modul-3-mat avansate 2009magnum.engineering.upm.ro/~gabriela.strnad/curs avansat...6rfdflx 7hrgru...

Socaciu Teodor “Materiale avansate pentru calitatea produselor”

Pagina 1

M3.MACP

UTILIZĂRILE CERAMICII TEHNICE

CUPRINS

INTRODUCERE 2

Obiective 2 Organizarea sarcinilor de lucru 2 Recomandări bibliografice 2

Lecţia 1 MATERIALE CERAMICE UTILIZATE ÎN INGINERIA ELECTRICĂ ŞI TRANSPORTURI

3

Exemplu ilustrativ 1 5 Exemplu ilustrativ 2 7 Activitatea 1 8

Lecţia 2 APLICAŢII INDUSTRIALE ALE CERAMICII TEHNICE 10

Exemplu ilustrativ 3 11 Activitatea 2 14 REZUMAT 15

Rezultate aşteptate 15 Puncte cheie 16 TEST DE AUTOEVALUARE 17

MODULUL

3


Pagina 2

M3.MACP

INTRODUCERE

Ceramica tehnică se impune în toate sectoarele construcţiei de maşini, ca şi în

electronică, electrotehnică, energetică, metalurgie, precum şi în domenii ca cel medical, sportiv, casnic, datorită unor caracteristici fizice, mecanice, termice, electrice, chimice excepţionale, cât şi datorită abundenţe de materii prime şi scăderii continue a preţului de cost.

Obiective

Organizarea sarcinilor de lucru

Recomandări bibliografice suplimentare

Obiectivele acestui modul sunt: Să prezinte materialele ceramice pentru componente electrice şi

electronice, utilizarea ceramicii avansate la motoare termice şi la mijloacele de transport;

Să prezinte şi să explice utilizarea materialelor ceramice la prelucrările prin aşchiere, aplicaţii tribologice şi alte domenii.

Se parcurg cele 2 lecţii ale modulului de studiu. La fiecare lecţie urmăriţi exemplele ilustrative şi efectuaţi activităţile

cerute. Fixaţi principalele idei ale modului de studiu prezentate în rezumat. Completaţi testul de autoevaluare. La fiecare sarcină aveţi indicat timpul de lucru. Timpul mediu necesar pentru asimilarea modulului este de 240 minute. Timpul de lucru pentru parcurgerea activităţilor este de 45 minute. Timpul de lucru pentru parcurgerea testului de autoevalure este de 40

minute.

Pentru o detaliere suplimentară a aspectelor prezentate în acest modul puteţi parcurge lucrările 1. NICA, A., Ceramica tehnică, Editura Tehnică, Bucureşti, 1988. 2. SOCACIU, T., MOISOIU, A., STRNAD, G. Studiul materialelor. Editura

Universităţii “Petru Maior” Tg.-Mureş, 1999, 175 pag., ISBN 973-98726-4-6.

3. www.keramverband.de


Pagina 3

M3.MACP

MATERIALE CERAMICE UTILIZATE ÎN

INGINERIIA ELECRTICA ŞI TRANSPORTURI

1.1. Materiale ceramice pentru componente electrice şi electronice Aproape jumătate din totalul materialelor ceramice tehnice produse pe plan

mondial se utilizează în ingineria electrică pentru: a) Tehnică de calcul. Azi calculatoarele, multifuncţionalele, casele de marcat,

circuitele integrate, consumabilele, etc, au devenit numitor comun al tuturor soluţiilor de conducere eficienta a activităţilor umane de orice natura (fig. 3.1).

Circuitul integrat reprezintă un dispozitiv electronic compus din interconectarea mai multor componente electrice pasive şi active pe o plăcuţă de material semiconductor (de exemplu siliciul), care în cele mai multe cazuri este introdusă într-o capsulă etanşă şi dotată cu elemente de conexiune (terminale).

