Nitridinė keramika

Kauno technologijos universitetas Silikatų technologijos katedra  Šiuolaikinės keraminės medžiagos Referatas Nitridinė keramika Atliko: Aušra Dauginaitė ir Erika Kulikauskaitė FMF 7/2 gr Priėmė: doc. E. Prichockienė KAUNAS 2009 TŪRINYS 1. Įvadas.......................................................................................................................3 2. Savybės, kurias turi turėti medžiagos, skirtos dirbti aukštoje temperatūroje..........3 3. Silicio nitridas Si3N4...............................................................................................3 4. Istorija.......................................................................................................,..............3 5. Kristalų struktūra ir savybės....................................................................................4 6. Silicio nitrido keraminių medžiagų savybės...........................................................5 7. Silicio nitrido apdorojimas......................................................................................5 8. Panaudojimas...........................................................................................................5 9. Tipiški taikymo atvejų pavyzdžiai...........................................................................6 10. Boro Nitridas BN.....................................................................................................7 11. Pagrindinės savybės…………………………………………………………….....7 12. Struktūra...................................................................................................................8 13. Šešiakampės ir kubinio boro nitrido tipinės savybės...............................................9 14. Rėžtukai deimantams...............................................................................................9 15. Panaudojimas...........................................................................................................9 16. Keletas boro nitrido pavyzdžių..............................................................................10 17. Aliuminio nitridas..................................................................................................11 18. Pagrindinės savybės...............................................................................................11 19. Išvaizda..................................................................................................................11 20. Naudojimas............................................................................................................11 21. Bendra informacija................................................................................................12 22. Titano nitridas.......................................................................................................13 23. Titano nitrido struktūra.........................................................................................13 24. Panaudojimas........................................................................................................14 25. Trinties koeficientas..............................................................................................14 26. Titano nitrido dangos............................................................................................15 27. Išvados..................................................................................................................16 Įvadas http://ausis.gf.vu.lt/mg/nr/2000/04/4ker.html (žiūrėta 2009-11-29) Pokario laikotarpis - tai ir neoksidinės keramikos plėtros amžius. Tokie junginiai, kaip silicio nitridas Si3N4, boro nitridas, buvo žinomi nuo praėjusiojo amžiaus, tačiau gauti tankią medžiagą iš jų ilgus dešimtmečius nesisekė. Toli pažengus aukštų temperatūrų technikai, ištobulėjo neoksidinių keramikų – nitridų, - technologija. Jų ypatingas savybes mokslas žinojo, bet technologijų sudėtingumas ir brangumas darė šias medžiagas komerciškai mažai patrauklias. Nauja technika ir ypač aukštų temperatūrų (iki 2500 °C ) įvaldymas pramoniniu mastu radikaliai pakeitė situaciją. Savybės, kurias turi turėti medžiagos, skirtos dirbti aukštoje temperatūroje: http://www.lzuu.lt/intern/RRduomenys/07_Trinties_poru_medziagos.pdf (žiūrėta 2009-11-29) •Didelis atsparumas karščiui; •Pakankamas šiluminis laidumas; •Atsparumas korozijai ir terminiam nuovargiui; •Didelis kietumas ir atsparumas; •Dirbant be tepalo –ant paviršiaus turi susidaryti plona, bet atspari apsauginė plėvelė, apsauganti nuo sukibimo; •Riedėjimo guoliams –kietumas. Silicio