Технология керамических материалов

Содержание:

 

1. 49. Технология керамических материалов…………………………..  3

 

2. 3. Механические свойства материалов, основные показатели механических средств…………………………………………..………5

 

3. 19. Легированные стали……………………………………………….16

 

 

4. 39. Оценка коррозийной стойкости…………………………………..18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49. Технология  керамических материалов.

Изготовление керамического материала осуществляется по одной технологической схеме, но имеются следующие отличия:

- используется строго  определенное сырье;

- процесс формирования  изделия осуществляется определенным  способом;

- температура обжига отформованного  изделия от 900 до 1400 С°.

Технология производства включает в себя следующие основные этапы:

1. Подготовка исходного  сырья.

Данный этап включает в себя сепарацию, дробление, более тонкое измельчение, промывку и вылеживание глин.

2. Дозирование составляющих  компонентов по требуемой рецептуре.

Оно должно осуществляться с помощью массовых дозаторов, которые позволяют дозировать составляющие компоненты с точностью до 1-2%.

3. Приготовление исходной  шихты.

Шихтой называется исходная сырьевая смесь. Этот процесс осуществляется в смесителях, которые тщательно перемешивают исходные сырьевые компоненты.

4. Предание шихте необходимой  вязкости.

Для процесса формирования необходимо чтобы шихта имела определенную пластичность и вязкость. Предание шихте требуемой вязкости осуществляется с помощью технологической связки. В качестве технологической связки могут использоваться различные жидкости, чаще всего используется вода. Она придает шихте требуемую вязкость при формировании, а в процессе сушки связка удаляется.

5. Формирование изделия.

Формирование изделия осуществляется тремя способами:

- методом прессования  из сухих порошковых масс, при  этом необходимо очень большое  давление. При данном методе формирования  изделие получается плотной структурой  с высокой водонепроницаемостью. Таким способом формируются плитки  для полов;

- формирование изделий  из пластичных масс, при это не требуется высокое давление. Таким способом формируются все огнеупорные керамические материалы, а также стеновая керамика, черепица и т.д.;

- отливка изделий из  суспензий. Для ее реализации  изготавливается форма из гипса. После окончательной сборки гипсовой  формы в нее вливается шихта. Гипсовая форма впитывает технологическую  связку, для этого изделие некоторое  время находится в форме, после  чего форму открывают. Таким образом формируются все изделия тонкой керамики, посуда, раковины и т.д.

6. Сушка отформованного  изделия сырца.

Сушку лучше всего осуществлять при комнатной температуре. Но в этом случае удлиняется срок сушки и поэтому температуру сушки немного повышают до 35-40 С°. Длительность сушки при это составляет от 24 до 48 часов в зависимости от температуры и размеров изделия.

7. Обжиг керамического  изделия.

Обжиг представляет собой очень сложный процесс при котором протекает сложный комплекс физико-химических процессов:

- температуру повышают  до 100 С°. В результате чего удаляются остатки технических связей;

- далее температуру повышают  до 400 - 500 С°. При этом происходит удаление химических связей воды из глины, т.е. происходит процесс дегидратации, при этом образуется безводный метакаоленит (Al2O3 * 2Sio2);

- температуру снова повышают  до 500 - 600 С°. На данном этапе происходит выгорание выгорающих добавок;

- температуру повышают  до 600 С° - происходит разложение безводного метакаоленита;

- изделий нагревают до 900 С° - происходит образование муллита (3Al2O3 * 2SiO2), который придает керамическому изделию специфический комплекс эксплуатационных свойств (повышает прочность, коррозионную стойкость, огнестойкость, огнеупорность.

 

 

 

3. Механические  свойства материалов, основные показатели  механических средств.

        совокупность  показателей, характеризующих сопротивление  материала воз действующей на  него нагрузке, его способность  деформироваться при этом, а также  особенности его поведения в  процессе разрушения. В соответствии  с этим М. с. м. измеряют напряжениями (обычно в кгс/мм2 или Мн/м2), деформациями (в %), удельной работой деформации и разрушения (обычно в кгс․м/см2 или Мдж/м2), скоростью развития процесса разрушения при статической или повторной нагрузке (чаще всего в мм за 1 сек или за 1000 циклов повторений нагрузки, мм/кцикл). М. с. м. определяются при механических испытаниях образцов различной формы.

