Keramické a polymerní materiály Definice, výroba, vlastnosti a použití Definice keramiky Keramika je anorganický nekovový materiál vyrobený pomocí vysokoteplotního procesu. Za keramické materiály mohou být považovány i kompozity složené z podstatné části z keramických složek (beton). Do keramických materiálů lze zařadit – nekovové monokrystaly, sklo, uhlíkové produkty .. Rozdělení keramiky: - Tradiční keramika (přírodní suroviny – jíly apod.) - Pokročilá keramika (syntetické prášky) Vazby v keramických materiálech Podle vazeb rozdělení: - iontové keramiky, - kovalentní keramiky (SiC), - smíšené keramiky (iontově-kovalentní). Typ vazby má vliv na vlastnosti materiálu – specifické vlastnosti oproti kovům. Výhody: • vysoká teplota tání • vysoká pevnost v tlaku a tvrdost Struktura keramických materiálů Nevýhody: • křehkost • malá odolnost proti teplotním šokům • špatná obrobitelnost Struktura keramických materiálů: ¨ Keramika – polykrystalický materiál (Pravidelné uspořádání atomů (iontů) na dlouhou vzdálenost v rámci jednotlivých zrn). ¨ Sklo – amorfní materiál (Pravidelné uspořádání atomů (iontů) pouze na krátkou vzdálenost). Výroba polykrystalických keramik • Úprava práškového materiálu. • Tvarování. • Sušení. • Slinování. • Opracování – broušení, leštění, .. Tvarování keramiky (lisování, odlévání, Injekční vstřikování ..) Př. suspenzního lití (tzv. mokré tvarování) Skla Skla – uspořádání iontů na krátkou vzdálenost. Přidávání modifikátorů – nižší teplota tav. tavení, nižší viskozita, (Na[2]O, CaO, MgO). Podpora síťové struktury (Beo, Al[2]O[3]). Výroba skla Metody výroby skla: - válcování, vyfukování skla. Uhlíkové produkty Uhlíkové produkty: - Grafit (měkký – výborné kluzné vlastnosti) - Diamant (velmi tvrdý – brusný materiál, tvrdé povlaky) Uhlíkové produkty Fullereny (C[60]) a uhlíkové nanotrubice (carbon nanotubes): ¨ Průměr nanotrubky : <100 nm (v elektrotechnice – výborné vodiče) ¨ Vysoká pevnost: 50-200 GPa Úvod polymery Počátkem 20. století objevena struktura makromolekulárních látek, od r.1945 rozvoj v oblasti polymerů. ¨ Přírodní polymery - bílkoviny, enzymy, celulóza, kaučuk, dřevo, kůže, bavlna, hedvábí. ¨ polymery a kompozity s polymerní matricí našly uplatnění v oblastech výroby (pneumatik, lepidel, barev, povlaků, biomedicínských výrobků, obrazovek a LCD). Výroba polymerů Polymery vznikají: - polymerací (nenasycené monomery se napojují na konec polymerního řetězce), - polykondenzací (monomery obsahují dvě funkční skupiny, které spolu reagují za uvolnění vedlejšího produktu, např. vody.). monomer - vstupní nízkomolekulární organická sloučenina. mer - přechodná forma produktu vzniklá během polyreakce. polymer – výsledný produkt vzniklý vzájemnou vazbou vysoce reaktivních konců rozštěpených vazeb. Polymery Stupeň polymerace – vyskozita. homopolymer - řetězce merů pouze jednoho typu. kopolymer - v řetězce merů dvou typů. Struktura polymerů Vlastnosti (především mechanické) závisí na struktuře řetězce polymeru. Vlastnosti polymerů Závislost modulu pružnosti (E) na teplotě. Základní typy polymerů ¨ Termoplasty - složeny z dlouhých řetězců, jsou plastické, tvárné, při zahřátí měknou a taví se – dají se tvářet. ¨ Reaktoplasty (termosety) - složeny z dlouhých lineárních nebo rozvětvených řetězců svázaných do 3-D sítě ® vykazují dobrou tuhost, pevnost a tvrdost, malá tažnost a rázová odolnost, při ohřevu se netaví, ale dochází k rozpadu, jsou jen obtížně zpracovatelné (fenolové pryskyřice). ¨ Elastomery - schopnost elastické deformace větší než 200% amorfní termoplasty nebo lehce zesítěné reaktoplasty (pryže). Plasty Polymer + aditiva = plast Aditiva (barviva, plniva, stabilizátory, retardéry hoření ..) Závěr Literatura: [1] Askeland, D.R. The Science and Engineering of Materials. Chapman & Hall, 1996. [2] Ptáček a kol. Nauka o materiálu I a II. CERM, 2003, 520+396 s. [3] Hluchý, M., Kolouch, J. Strojírenská technologie 1. Scientia, 2007, 266 s. [4] internet [5] internet < http://ime.fme.vutbr.cz/studijni opory.html >