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) ¨ n ¨ ¨ b 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 1.Úprava práškového materiálu. 2.Tvarování. 3.Sušení. 4.Slinování. 5.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, (Na2O, CaO, MgO). ¨ Podpora síťové struktury (Beo, Al2O3). ¨ f12_11_pg428 Výroba skla ¨Metody výroby skla: ¨- válcování, vyfukování skla. ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ f13_08_pg474 Uhlíkové produkty ¨Uhlíkové produkty: -Grafit (měkký – výborné kluzné vlastnosti) - - - -Diamant (velmi tvrdý – brusný materiál, tvrdé povlaky) ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ Fig 12_15 Fig 12_17 Uhlíkové produkty ¨Fullereny (C60) a uhlíkové nanotrubice (carbon nanotubes): ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨Průměr nanotrubky : <100 nm (v elektrotechnice – výborné vodiče) ¨Vysoká pevnost: 50-200 GPa ¨ ¨ ¨ ¨ Fig 12_19 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 – viskozita. ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨ ¨homopolymer - řetězce merů pouze jednoho typu. ¨kopolymer - v řetězce merů dvou typů. ¨ ¨ 2au 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 > ¨ ¨ 0471736961!w234