Fig. 3.1. Tehnică de calcul, hard disc şi circuit integrat (procesor)

LECŢIA 1


Pagina 4

M3.MACP

b) Condensatori ceramici. Dintre materialele utilizate la fabricarea acestora cea mai mare răspândire o au titanaţii de bariu şi de stronţiu.

c) Materiale piezoceramice. Sunt materiale capabile să

genereze o forţă când li se aplică un potenţial electric şi invers, sub acţiunea unei forţe generează un potenţial electric (fig.3.3). Gama lor de utilizare cuprinde: ceasuri (materialul utilizat fiind cuarţul - SiO2 cristalizat), traductoare ultrasonice, dispozitive de emitere a semnalelor

sonore, etc. Pe lângă cuarţ se utilizează titanatul de plumb-zirconiu, titanatul de bariu şi titanatul de plumb.

d) Semiconductori ceramici. Se utilizează la fabricarea termistoarelor (rezistenţa lor electrică variază în funcţie de temperatură) şi varistoarelor (rezistenţa lor electrică variază în funcţie de curentul electric ce le parcurge). Ca semiconductori ceramici se utilizează: carbura de siliciu, oxizii de bismut şi zinc, titanatul de bariu, pentaoxidul de bariu.

e) Conductori ceramici. Există şi

materiale ceramice conductoare de ioni, materiale ce pot fi utilizate ca si conductori electrici, având şi avantajul unei excepţionale comportări la temperaturi înalte. În acest scop se foloseşte alumina beta şi zirconia.

f) Supraconductori ceramici. Supraconductibilitatea reprezintă anularea rezistenţei electrice la o anumită temperatură critică şi deci posibilitatea de a conduce curentul electric, practic fără nici o pierdere. Se deschid astfel posibilităţi excepţionale de utilizare pentru aceste materiale, deoarece fibrele supraconductoare nu numai că nu înregistrează pierderi de curent sub formă de căldură, dar permit şi densităţi de curent de neconceput în alte condiţii. Amestecurile de oxizi de bariu sau stronţiu, lantan sau yterbiu şi cupru, obţinute prin sinterizare, permit aducerea punctului de manifestare a supraconductibilităţii la temperatura de 23oC.

g) Materiale magnetoceramice. În această categorie intră feritele (oxizi ai metalelor feromagnetice, în primul rând oxizi de fier şi crom). Acestea se utilizează pentru fabricarea capetelor de înregistrare magnetică şi a memoriilor în general.

Fig. 3.2. Condensatori

Fig. 3.3. Fenomenul piezoelectric Fig. 3.4. Elemente

piezoceramice

Fig. 3.5. Diferite componente ceramice


Pagina 5

M3.MACP

h) Izolatori ceramici.

Structura ceramicelor le conferă proprietăţi de izolator termic şi electric. În prezent se folosesc variante noi de faianţă şi porţelan (cu litiu, zirconiu, beriliu, bioxid de staniu, materiale aluminoase etc.), sticlă plastică, glazuri ceramice, etc.

1.2. Utilizarea ceramicii avansate la motoare termice Obiectivul care atrage atenţia în acest domeniu este realizarea motorului cu

ardere internă în exclusivitate din materiale ceramice. Interesul pentru motorul ceramic se justifică prin prisma avantajelor pe care le oferă: rezistenţă la temperaturi înalte (deci posibilitatea îmbunătăţirii randamentului termic), rezistenţă la uzură şi atac chimic, dilatării reduse, greutate mică, materie primă abundentă. Există însă şi dezavantaje majore legate de fragilitatea ceramicelor şi de dificultăţile în prelucrarea lor.

EXEMPLU ILUSTRATIV 1:

Toyota a cercetat un motor adiabatic ceramic care poate rula la o temperatură de peste 3300°C. Aceste motoare nu au nevoie de un sistem de răcire şi, prin urmare, permit o mare scăderea în greutate şi o mai mare eficienţă a combustibililor. Eficienta combustibililor este de asemenea, mai mare la temperaturi ridicate, aşa cum este arătat şi de teorema lui Carnot. Într-un motor convenţional metalic, o mare parte a energiei eliberate de combustibil trebuie să fie disipat sub formă de căldura reziduală, în scopul de a preveni o topirea pieselor metalice. În ciuda tuturor acestor avantaje, astfel de motoare nu sunt în producţie, pentru că este dificilă obţinerea de precizie si durabilitate la fabricarea pieselor de ceramică. Aceste motoare sunt posibile în laborator, dar producţia în masă nu este fezabilă cu tehnologia actuală.