nitridas Si3N4 http://www.ms.ornl.gov/programs/energyeff/cfcc/iof/chap2.pdf (žiūrėta 2009-11-29) Silicio nitridas (Si3N4) yra cheminis junginys iš silicio ir azoto. Tai kieta keramika, didelis stipris, platus temperatūros matavimo diapazonas, vidutiniškas šilumos laidumas, mažas šiluminio plėtimosi koeficientas, vidutiniškai didelio tamprumo modulis ir neįprastai aukštas lūžis sunkiams. Šios savybes leidžia atlaikyti didelį terminį atsparumą smugiams, gebėjimas atlaikyti aukštą konstrukcinių apkrovų aukštoje temperatūroje ir aukščiausią atsparumą dilimui. Silicio nitridas gaminamas dažniausiai aukštoje temperatūroje, ir panaudojamas, dujų turbinoms, automobilių variklių dalims, guoliams ir metalo apdirbimo ir pjovimo įrankiams bei jų įdėklams. Silicio nitrido guoliai naudojami pagrindiniuose NASA's kosminių erdvėlaivių varikliuose. Istorija http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_nitride (žiūrėta 2009-11-29) Silicio nitridas pirmą kartą buvo pagamintas 1857 metais. Nuo 1948 iki 1952, užpatentuoti keli silicio karbido gamybos patentai. 1958 metais prasidėjo silicio karbido komercinė gamyba: vamzdžiai, raketų tūtos, valtys ir tigliai (indai skirti lydyti metalus). Britanijos silicio nitrido gamyba, prasidėjo 1953 metais, buvo siekiama pagaminti aukštą temperatūrą atlaikančios dujų turbinų dalys ir lėmė silicio nitrido plėtrą ir karšto spaudimo silicio nitrido gamybą. 1971 metais pasirašomas JAV 17 milijonų amerikos dolerių kontraktas su Ford ir “Westinghouse” dviejų dujų turbinų rotorių gamybai. Dujų turbinos radialinis rotorius iš Silicio nitrido. Kristalų struktūra ir savybės http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_nitride (žiūrėta 2009-11-29 ) Egzistuoja trys kristalografinės α, β ir γ fazių silicio nitrido (Si3N4) struktūros. α ir β silicio nitrido fazės yra dažniausias formos, jos gali būti pagamintos pagal normalaus slėgio sąlygas. γ fazė gali būti susintetinta pagal aukšto slėgio,temperatūros ir 35 GPa kietumą. Mėlyni-azoto atomai, pilki-silicio atomai trikampio α-Si3N4 šešiakampiai β-Si3N4 kubinių γ-Si3N4 Silicio nitrido keraminių medžiagų savybės Raimundas Šiaučiūnas, Edita Rupšytė „Šiuolaikinės keraminės medžiagos“ Kauno technologijos universitetas 2009 Savybės Silicio nitrido gavimas Sintezės reakcijomis Karštai presuojant Tankis, kg/m3 2300-2600 3120-3180 Atviras porėtumas, % 18-28 0,1 Kietumas pagal Moso skalę 9 9 Tampros (Jungo) modulis, GPa 160 290 Stipris lenkiant 20 0C temperatūroje, MPa 110-175 550-680 Stipris lenkiant 1200 0C temperatūroje, MPa 210 350-480 Silicio nitrido apdorojimas Rimgaudas Abraitis “Techninės keramikos technologija” Kaunas “technologija” 1999 Silicio nitridas susidaro reaguojant amorfiniam siliciui su azotu, esant 1000 °C ir aukštesnei temperatūrai. Si3N4 suskyla esant 1900 °C. Silicio nitridas chemiškai atsparus metalams ir druskoms. Ištirpinti šarmai suardo nitridą, išskirdami amoniaką. Silicio nitridas naudojamas kaip rišiklis silicio karbidui. Panaudojimas http://www.mokslai.lt/referatai/konspektas/pjovimo-teorijos-pagrindai-puslapis5.html (žiūrėta 2009-11-26) Nors Si3N4 guoliai dar 2-5 kartus brangiau nei geriausi plieno guoliai, jų puikias eksploatacines savybes ir gyvenimas pateisino greitai priimti. Silicio nitrido keramika yra geresnė negu oksidinė. Ji atsparesnė šiluminiams smūgiams ir standesnė Si3N4. ši medžiaga nepakeičiama apdirbant pilkąjį ketų ir nupjaunant storus metalo sluoksnius. Temperatūrinis patvarumas yra geresnis negu kietlydinio. Terminis stabilumas yra geresnis negu aliuminio oksido keramikos, tačiau mažesnis cheminis stabilumas. Keramika silicio pagrindu yra dviejų fazių: 1) kai silicio nitridų kristalai yra rišamojoje medžiagoje; 2) 2) kai kristalai neįeina į rišamąją medžiagą. Gaminama šaltai presuojant ir sukepinant arba karštai šlifuojant iki norimos konfigūracijos. Tipiški taikymo atvejų pavyzdžiai: http://www.ms.ornl.gov/programs/energyeff/cfcc/iof/chap2.pdf (žiūrėta 2009-11-29) Iš silicio nitrido pagaminti metalo pjaustymo įrankių įdėklai. Silicio nitrido guoliai, atbulinio vožtuvo kamuoliukas ir kitos didelio stiprumo ir nusidėvėjimui atsparios dalys. Silicio nitrido orpūčio antgalio įdėklas, vielos formavimo ritinys arba nukreipiamoji detalė, vožtuvo rutuliukas, naftos grežinių dalys, nestandarinės dalys, ugniai atsparus tinklelis, kalio karbonatui gręmžti peilio ašmenys. Silicio nitrido įrankiai skirti salyčiui su išlydytu aliuminiu. Jis yra labai atsparus beveik visų stiprių rūgščių, išlydyto aliuminio ir kitų mažos lydymosi temperatūros metalų