry (z Fe, Ti, Mg, V, Cr). Tlenek glinu - surowce Boksyt odkryty w 1821 przez Pierre Berthiera w okolicach wsi Les Baux (płd. Francja), zawiera 30-54 % Al 2 O 3 w postaci gibbsytu, boehmitu lub diasporu; zanieczyszczenia: tlenki żelaza, tlenek tytanu, kaolinit, krzemionka; główni producenci: Australia, Brazylia, Jamajka, Rosja, Chiny, Indie. 9

Tlenek glinu - surowce Pochodzenie boksytu Tlenek glinu - surowce Nefelin (Na,K,Fe)AlSiO 4, ok. 30% Al 2 O 3, (Stjernoyen) i na w Rosji (Półwysep Kola). złoża w Norwegii Metoda Bretsznajdera (kwaśna) prażenie gliny, rozkład produktu kwasem siarkowym w takich warunkach aby związki żelaza i tytanu nie przechodziły do roztworu, wytrącanie z roztworu siarczanu glinu, rozkład termiczny siarczanu glinu. 10

Metoda Le Chateliera (zasadowa) prażenie boksytu z węglanem sodowym w 1200 C, rozpuszczanie wytworzonego glinianu sodu w wodzie, wytrącanie wodorotlenku glinu dwutlenkiem węgla, filtrowanie, suszenie, prażenie. Metoda Bayera Podstawowa metoda otrzymywania tlenku glinu, opracowana przez austriackiego chemika Karla Bayera w 1887 r. Pierwsza instalacja przemysłowa powstała w 1893 r. Proces często łączony jest z otrzymywaniem czystego glinu metodą Halla-Héroulta. I. Rozpuszczanie Gibbsyt, boehmit i diaspor są rozpuszczane w wodorotlenku sodu (soda kaustyczna) w autoklawie: Al(OH) 3 + NaOH Al(OH) 4- + Na + AlO(OH) + NaOH + H 2O Al(OH) 4- + Na + Surowiec jest wstępnie mielony, a warunki procesu ustala się w zależności od jego składu: od 140 C (gibbsyt) do 240 C (boehmit). Nierozpuszczalne pozostałości (red mud), głównie krzemionka, tlenki żelaza i tytanu, są oddzielane od roztworu i poddawane utylizacji. Odpłukany roztwór jest zawracany do reaktora. 11

II. Wytrącanie Do ogrzanego roztworu glinianu sodu wprowadzana jest zawiesina drobnokrystalicznego gibbsytu po czym całość jest rozcieńczana i chłodzona z odpowiednią prędkością. Spadek rozpuszczalności powoduje krystalizację gibbsytu na zarodkach. Frakcja gruboziarnista jest oddzielana i poddawana dalszej przeróbce, frakcja drobnoziarnista służy jako zawiesina zarodków. III. Prażenie Osad czystego gibbsytu poddaje się prażeniu prowadzącego do rozkładu i krystalizacji tlenku glinu: 2 Al(OH) 3 Al 2O 3 + 3 H 2O Prażenie prowadzi się w piecu obrotowym w temperaturze ok. 1200 C. Metoda Spiekowo-Samorozpadowa Grzymka Metoda wykorzystująca nieboksytowe surowce o mniejszych zawartościach tlenku glinu. Proces służy jednocześnie do otrzymywania cementu. 1. Surowce (gliny, odpady) miesza się z wapieniem i pyłem węglowym po czym kalcynuje w piecu obrotowym; 2. W czasie kalcynacji powstały z rozkładu wapienia tlenek wapnia reaguje z surowcami tworząc głównie krzemian dwuwapniowy Ca 2SiO 4. jednym z produktów jest tlenek glinu. 3. Klinkier chłodzi się według specyficznej krzywej tak aby w temp. ok. 200C zaszła przemiana polimorficzna β-c 2S w γ-c 2S. Reakcja związana jest ze znaczną zmianą objętości właściwej, co powoduje spontaniczny rozpad spieku na ziarna poniżej 20 μm. 4. Tlenek glinu rozpuszcza się w wodnym roztworze węglanu sodu, z którego wytrąca się wodorotlenek glinu gazowym dwutlenkiem węgla. 5. Wytrącony wodorotlenek glinu kalcynuje się. Elektrokorund 1. Przygotowanie wsadu boksyt+koks+topniki; 2. Wytop w piecu łukowym >2000 C; 3. Bardzo wolne studzenie (przyczyna?); 4. Kruszenie, mielenie, segregacja; 12

Prażenie Prekursorów Proszki tlenku glinu o wysokiej czystości i kontrolowanej morfologii, do wytwarzania materiałów zaawansowanych, otrzymuje się zazwyczaj przez rozkład różnego rodzaju prekursorów: wodorotlenków, tlenowodorotlenków, związków organometalicznych (cytrynianu), dawsonitu, ałunu, Metoda Hydrotermalna Tlenek glinu - właściwości Gęstość g cm -3 3,96 Temperatura topnienia C 2051 Moduł Younga Moduł ścinania Współczynnik rozszerzalności Wytrzymałość cieplnej, K -1 8 10-6 MPa Przewodność cieplna W (m K) -1 20-30 Przewodność elektryczna Twardość Vickersa W cm -1 1 10-18 do 400 140-180 300-500 K Ic MPa m ½ 4-5 15-20 Wysoka odporność chemiczna; W temp. pokojowej nierozpuszczalny w kwasach, w wyższych temp. reaguje z HF i H 2SO 4, mniej odporny na działanie zasad; Odporny na działanie atmosfery redukcyjnej, próżni i węgla do wysokich temperatur ok. 1500 C; Względnie niska odporność na ścieranie; 13

Tlenek glinu zastosowanie Formy wyrobów korundowych Spieki wielofazowe zanieczyszczone SiO 2, MgO, CaO, ; Spieki wysokiej czystości, pow. 98%; Spieki korundu z innymi tlenkami w tym kompozyty ziarniste np. ZTA; Spieki korundu z nietlenkami węgliki, azotki, borki; Cermetale na bazie korundu; Laminaty i materiały włókniste; Monokryształy; Tlenek glinu zastosowanie 14