Principalele categorii de materiale ceramice folosite în construcţia motoarelor

termice sunt: silicaţii, carburile de siliciu, titanaţii, nitrurile de siliciu şi sialonurile, oxizii de zirconiu. Practic s-au realizat următoarele piese din materiale ceramice pentru motoarele cu piston:

- pistoane: - din aluminiu cu inserţie ceramică din titanat de aluminiu, - din nitrură de siliciu sinterizată reactiv;

Fig. 3.6. Diverşi izolatori


Pagina 6

M3.MACP

- cămăşi de cilindru: izolează termic cămăşile de cilindru din fontă cenuşie perlitică cu ajutorul unui inel de zirconiu montat la partea superioară;

- chiulase: introducerea unor inserţii din titanat de aluminiu în timpul turnării chiulasei din fontă cenuşie perlitică;

- fretarea în chiulasa din fontă a unor plăci parafoc din zirconiu.

Materialele ceramice de tipul oxidului de aluminiu Al203 sau de zirconiu Zr02 sunt

utilizate la executarea corpului bujiilor, iar cele de tip nitrura de siliciu Si3N4 se folosesc la executarea electrozilor bujiilor. Ceramicele de tip titanat de aluminiu Al2TiO5 sunt folosite la realizarea de cilindri, pistoane si segmenti, precum si la executarea galeriei de evacuare a gazelor.

Este în curs de dezvoltare realizarea de piese ceramice pentru turbine cu gaz. În

prezent, chiar şi componente realizate din aliaje metalice avansate necesită răcire în secţiunile „fierbinţi”. Motoarele de turbine făcute din ceramică ar putea funcţiona mai eficient, oferind o mai mare gamă de aeronave şi o sarcina utilă mai eficientă pentru aceeaşi cantitate de combustibil.

Materialele ceramice se utilizează şi în construcţia motoarelor cu ardere externă (arzătorul şi planşele parafoc, încălzitorul, cilindrii şi carcasa regeneratorului, pistoanele, preîncălzitorul de aer), a turbinelor cu gaze (camere de ardere, rotorul turbinei, recuperatorul, carcasele şi diafragmele) şi echipamentelor anexă ale motoarelor termice (turbocompresorul, filtre de eşapament).

Datorita proprietăţilor mecanice si fizice deosebite pe care le au materialele ceramice, acestea au o larga utilizare in domeniul tehnicii reactive. Eficienta propulsiei prin reacţie depinde direct de temperatura gazelor de ardere, ceea ce a determinat apariţia unor realizări practice abia atunci când s-au elaborat materiale capabile sa asigure nivelul termic minim.

Astfel, beneficiază intr-o măsură decisivă de aportul materialelor ceramice si ajutajele reactive atât pentru motoarele turboreactoare, cât si mai ales, pentru motoarele rachetă.

Fig. 3.8. Turbină cu gaz

Fig. 3.7. Motor termic

Fig. 3.9. Motor

rachetă

CONCLUZIE


Pagina 7

M3.MACP

1.3. Utilizarea ceramicii avansate la mijloacele de transport

Orice mijloc de transport, terestru, naval, aerospaţial, trebuie să aibă o greutate

proprie cât mai mică, pentru a permite sarcini utile cât mai ridicate. Materialele ceramice, fiind mult mai uşoare decât metalele şi având o rezistenţă mai ridicată la acţiunea factorilor corozivi sunt în atenţia constructorilor.


