Materialele au stat la baza tuturor cuceririlor industriale: oelul pentru calea ferat, cuprul pentru electricitate, aluminiul pentru aviaie, materialele plastice pentru bunurile de consum de dup rzboi, iar siliciul pentru informatic. Separarea materialelor tradiionale (metale i aliaje, ceramice i polimeri) de cele avansate este din ce n ce mai greu de fcut, pentru c un material considerat astzi avansat, s-ar putea ca mine s intre n categoria celor tradiionale. Folosirea materialelor noi se realizeaz dup un scenariu clasic: pe msur ce preul lor scade, ele trec din industriile de vrf, n cele obinuite. Astfel, materialele folosite iniial n industriile de armament sau aerospaial, sunt preluate de constructorii de automobile i sfresc prin a fi bunuri de consum. De exemplu, materialele compozite au cucerit industria aerospaial, n detrimentul aliajelor de aluminiu, care nlocuiesc oelul n construcia de automobile. n acelai timp, unele din aceste materiale sunt fie foarte fragile, fie extradure, fie foarte subiri i nu se pot prelucra dect prin procedee neconvenionale. Obiectul prezentei cri l constituie deci materialele avansate i tehnologiile neconvenionale. Materialele tradiionale sunt tratate foarte succint, fiind amintite materialele metalice (feroase i neferoase), plasticele i ceramicele. Ele se folosesc pe scar larg n toate domeniile de activitate, la preuri accesibile, n funcie de proprietile fizico-mecanice sau chimice pe care le au. Materialele avansate sunt tratate pe larg, cuprinznd toate cele patru tipuri de materiale utilizate n tehnic (metalice, plastice, ceramice i compozite), precum i unele tipuri care nu pot fi ncadrate n nici una din aceste categorii.Catalogul mondial al materialelor metalice cuprinde circa 18.000 de produse, din care multe sunt considerate avansate. Dintre acestea, se pot aminti oelurile avansate de nalt rezisten, superaliajele, spumele metalice, aliajele amorfe i aliajele uoare. n industriile moderne sunt indispensabile metalele de nalt tehnicitate, multe din ele scumpe i rare: tantal (telefoane mobile), paladiu i ceriu (tobe catalitice de eapament), indiu (ecrane plate LCD), reniu (turbine), germaniu (internet mobil wi-fi), galiu (electronic), titan (aeronautic militar i civil). Producia mondial a acestor metale nu depete 50 t/an, datorit rspndirii foarte reduse n scoara terestr, dar impactul lor n preul final al produselor este semnificativ. Astfel, reniul care intr n construcia unui turboreactor pentru avioane reprezint doar 6% din masa acestuia, dar are un pre de 80% din costul total al materialelor turboreactorului.Ceramica avansat are proprieti indispensabile dezvoltrii tehnologiilor de vrf: rezistene la uzur, la temperatur i la aciunea agenilor chimici, duritate, stabilitate dimensional i posibiliti de prelucrare rapid n piese, precum i proprieti electrice, magnetice, optice, supraconductoare, termice, termomecanice sau biomedicale.Din categoria altor tipuri de materiale avansate fac parte materialele magnetice (moi i dure), fibrele optice (multimodale i unimodale), betoanele avansate (autonivelante, decorative, amprentate, fotocatalitice, conductoare i translucide), supraconductoarele i materialele inteligente (dure i moi). Fiecare din aceste materiale au proprieti specifice, se fabric prin procedee aparte i se aplic n domenii noi de activitate, ncepnd cu avioanele sau lupttorii invizibili, pn la cele mai sofisticate metode de investigaie medical. Majoritatea Premiilor Nobel pentru fizic i chimie din ultimii ani au fost acordate pentru descoperirea unor astfel de materiale n marile laboratoare de cercetare din lume.2.3. Materiale ceramice 2.3.1. Structura i proprietile materialelor ceramice Materialele ceramice constituie a treia grup de materiale utilizate n tehnic, dup cele metalice i plastice. Ele sunt materiale anorganice cu legturi atomice i ionice, a cror structur complex cristalin se obine prin sinterizare. Cuvntul ceramic vine din limba greac (keramicos = argil ars), iar activitatea omului legat de olrit i producerea crmizilor i are originea n preistorie. De-a lungul timpului, se disting trei etape ale dezvoltrii ceramicii: - ceramica utilitar este legat de olrit i a aprut nainte de folosirea metalelor, vasele i crmizile fiind primele produse obinute de om prin arderea argilei; - ceramica de art a derivat din precedenta, ndeprtndu-se de funcia utilitar i centrndu-se