cursul10

5/14/2018 Cursul10 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/cursul10 1/7

CURSUL 10

Omenirea, de-a lungul timpului, a fost interesată şi preocupată

de găsirea, realizarea şi dezvoltarea unor materiale aproape perfecte, pentru aplicaţii specifice, care să-i uşureze activitatea sau să-i

crească gradul de confort.

Pentru valorificarea proprietăţilor valoroase ale materialelor ceramice se practică, pentru anumite aplicaţii termomecanice,

asocierea unora dintre acestea cu componente metalice, obţinându-

se astfel materiale metalo-ceramice, cunoscute şi sub denumirea decermeţi.

Cermeţii fac parte din categoria materialelor compozite

integrate structural, obţinute dintr-un metal sau aliaj (respectiv dinmai multe aliaje sau metale) şi una sau mai multe faze ceramice.

Proporţia dintre cei doi constituienţi (componenta metalică şi

componenta ceramică) poate varia în limite largi, iar procesul decermetizare se realizează la temperaturi înalte, în mediu de protecţie

antioxidant.

10.1. OBTINEREA COMPOZITIILOR

CERAMOMETALICE

Metodele clasice pricipale de elaborare a cermetilor sunt:

- sinterizarea polifazica (sau co-sinterizarea), sub

sarcina sau fara sarcina;

- procedeul impregnarii unei mase ceramice poroase

cu metal topit;

- turnare sub presiune;

3



- formarea prin explozie isostatica.

10.1.1. Sinterizare-vitrifiere polifazica

Procesul de obtinerie a cermetilor contine, in general,

urmatoarele operatii: macinarea – amestecarea – presinterizarea

– macinarea – amestecarea - fasonarea ( presare) – sinterizareasub atmosfera controlata.

In cazul cermetilor pe baza de carburi si, in general, a cermetilor,are loc mai intai fasonarea prin presare a pieselor. Amestecului

crud (cu particule a caror marime variaza intre 1 si 15 µm) i se

adauga un liant temporar pentru a usura decofrarea si a imprimao anumita rezistenta produselor crude. Piesa astfel preformata

sufera in general o prima ardere care ii asigura o rezistenta

mecanica suficienta pentru a putea fi prelucrata la dimensiunile

dorite. Nu intotdeauna se impune o asemenea ardere prealabila.Dupa aceea, piesa este sinterizata la aproximativ 1450 0C, in

atmosfera neutra sau reducatoare pentru a evita decarburarea.Uneori sinterizarea are loc in atmosfera de hidrogen, sau sub vid.

Tehnica sinterizarii este, in general, mai utilizata pentru

obtinerea pieselor mici.

10.1.2. Turnarea sub presiune

O alta metoda de fasonare a pieselor supuse sinterizarii este printurnare, care se intrebuinteaza pentru obtinerea, din cermeti, a

pieselor cilindrice sau de forma complicata, care nu pot firealizate prin metode mai economice. Turnarea de barbotina in

forme este un proces care utilizeaza suspensii lichide de pulberifin macinate. Stabilitatea suspensiei este influentata de natura

fazei lichide, de concentratia particulelor din suspensie si de

finetea de macinare a acestora; pulberile fin dispersate intr-unlichid pot fi stabile o durata relativ lunga de timp. Compusii

cermetilor pot fi astfel preparati incat sa asigure suspensii stabile

care sa poata fi turnate in conditii convenabile.

4



10.1.3. Procedeul impregnarii

Procedeul impregnarii unor materiale refractare poroase cu unmetal topit este bazat pe principiul penetrarii sub actiunea

fortelor capilare.

Mecanismul impregnarii este guvernat de relatia si interactia posibila intre faza solida cu punct de topire ridicat (scheletul

structural) si faza metalica lichida.

10.1.4. Formarea cermetilor prin explozie izostatica

Prin tehnica realizarii unor presiuni inalte, datorate unei detonariexplozive, se pot obtine cermeti doar printr-o singura operatie

tehnologica. Datorita faptului ca aceasta tehnica determinaformarea compozitiilor de tip cermet de o foarte buna calitate, incontextul dezvoltarii unor presiuni foarte mari, chiar in

momentul desfasurarii procesului de sinterizare, constituie, insine, o metoda tehnologica atat economica cat si practica.