O variantă interesantă de utilizare a materialelor ceramice în vederea

realizării protecţiei termice a fost realizată pentru navetele spaţiale. Astfel, naveta spaţială este prevăzută pentru protecţia termică la reintrarea în atmosferă cu (vezi fig.3.10):

- plăcuţe din fibre de silice (peste 30.000 de bucăţi); - înveliş din material compozit carbon-carbon (pentru vârful

fuzelajului şi bordului de atac al aripilor, unde se ating temperaturi de 1260…1600oC);

- acoperiri izolante pentru suprafeţe ce nu depăşesc 400oC; Acest scut izolator, protejează structura de aluminiu a navetei, ce nu

trebuie să depăşească 175oC, astfel naveta putând fi reutilizată.

Pentru avioane supersonice, sau avioane de transport de capacitate medie şi

mare se fabrică componente de bază (aripi, fuselaj, ampenaje) din compozite pe bază de fibre de carbon, sau pe bază de fibre ceramice întreţesute cu fibre organice.

În domeniul autovehiculelor, pe lângă numeroase componente, există şi autoturisme cu caroserie executată în întregime din mase plastice armate cu fibre de sticlă.

Fig. 3.10. Scutul termic

Fig. 3.11. Simulare a încălzirii la

reintrare

CONCLUZIE


Pagina 8

M3.MACP

Activitatea 1

Timp de lucru: 20 minute

1. Menţionaţi toate componentele din PC-ul dumneavoastră realizate din ceramică tehnică. Încercaţi să stabiliţi şi tipul de ceramica utilizat.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

2. Pe 1 februarie 2003, NASA anunta unul dintre cele mai mari dezastre din istoria agentiei: naveta Columbia s-a dezintegrat chiar inainte de aterizare, toti cei sapte astronauti aflati la bord pierzandu-si viata. Explicaţi motivele dezastrului.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

3. Daţi trei exemple, la locul dumneavoastră de muncă (sau alte firme), de utilizarea ceramicii avansate la motoare termice.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------


Pagina 9

M3.MACP

APLICAŢII INDUSTRIALE ALE

CERAMICII TEHNICE

2.1. Utilizarea materialelor ceramice la prelucrările prin aşchiere Materialele ceramice, atât carburi ale metalelor, cât şi cele mineralo-ceramice

(oxizi ai metalelor şi metaloizilor, diamantul, etc.) sunt utilizate ca scule aşchietoare datorită durităţii lor (diamantul, nitrura cubică de bor, carborundul sunt cele mai dure materiale cunoscute) şi păstrării acestei proprietăţi la temperaturi foarte ridicate.

Se folosesc următoarele tipuri de materiale ceramice: a) Plăcuţele din carburi metalice au un cost moderat, duritate ridicată (peste 80

HRC), rezistenţă bună la uzură şi stabilitate termică până în jur de 900oC. Acest fapt permite utilizarea unor viteze de aşchiere de 2 … 6 ori mai mari decât în cazul sculelor din oţel rapid. Aceste plăcuţe au şi dezavantaje, legate de fragilitatea lor în prezenţa şocurilor şi vibraţiilor.

Fig. 3.12. Plăcuţe şi scule aşchietoare widia

LECŢIA 2


Pagina 10 M3.MACP

Plăcuţele din carburi metalice au în compoziţia chimică carbură de wolfram, carbură de titan, tantal şi cobalt şi se numesc widia (Wie Diamant). Prezenţa masivă a carburii de wolfram asigură rezistenţa la uzură, iar elementul de legătură cobaltul, măreşte tenacitatea plăcuţei.

Sunt folosite la prelucrarea oţelurilor fontei, maselor plastice, etc. b) Materialele mineralo-ceramice. Paralel cu dezvoltarea aliajelor dure din

carburi metalice, s-a dezvoltat şi ramura materialelor dure mineralo-ceramice. Acestea sunt mult mai ieftine decât carburile metalice, fapt pentru care prezintă un interes deosebit, in special pentru construcţia de scule aşchietoare, cum sunt: cuţitele, frezele, discurile abrazive etc., cat si pentru construcţia anumitor piese necesare industriei. Problema prezintă interes si prin faptul ca aceste materiale dure, nemetalice ca diamantul, nitrura cubică de bor, corindonul, carborundul, cuarţul, oxidul de Al aglomerat, carbura de bor aglomerată etc. pot înlocui în construcţia de scule, cat si in alte domenii, materialele dure metalice sau, in alte cazuri, pot fi combinate cu ele.