         В общем случае материалы в  конструкциях могут подвергаться  самым различным по характеру  нагрузкам: работать на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез и т. д. или подвергаться совместному  действию нескольких видов нагрузки, например растяжению и изгибу. Также разнообразны условия эксплуатации  материалов и по температуре, окружающей среде, скорости приложения  нагрузки и закону её изменения  во времени. В соответствии с  этим имеется много показателей  М. с. м. и много методов механических  испытаний. Для металлов и конструкционных  пластмасс наиболее распространены  испытания на растяжение, Твёрдость, ударный изгиб; хрупкие конструкционные  материалы (например, керамику, металлокерамику) часто испытывают на сжатие  и статический изгиб; механические  свойства композиционных материалов  важно оценивать, кроме того, при  испытаниях на сдвиг.

Диаграмма деформации. Приложенная к образцу нагрузка вызывает его деформацию (См. Деформация). Соотношения между нагрузкой и деформацией описываются т. н. диаграммой деформации (рис. 2). Вначале деформация образца (при растяжении — приращение длины Δl ) пропорциональна возрастающей нагрузке Р, затем в точке n эта пропорциональность нарушается, однако для увеличения деформации необходимо дальнейшее повышение нагрузки Р; при Δl > Δlв деформация развивается без приложения усилия извне, при постепенно падающей нагрузке. Вид диаграммы деформации не меняется, если по оси ординат откладывать напряжение

         а по оси абсцисс — относительное  удлинение

 

         а по оси абсцисс — относительное  удлинение

 

         (F0 и l0 — соответственно начальная площадь поперечного сечения и расчётная длина образца).

         Сопротивление материалов измеряется  напряжениями, характеризующими нагрузку, приходящуюся на единицу площади  поперечного сечения образца

        

         в кгс/мм2. Напряжение

        

         при котором нарушается пропорциональный нагрузке рост деформации, называется пределом пропорциональности. При нагрузке Р < Рn разгрузка образца приводит к исчезновению деформации, возникшей в нём под действием приложенного усилия; такая деформация называется упругой. Небольшое превышение нагрузки относительно Рn может не изменить характера деформации — она по-прежнему сохранит упругий характер. Наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец без появления остаточной пластической деформации при разгрузке, определяет предел упругости материала:

         У конструкционных неметаллический материалов (пластмассы, резины) приложенная нагрузка может вызвать упругую, высокоэластическую и остаточную деформации. В отличие от упругой, высокоэластическая деформация исчезает не сразу после разгрузки, а с течением времени. Высокопрочные армированные полимеры (стеклопластики, углепластики и др.) разрушаются при удлинении 1—3%. На последних стадиях нагружения у некоторых армированных полимеров появляется высокоэластическая деформация. Высокоэластический модуль ниже модуля упругости, поэтому диаграмма деформации в этом случае имеет тенденцию отклоняться к оси абсцисс.

         У конструкционных неметаллический материалов (пластмассы, резины) приложенная нагрузка может вызвать упругую, высокоэластическую и остаточную деформации. В отличие от упругой, высокоэластическая деформация исчезает не сразу после разгрузки, а с течением времени. Высокопрочные армированные полимеры (стеклопластики, углепластики и др.) разрушаются при удлинении 1—3%. На последних стадиях нагружения у некоторых армированных полимеров появляется высокоэластическая деформация. Высокоэластический модуль ниже модуля упругости, поэтому диаграмма деформации в этом случае имеет тенденцию отклоняться к оси абсцисс.

         Упругие свойства. В упругой области напряжение и деформация связаны коэффициентом пропорциональности. При растяжении σ = Еδ, где Е — т. н. модуль нормальной упругости, численно равный тангенсу угла наклона прямолинейного участка кривой σ = σ(δ) к оси деформации (рис. 2). При испытании на растяжение цилиндрического или плоского образца одноосному (σ1>0; (σ2 = σ3 = 0) напряжённому состоянию соответствует трёхосное деформированное состояние (приращение длины в направлении действия приложенных сил и уменьшение линейных размеров в двух других взаимно перпендикулярных направлениях): δ1>0; δ2 = δ3 < 0. Соотношение между поперечной и продольной деформацией (коэффициент Пуассона)

        

         в пределах упругости для основных  конструкционных материалов колеблется  в довольно узких пределах (0,27—0,3 для сталей, 0,3—0,33 для алюминиевых  сплавов). Коэффициент Пуассона является  одной из основных расчётных  характеристик. Зная μ и Е, можно расчётным путём определить и модуль сдвига

         и модуль объёмной упругости

      Для определения Е, G, и μ пользуются Тензометрами.