Pentru realizarea acestui scop se foloseste o camera de explozie

(ex. spatiul de explozie a unui tun de mare calibru.

Pulberea reactanta (amestecul constituientilor ceramic si

metalic), ambalata in pungi de cauciuc, este asezata in cameraexploziva, unde se mai adauga si o incarcatura explozibila. Dupa

ce camera se inchide (etanseaza) se detoneaza pulbereaexplozibila.

Presiunea inalta care se dezvolta in camera de explozie si unda

de soc generata de aceasta explozie au efect complementar in

dezvoltarea unei forte imense, care este capabila sa determineformarea, in timpul sinterizarii care are loc instantaneu, a unor

formatiuni cermetice (diferite dimensional) de compozitieconstanta si cu contractie mica.

5



10.1.5. Obtinerea compozitelor metalo-ceramice de tip

compus intermetalic – oxid refractar

Compozitiile Al2O3 – MoSi2, care reprezinta un exemplu in acest

context, fiind composite de tip oxid – compus intermetalic, se

poate obtine prin incalzire (in atmosfera de protectie), dupa ofasonare prealabila. Cu particularitatile cerute de natura

constituientilor, compozitele metaloceramice de tip MoSi2 -

Al2O3 se proceseaza in conformitate cu cerintele tehnologiceimpuse de metoda de obtinere prin sinterizare-vitrifiere

polifazica. Astfel, amestecurile dintre cei doi constituienti

(MoSi2 si alumina), sub forma de pulbere de mare finete, suntsinterizate, dupa presare, la aproximativ 1600 0C in atmosfera de

argon.

10.2. MATERII PRIME FOLOSITE LA OBTINEREACERMETILOR

La obtinerea compozitiilor cermetice se folosesc doua tipuri de

constituienti:

- de natura ceramica (oxizi refractari - care prezinta

interes pentru tema de fata, sau ceramici neoxidice)si

-

de natura metalica (metale aliaje compusiintermetalici).

10.2.1. Componenta ceramica. Oxizi refractari folositi

la obtinerea cermetilor

Unii dintre cei mai folositi oxizi refractari folositi, ca materii prime pentru obtinerea materialelor ceramometalice sunt: Al2O3,

BeO, MgO, ZrO2, SiO2, oxizi interamestecati (ex. Al2O3 –Cr 2O3).Pentru acelasi scop se folosesc insa si alti oxizi sau spineli.

Porozitatea granulei, impuritatile, structura cristalina si alte

caracteristici ale materiilor prime au un rol important asupra

produsului final.

6



10.2.2. Componenta metalica

Metalele, aliajele sau compusii intermetalici, pentru a se puteafolosi la prepararea cermetilor, trebuie sa fie in stare de pulbere

de finete avansata (2-5 µ ).

Metalele se obtin in stare de pulbere prin procedeul metalurgiei pulberilor.

Cromul, nichelul, fierul, cobaltul si molibdenul de exemplu, cu

puritatea de 98 %, si in stare de pulbere cu granulatia mai micade 0,06 mm, se recomnada a se folosi la obtinerea cermetilor de

tipul metal-Al2O3. O alta sursa de informare documentara arata

ca pentru obtinerea unor cermeti de tip Mo-Al2O3, unde proportiagravimetrica a molibdenului ajunge la 50 %, componentul

metalic (molibdenul) are o granulatie mai mica decat 4,5 µm.

Insa la obtinerea unor cermeti, destinati unor scopuri speciale, si,

prin urmare, care trebuie sa aibe o compozitie riguroasa,

componenta metalica trebuie sa se caracterizeze printr-o puritatefoarte inalta, si de aceea se recomanda ca astfel de metale sa se

obtina pe cale electrochimica.

10.3. UTILIZARI ALE CERMETILOR

Asa cum s-a mentionat, cermetii combina ductilitatea, rezistenta

la soc termic si alte proprietati valoroase ale metalelor, cu unele

proprietati ale materialelor ceramice oxidice si neoxidice.