Cele mai utilizate sunt plăcuţele din oxizi sinterizaţi care se realizează din alumină pură (Al2O3) sau din alumină cu oxizi de siliciu, carburi metalice (Mo2C, WC, VC) şi ca lianţi metale (Mo, W, V).


Din oxidul de Al si alte tipuri de oxizi, se obţin plăcuţe mineralo-

ceramice si scule care permit sa se aşchieze materialele cu viteze de 500-1200 m/min si chiar mai mari. Aceste plăcuţe se obţin din pulbere de oxid de Al cu o granulaţie foarte fina funcţie de marca plăcuţei care a evoluat in timp, fapt ce a adus la îmbunătăţirea proprietăţilor fizico-mecanice ale plăcuţelor ceramice.

Diamantul şi sculele diamantate se folosesc pentru: - prelucrări neabrazive: îndreptare, aşchiere, profilare a discurilor abrazive,

netezire, trefilare, tăierea sticlei; - prelucrări abrazive: ascuţirea sculelor, şlefuire, rectificare, honuire, lepuire,

superfinisare, găurire, debitare. Materialele mineralo-ceramice pot fi: - naturale: diamantul natural, cuarţul cristalin, caroxul, etc. - artificiale: diamantul sintetic, nitrura cubică de bor, corindonul, etc. Introducerea in industrie a sculelor armate cu plăcuţe mineralo - ceramice

pentru cuţitele de strung, freze, alezoare etc. este rentabilă, deoarece aceste plăcuţe sunt mult mai ieftine decât carburile metalice. Uzura sau deteriorarea acestor plăcuţe nu ridică problema recuperării lor, tocmai datorită faptului ca oxidul de Al nu este o materie scumpă pentru realizarea plăcuţelor mineralo - ceramice.

CONCLUZIE


Pagina 11 M3.MACP

2.2. Aplicaţii tribologice ale materialelor ceramice Rezistenţa la temperaturi înalte, specifică materialelor ceramice, împreună cu

foarte bune proprietăţi tribologice (coeficienţi foarte reduşi de frecare chiar în stare uscată – grafitul cu structură lamelară constituie un excelent lubrifiant solid cu largi utilizări), le-au recomandat ca materiale antifricţiune, mai ales la temperaturi de lucru ridicate şi în medii agresive din punct de vedere chimic.

Ca atare sau în combinaţie cu alte categorii de materiale, ceramicele se folosesc şi la elaborarea materialelor de fricţiune pentru frâne, cuplaje, ambreiaje etc.

În fine, materialele ceramice constituie un excelent mediu protector împotriva degradării suprafeţelor de lucru, ale maşinilor şi mecanismelor, prin uzări rapide în medii agresive.

a) Materiale ceramice antifricţiune. În unele cazuri se folosesc în construcţia cuplelor de frecare prin alunecare sau rostogolire. Chiar dacă momentan materialele metalice pentru lagăre preiau foarte bine şocurile şi vibraţiile, pe când ceramicele sunt casante, există situaţii în care nu se poate folosi nici un fel de lubrifiant, de exemplu lagărele, ghidajele, articulaţiile expuse la radiaţii, lucrând în vid înaintat sau la temperaturi extrem de ridicate (utilaje nucleare, navele spaţiale, etc.). Singura soluţie în acest caz rămâne reducerea pe cât posibil a frecării şi uzării prin alegerea unor materiale antifricţiune cât mai adecvate şi rezistente la astfel de condiţii de mediu. Materialele ceramice devin astfel una dintre puţinele opţiuni: se folosesc materiale antifricţiune impregnate cu grafit sau cu alt lubrifiant solid anorganic ( bisulfură de molibden MoS2, bisulfură de tungsten WS2 etc.) şi chiar bucşe, ghidaje din grafit masiv.