         Сопротивление пластической деформации. При нагрузках Р > Рв наряду со всё возрастающей упругой деформацией появляется заметная необратимая, не исчезающая при разгрузке пластическая деформация. Напряжение, при котором остаточная относительная деформация (при растяжении — удлинение) достигает заданной величины (по ГОСТ — 0,2 %), называется условным пределом текучести и обозначается

  Практически точность  современных методов испытания  такова, что σп и σе определяют с заданными допусками соответственно на отклонение от закона пропорциональности [увеличение ctg(90 — α) на 25—50 %] и на величину остаточной деформации (0,003—0,05 %) и говорят об условных пределах пропорциональности и упругости. Кривая растяжения конструкционных металлов может иметь максимум (точка в на рис. 2) или обрываться при достижении наибольшей нагрузки Рв’. Отношение

        

         характеризует временное сопротивление (предел прочности) материала. При  наличии максимума на кривой  растяжения в области нагрузок, лежащих на кривой левее в, образец деформируется равномерно  по всей расчётной длине l0, постепенно  уменьшаясь в диаметре, но сохраняя  начальную цилиндрическую или  призматическую форму. При пластической  деформации металлы упрочняются, поэтому, несмотря на уменьшение  сечения образца, для дальнейшей  деформации требуется прикладывать  всё возрастающую нагрузку. σв, как и условные σ0,2, σn и σе, характеризует сопротивление металлов пластической деформации. На участке диаграммы деформации правее в форма растягиваемого образца изменяется: наступает период сосредоточенной деформации, выражающейся в появлении «шейки». Уменьшение сечения в шейке «обгоняет» упрочнение металлов, что и обусловливает падение внешней нагрузки на участке Рв — Pk.

         У многих конструкционных материалов  сопротивление пластической деформации  в упруго-пластической области при растяжении и сжатии практически одинаково. Для некоторых металлов и сплавов (например, магниевые сплавы, высокопрочные стали) характерны заметные различия по этой характеристике при растяжении и сжатии. Сопротивление пластической деформации особенно часто (при контроле качества продукции, стандартности режимов термической обработки и в др. случаях) оценивается по результатам испытаний на твёрдость путём вдавливания твёрдого наконечника в форме шарика (твёрдость по Бринеллю или Роквеллу), конуса (твёрдость по Роквеллу) или пирамиды (твёрдость по Виккерсу). Испытания на твёрдость не требуют нарушения целостности детали и потому являются самым массовым средством контроля механических свойств. Твёрдость по Бринеллю (HB) при вдавливании шарика диаметром D под нагрузкой Р характеризует среднее сжимающее напряжение, условно вычисляемое на единицу поверхности шарового отпечатка диаметром d:

        

         Характеристики пластичности. Пластичность при растяжении конструкционных материалов оценивается удлинением

         или сужением

         или сужением

         при сжатии — укорочением

        

(где h0 и hk — начальная и конечная высота образца), при кручении — предельным углом закручивания рабочей части образца Θ, рад или относительным сдвигом γ = Θr (где r — радиус образца). Конечная ордината диаграммы деформации (точка k на рис. 2) характеризует сопротивление разрушению металла Sk, которое определяется

        

         (Fk — фактическая площадь в месте разрыва).

         Характеристики разрушения. Разрушение происходит не мгновенно (в точке k), а развивается во времени, причём начало в разрушения может соответствовать какой-то промежуточной точке на участке вк, а весь процесс заканчиваться при постепенно падающей до нуля нагрузке. Положение точки к на диаграмме деформации в значительной степени определяется жёсткостью испытательной машины и иннерционностью измерительной системы. Это делает величину Sk в большой мере условной.

         Многие конструкционные металлы (стали, в том числе высокопрочные, жаропрочные хромоникелевые сплавы, мягкие алюминиевые сплавы и  др.) разрушаются при растяжении  после значительной пластической  деформации с образованием шейки. Часто (например, у высокопрочных  алюминиевых сплавов) поверхность  разрушения располагается под  углом примерно 45° к направлению  растягивающего усилия. При определенных  условиях (например, при испытании  хладноломких сталей в жидком  азоте или водороде, при воздействии  растягивающих напряжений и коррозионной  среды для металлов, склонных  к коррозии под напряжением) разрушение  происходит по сечениям, перпендикулярным  растягивающей силе (прямой излом), без макропластической деформации.