poveikiui. Boro nitridas BN Rimgaudas Abraitis “Techninės keramikos technologija” Kaunas “technologija” 1999 Boro nitridas yra cheminis junginys su sheminė formulė BN, sudarytas iš vienodo skaičiaus boro ir azoto atomų. Tai baltas, minkštas gaminys arba į talką panašūs milteliai, kurių tankis-2340kg/m3, kietumas 1-2(pagal Moosą). Nitridas, kurio kristalinė struktūra heksogonalinė(panaši į grafitą), vadinamas baltu grafitu, jo Tlyd-2350 °C. Nitridas chemiškai atsparus, aukšto šilumos laidumo, termiškai atsparus, geras dielektrikas iki aukštų temperatūrų, izoliatorius bedeguoninėse aplinkose iki 1800 °C. Dėl puikių šilumos ir cheminio stabilumo, boro nitridas keramika yra tradiciškai naudojamas kaip dalis aukštos temperatūros įrangai. Boro nitridai turi didelį nanotechnologijų potencialą. Nanovamzdeliai dėl BN savybių galima pagaminti, kurios struktūra panaši į anglies nanovazdelių, t.y. BN lakštų valcavimo apie save, tačiau savybės yra labai skirtingos: kadangi anglies nanovamzdeliai gali būti metalo ar puslaidininkio priklausomai nuo riedėjimo krypties ir spindulio , BN nanovamzdelio yra elektros izoliatorius su plataus diapazono nuo ~ 5,5 eV, kuris yra beveik nepriklausomas nuo vamzdžio morfologijos. Panaši į kitas formas, BN, BN nanovamzdeliai yra daugiau termiškai ir chemiškai stabilus nei anglies nanovamzdelių. Dvigubos sienelės boro nitrido Anglies nanovamzdelis nanovamzdelis Pagrindinės savybės: • Aukšta temperatūra • Žemas šiluminis plėtimosis • Geras šilumos atsparumas smūgiams • Aukšta elektros varža • Maža dielektrinė konstanta ir nuostolio tangentas • Mikrobangų pralaidumas • Ne toksiškas • Chemiškai inertiškas • Nesugeria drėgmės iš išlydytų metalų ir stiklų aukštesnėse temperatūrose. Struktūra http://en.wikipedia.org/wiki/Boron_nitride (žiūrėta 2009-11-29) α-BN, šešiakampės β-BN, kubinė struktūra BN, retų šešiakampių struktūra Labiausiai stabili boro nitrido kristalinė forma yra α-BN, šešiakampė struktūra. Ji sluoksniuotos struktūros, panaši į grafitą. Per kiekvieną sluoksnį, boro ir azoto atomų yra saistomi stiprus kovalentiniai ryšiai, o sluoksnius prilaiko silpnos Van der Valso jėgos. Boro nitridą galima išskirstyti taip: • Šešiakampis Boro nitridas (H-BN) • Kubinis Boro nitridas (C-BN) Šešiakampės ir kubinio boro nitrido tipinės savybės Savybės Boro nitridas H-BN C-BN Tankis, g/cm-3 2,3 2,2 Lydymosi temperatūra (° C) 3000 Tampros (Jungo) modulis, MPa 20-103 Šilumos laidumas (W / mK) 20-27 Dielektrinė skvarba 4,1 Rėžtukai deimantams neris.mii.lt/mt/straipsniai/20070708/boeing.doc (žiūrėta 2009-11-29) Deimantas – kiečiausias iš visų žinomų kristalų – idealiai tinka įrankiams akmenims ir kitoms sunkiai apdorojamoms medžiagoms pjaustyti. Bet deimantai yra brangūs ir sparčiai degraduoja dirbant su plienais ar kitais geležies turinčiais lydiniais, nes jų paviršiuje tuomet vyksta reakcijos, kurių metu susidaro gerokai minkštesni už deimantą geležies karbidai. Plienui geriausiai tinka įrankiai, pagaminti iš kubinio boro nitrido, kuris yra beveik toks pat kietas kaip ir deimantas. Deimantai atlaiko nuo 70 iki 100 gigapaskalių (1 GPa = 105 at) slėgį, o boro nitridas – 40–50 GPa. Bet šie kristalai gaunami tik esant labai aukštai temperatūra (1500 oC) ir itin dideliam slėgiui (5 GPa). Pasiekiamas 90%-95% teorinis tankis. Deimantas ir boro nitridas yra tokie kieti todėl, jog juos sudarantys atomai yra visomis kryptimis stipriai surišti vieni su kitais trumpomis kovalentinėmis jungtimis. Toks bario nitridas pasižymi dideliu šilumos imlumu, didele varža, yra geras izoliatorius, gerai veikia iki 1900 0C-2000 0C (tuo tarpu deimantas tik iki 800 0C) Panaudojimas • Elektros izoliatoriai • Dulkių lydymosi tigliai • CVD tigliai • Danga metalams nuo korozijos ir trinčiai • Aukšto tikslumo sandarinimas, litavimo kietuoju lydmetaliu ir metalizavimas įrenginiai • Valtys • Mažos trinties sandarikliai • Plazminiai izoliatoriai • Aukštos temperatūros krosnių įrangai • Pjovimo įrankiai (Pjovimo įrankių savybės labai priklauso nuo kristalo dydžio ir rišamosios medžiagos. Todėl išskiriami dviejų tipų kubiniai boro nitridai: 1) normalus kubinis boro nitridas su keramine rišančia medžiaga, atsparesnis dilimui ir chemiškai stabilesnis, todėl daugiau tinkamas plienui. 2) pagerintas kubinio boro nitridas yra tampresnis ir tinka modifikuotam ketui ir kaitrai atspariems lydiniams. Apdirbant per minkštas detales labai dyla kubinio boro įrankiai. Todėl kuo kietesnė medžiaga, tuo mažesnis dilimas, todėl plienai kurių kietumas

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!