O îmbunătăţire a condiţiilor tribologice de funcţionare a diverse cuple de frecare (lagăre cu alunecare sau cu rostogolire, ghidaje, angrenaje, ansamblu piston - segmenţi – cilindru etc.), adică reducerea frecării şi uzării, evitarea gripajului, se poate realiza prin aditivarea uleiurilor şi unsorilor cu grafit coloidal, care se depune, aderând

la suprafeţele în frecare cu efectele menţionate.

În ultima vreme s-au construit şi lagăre ceramice din nitrură de siliciu presată la cald cu lianţi (oxid de magneziu, ytriu, aluminiu sau ceriu).

Aceştia au o durată de viaţa de 3 ori mai mare decât lagărele din oţel. De asemenea, sunt mai rezistente chimic şi pot fi utilizate în medii umede unde lagărele de oţel ruginesc. Principalul dezavantaj la folosirea ceramicii pentru lagăre este un cost semnificativ mai mare.

b) Materiale ceramice de fricţiune. Ambreiajele, cuplajele şi sistemele de

frânare sunt tributare, într-o măsură tot mai mare, ceramicelor, pentru mărirea eficienţei, fiabilităţii şi duratei de exploatare a materialelor de fricţiune pe care se bazează. Ceramice naturale sau artificiale au făcut întotdeauna parte din compoziţia

Fig. 3.13. Filete, ghidaje Fig. 3.14. Lagăre


Pagina 12 M3.MACP

materialelor de fricţiune, acestea fiind supuse, ca rezultat al frecării, la temperaturi ridicate. Astfel, azbestul este un component tradiţional al acestor materiale.

În ultima perioadă însă, sunt utilizate materiale ceramice artificiale pentru

sistemele de frânare puternic solicitate cum sunt ale avioanelor cu motoare turboreactoare. Vitezele ridicate la aterizare şi masele tot mai mari ale acestor aeronave impun materiale cu o mare capacitate de absorbţie a energiei, capabile să lucreze la temperaturi foarte ridicate şi, bineînţeles, foarte uşoare. S-a recurs la materiale mixte metal-carbon lucrând pe discuri de oţel, sau compozite carbon-carbon (bazate pe fibre de carbon tocate) ce echipează sistemele de frânare ale aeronavelor moderne, automobilelor de competiţie etc.

c) Acoperiri ceramice pentru protecţii tribologice. Condiţiile de lucru extrem

de grele din unele instalaţii industriale şi maşini, au determinat recurgerea la materiale ceramice pentru realizarea unor acoperiri antiuzură, rezistente la temperaturi ridicate şi la atacuri abrazive şi corozive. Straturile protectoare, constituite din oxizi de zirconiu, aluminiu, siliciu, fier, titan, sodiu, calciu, crom, magneziu, se formează prin proiectarea prin jet de mare viteză ( 200 m/s) a particulelor din material ceramic în stare topită, pe suprafaţa de protejat. Se obţine un strat protector dur şi flexibil, inert chimic, uşor, izolant termic şi electric, ce-şi păstrează proprietăţile până la 2500oC.

2.3. Alte domenii de utilizare a materialelor ceramice tehnice

- Ceramica este utilizată la fabricarea de cuţite. Lama

cuţitului din ceramica va rămâne ascuţită mai mult decât cea a unui cuţit de oţel, cu toate că este mult mai fragilă.

Un cuţit de ceramică este făcut din oxid de zirconiu (ZrO2) pulbere prin compactare folosind prese de mare forţă şi sinterizare.

Datorită durabilităţii foarte mari cuţitele din ceramică sunt industriale.

Fig. 3.15. Garnituri de fricţiune pentru ambreiaje, frână disc şi saboţi

Fig. 3.16. Cutite

ceramice


Pagina 13 M3.MACP

Ceramica, cum ar fi alumina şi carbura de bor au fost

folosite la veste blindate sub formă de plăci inserate. Material similar este utilizat pentru a proteja cockpitul unor avioane militare, datorită greutăţii reduse a materialului.