Cermeturile WC-Co sunt utilizate, datorita duritatii lor, laconfectionarea sculelor de taiere a capetelor pieselor de foraj,

etc. Ele rezista bine la actiunea la rece a acizilor (H2SO4, HF),

ceea ce permite utilizarea lor ca filiere in trenurile de intindere dela decaparea acida.

O clasa de cermeturi cu multiple utilizari, ca urmare a

rezistentelor imbunatatite la oxidare la temperatura ridicata, soctermic, abraziune, eroziune etc. o formeaza alumina (cu sau fara

adaos de TiO2, Cr 2O3) – ca faza ceramica, impreuna cu Cr, Mo,

Cr + Mo, Cr + W etc ca faza metalica. Ele isi gasesc aplicatii inconstructia rachetelor, ca tuburi de protectie pentru termocuple,

7



controlul curgerii metalelor topite, motoare cu reactie, tuburi simufle pentru cuptoare etc.

Pe langa alte multiple utilizari ale cermeturilor (teci pentru

pirometre de imersie, rulmenti pentru temperaturi inalte, piese

pentru presarea la cald, piese pentru turnarea sticlei optice sitragerea tevilor de otel, pompe pentru metale topite – aluminiu,

sodiu etc.), merita a fi amintite, de asemenea, aplicatiile din

industria electronica, a energiei nucleare etc.

Cemetii de tip Al2O3 – Cr - W se folosesc la prepararea tuburilor

de rachete datorita rezistentei la abraziune si eroziune la

temperaturi foarte inalte.

Rezistenta buna fata de actiunea de umectare a metalelor topite,un bun comportament la eroziune si soc termic face ca

materialele ceramometalice din sistemul Al2O3 – Cr sa sefoloseasca la dispozitivele de control a curgerii metalelor topite.De asemenea, datorita rezistentei bune fata de actiunea agresiva a

agentilor chimici, cermetii de tip Al2O3 - Cr se folosesc larealizarea tuburilor de protectie pentru termocuplurile care

functioneaza in medii bogate in SO2, SO3, HF etc, dar, de

asemenea, se folosesc si la realizarea camerelor de combustie amotoarelor de mare putere, a jgheaburilor decurgere a cuprului

lichid, a tuburilor si muflelor pentru agregatele termotehnologice

cu functionare le temperaturi foarte inalte.Cermetul de compozitia complexa Cr – Mo - Al2O3 – TiO2

rezista la abraziune si, prin urmare, se foloseste ca inele de

etansare si rulmenti cu functionare la temperaturi inalta.

Cermetii pe baza de dioxid de thoriu si tungsten se aplica intehnica nucleara.

Datorita faptului ca cermetii din sistemul Al2O3 – Mo dezvolta

rezistente mecanice mari si, totodata, se caracterizeaza prin bunacompactitate, difuzivitate si conductibilitate termica, aceste

materiale se folosesc in domenii care solicita astfel de cerinte la

temperaturi inalte.

8



Cermetii pe baza de Al2O3 si MoSi2 isi afla aplicatii la obtinerearezistorilor, conectorilor si valvelor capabile sa functioneze la

temperaturi inalte, intrucat astfel de componente isi pastreaza

nealterate proprietatile mecanice pana la temperaturi de 10000C.Aceste compozite isi afla aplicare si la obtinerea elementelor de

incalzire, arzatoarelor si electrozilor.

Ranforsarea compozitului metalo-ceramic Al2O3 – MoSi2 cu

wiskers sau particule de SiC conduce la cresterea duritatii sirezistentei sale mecanice, facandu-l astfel capabil sa fie folosit in

alicatii tehnologice cu functionare in mediu oxidant la 1200 0C,

sau chiar la temperaturi cu valoare mai mare.

Avand o comportare buna la variatiile bruste de temperatura,

cum si proprietati piroscopice apreciabile, compozitele metalo

ceramice de tip Al2O3 –MoSi2 se utilizeaza, cu foarte bunerezultate, la obtinerea paletelor de la turbinele centralelor

electrice si, respectiv, ca material de acoperire a produselor

refractare speciale.

9

cursul10

Documents