Fig. 3.18

Recent s-au înregistrat mari progrese prin utilizarea ceramicii in medicină,

cum ar fi implanturile dentare şi oase sintetice. Implanturi ortopedice şi a alte ţesuturi fabricate din aceste materiale sunt compatibile pentru organism, fără reacţii de respingere sau inflamatorii. Sunt uşoare, poroase, motiv pentru care pot fi utilizate ca înlocuitori de oase.

Fig. 3.17

Fig. 3.19. Proteză dentară şi de şold (cap femur)


Pagina 14 M3.MACP

Activitatea 2


1. Descrieţi trei scule aşchietoare cu plăcuţe din carburi metalice. Ce avantaje şi dezavantaje prezintă comparativ cu sculele din oţel.

---------------------------------------------------------------------------------------------------

---------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------------------------------------

2. Explicaţi diferenţa dintre carburile metalice şi materialele mineralo-ceramice utilizate la scule pentru aşchiere.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------

3. Descrieţi trei exemple concrete de utilizare a ceramicii avansate in medicină.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

----------------------------------------------------------------------


Pagina 15 M3.MACP

REZUMAT

► în LECŢIA 1 s-a studiat materialele ceramice pentru componente electrice şi

electronice, utilizarea ceramicii avansate la motoare termice şi la mijloacele de transport.

Aproape jumătate din totalul materialelor ceramice tehnice produse pe plan mondial se utilizează în ingineria electrică: tehnică de calcul, condensatori ceramici, materiale piezoceramice, semiconductori ceramici, conductori ceramici, supraconductori ceramici, materiale magnetoceramice, izolatori ceramici.

Se prezintă apoi, utilizarea ceramicii avansate la motoare cu ardere internă, la turbine cu gaz, la motoare cu ardere externă şi la motoarele cu reacţie. În finalul lecţiei se studiază aplicarea ceramicii avansate la transport, terestru, naval şi aerospaţial.

► în LECŢIA 2 am arătat modul cum se pot utiliza materialele ceramice la prelucrările prin aşchiere, aplicaţii tribologice şi alte domenii.

Se arată că materialele ceramice, atât carburi ale metalelor, cât şi cele mineralo-ceramice sunt utilizate ca scule aşchietoare datorită durităţii lor şi păstrării acestei proprietăţi la temperaturi foarte ridicate. Se folosesc la aşchiere plăcuţele din carburi metalice şi materiale mineralo-ceramice. Se studiază apoi, aplicaţii tribologice ale materialelor ceramice, precum şi utilzarea lor în idustria militară şi medicină.

REZULTATE AŞTEPTATE

După studierea acestui modul, ar trebui să cunoaşteţi utilizarea ceramicii tehnice în electronică, electrotehnică, la motoarele termice, în transporturi, la prelucrarea prin aşchiere, în aplicaţii tribologice, în industria militară şi medicină.


Pagina 16 M3.MACP

P U N C T E

C H E I E

Ceramica tehnică se impune în toate sectoarele construcţiei de maşini, ca şi în electronică, electrotehnică, energetică, metalurgie, precum şi în domenii ca cel medical, sportiv, casnic.

Ceramica tehnică se impune datorită unor caracteristici fizice, mecanice, termice, electrice, chimice excepţionale, cât şi datorită abundenţei de materii prime şi scăderii continue a preţului de cost.

Aproape jumătate din totalul materialelor ceramice tehnice produse pe plan mondial se utilizează în ingineria electrică.

Interesul pentru motorul ceramic se justifică prin prisma avantajelor pe care le oferă: rezistenţă la temperaturi înalte, rezistenţă la uzură şi atac chimic, dilatării reduse, greutate mică, materie primă abundenţă.

Materialele ceramice, fiind mult mai uşoare decât metalele şi având o rezistenţă mai ridicată la acţiunea factorilor corozivi sunt în atenţia constructorilor pentru transport terestru, naval, aerospaţial.

Materialele ceramice sunt utilizate ca scule aşchietoare datorită durităţii lor şi păstrării acestei proprietăţi la temperaturi foarte ridicate.

Proprietăţile tribologice foarte bune (coeficienţi reduşi de frecare) împreună cu rezistenţa la temperaturi înalte, justifică utilizarea ceramicelor ca materiale antifricţiune şi de fricţiune.

Recent s-au înregistrat mari progrese prin utilizarea ceramicii in medicină, cum ar fi implanturile dentare şi oase sintetice.


Pagina 17 M3.MACP

TEST DE AUTOEVALUARE

1) Dintre materialele utilizate la fabricarea condensatorilor ceramici cea mai mare răspândire o au :

a) titanatul de plumb-zirconiu; Da / Nu b) titanaţii de bariu şi de stronţiu;

Da / Nu c) titanatul de bariu . Da / Nu 2) Ca semiconductori ceramici se utilizează: a) carbura de siliciu; Da / Nu b) oxizii de bismut şi zinc;

Da / Nu c) titanatul de bariu. Da / Nu 3) Interesul pentru motorul ceramic se justifică prin prisma avantajelor pe care

le oferă: a) rezistenţă la temperaturi înalte, rezistenţă la uzură şi atac chimic; Da / Nu

Încercuiţi răspunsurile corecte la întrebările următoare. ATENŢIE: pot exista unul, niciunul sau mai multe răspunsuri corecte la aceeaşi întrebare.



Pagina 18 M3.MACP

b) fragilitatea ceramicelor şi de dificultăţile în prelucrarea lor; Da / Nu

c) dilatare redusă, greutate mică, materie primă abundentă. Da / Nu 4) Materialele ceramice de tipul oxidului de aluminiu Al203 sau de zirconiu Zr02

sunt utilizate la executarea: a) electrozilor bujiilor; Da / Nu b) corpului bujiilor;

Da / Nu c) de cilindri, pistoane si segmenţi. Da / Nu 5) Materialele ceramice, atât carburi ale metalelor, cât şi cele mineralo-

ceramice sunt utilizate ca scule aşchietoare datorită: a) preţului redus, dilatare redusă, greutate mică; Da / Nu b) fragilităţii lor în prezenţa şocurilor şi vibraţiilor.;

Da / Nu c) durităţii lor şi păstrării acestei proprietăţi la temperaturi foarte ridicate. Da / Nu 6) Introducerea in industrie a sculelor armate cu plăcuţe mineralo - ceramice

pentru cuţitele de strung, freze, alezoare etc. este rentabilă, deoarece: a) aceste plăcuţe sunt mult mai ieftine decât carburile metalice; Da / Nu b) permit sa se aşchieze materialele cu viteze de 500-1200 m/min si chiar mai

mari; Da / Nu

c) nu se ridică problema recuperării lor, tocmai datorită faptului ca oxidul de Al nu este o materie scumpă.

Da / Nu 7) Proprietăţile tribologice foarte bune justifică utilizarea ceramicelor la: a) cuple de frecare ; Da / Nu b) ambreiaje, cuplaje şi sisteme de frânare;

Da / Nu c) lagăre, ghidaje. Da / Nu


Pagina 19 M3.MACP

8) Din oxid de zirconiu (ZrO2) pulber, prin compactare la prese şi sinterizare se obţin:

a) implanturile dentare şi oase sintetice; Da / Nu b) veste blindate sub formă de plăci inserate;

Da / Nu c) cuţite de ceramică . Da / Nu

Prin conectare la internet la adresa de site www.mmsc.upm.ro, vă logaţi cu datele de autentificare primite (user şi parolă) şi completaţi în modulul TESTE răspunsurile corecte la întrebări (pe care le-aţi încercuit anterior). ATENŢIE: Numai după transmiterea on-line a testului v-aţi îndeplinit obligaţiile de parcurgere a modulului.


modul-3-mat avansate 2009magnum.engineering.upm.ro/~gabriela.strnad/curs avansat...6rfdflx 7hrgru...

Documents