pe valoarea decorativ i estetic; - ceramic industrial s-a dezvoltat dup anul 1950, ca urmare a apariiei industriilor de vrf, care utilizeaz materiale pe baz de oxizi, carburi, nitruri, borri i diverse forme de carbon. Se consider ca fiind materiale ceramice i sticla, betonul i grafitul, deoarece folosesc procedee specifice ceramicii, precum i materialele refractare care se obin la temperaturi nalte i se utilizeaz la cptuirea furnalelor i cuptoarelor metalurgice. n componena materialelor ceramice intr: - materialele plastice (argil, caolin, bentonit, lut, loess) constituie partea principal din care se fabric produsele ceramice tradiionale i au rol de liant, legnd alte componente neplastice; - degresanii (nisip, amot) reduc contracia la uscare i la ardere i contribuie la creterea porozitii produselor; - fondanii (feldspat, calcar, marmur, cret) contribuie la coborrea temperaturii de vitrifiere a materiilor prime solide, atunci cnd ceramica se obine prin topire; 26 Materiale i tehnologii neconvenionale

2.3.2. Tipuri de materiale ceramice Pn prin anii 1950, materialele ceramice erau reprezentate de ceramica utilitar i de cea de art, principalele produse fiind crmizile, iglele, faiana, porelanul, precum i cimentul, betonul i sticla. ncepnd cu anii 1950, apar noi materiale ceramice, numite industriale, cu aplicaii diverse n noile domenii. Astfel, n 1953, miezurile de ferit se utilizeaz n construcia calculatoarelor, iar din 1965, bioceramicele se folosesc ca implanturi osoase. n anii 1980 se descoper ceramicele pe baz de nitrur de siliciu, precum i cele pentru fabricarea semiconductoarelor i supraconductoarelor, iar la sfritul anilor 1980, ceramicele compozite. Clasificarea materialelor ceramice se face conform schemei din fig.2.6. 2.3.2.1. Ceramica utilitar este reprezentat de unele materiale de construcie (crmid i igl), de teracot, precum i de materialele pentru finisaje (faian i gresie). 2.3.2.2. Ceramica de art a aprut acum dou milenii n China, Egipt i Mesopotamia i cuprinde porelanul i mozaicul. 2.3.2.3. Ceramica industrial a aprut n secolul trecut ca urmare a dezvoltrii unor tehnologii de vrf care au reclamat materiale cu proprieti i performane speciale (calculatoare, construcii aerospaiale, industria nuclear, bioingineria, industria de armament). Dintre avantajele acestor materiale se menioneaz: duritate i rezisten mare la uzur; rezisten ridicat la coroziunea atmosferic i a gazelor fierbini; pstrarea proprietilor de rezisten la temperaturi ridicate; rezisten bun la compresiune; mas volumic mic; sursele de materii prime din care provin sunt practic nelimitate. n acelai timp, folosirea lor este limitat de urmtoarele dezavantaje: fragilitate ridicat, ndeosebi la rece; variaii relativ mari ale materialului; rezisten sczut la traciune; cheltuieli suplimentare la producerea pulberilor i operaiilor de reprocesare. a) Ceramica pentru sculele achietoare se utilizeaz att la fabricarea unor scule abrazive (corpuri, pnze, hrtii, lichide i paste abrazive), ct i a plcuelor dure cu care se armeaz unele scule achietoare (cuite, freze, burghie). Aceste materiale trebuie s fie dure i s aib stabilitate termic, adic s nu-i piard proprietile de achiere dup nclziri i rciri repetate.

3.4. Ceramice avansate 3.4.1. Generaliti n ultima jumtate de secol s-a dezvoltat o nou categorie de produse ceramice, i anume ceramica industrial , care ar putea fi inclus aproape n ntregime n clasa materialelor avansate. Materialele ceramice industriale au proprieti indispensabile dezvoltrii tehnologiilor de vrf: rezistene la uzur, la temperatur i la aciunea agenilor chimici, duritate, stabilitate dimensional i posibiliti de prelucrare rapid n piese, precum i proprieti electrice, magnetice, optice, supraconductoare, termice, termomecanice, biomedicale, nucleare sau militare (tabelul 3.3). Ceramica industrial cuprinde mai multe familii de materiale: oxizi, carburi, nitruri, borri, siliciri, sulfuri, halogenri, precum i ceramice complexe. Fiecare familie de materiale ceramice are proprieti specifice care o recomand domeniilor care reclam aceste proprieti. n funcie de domeniile de aplicare, materialele ceramice pot fi funcionale i structurale.3.4.2. Materiale ceramice funcionale conductoare, supraco ctric i se obin din feldspat, cuar, caolin i hidrosilicai de aluminiu i magn um i la liniile d olate fa de pmnt, precum 20 kV/mm d alctuite din titanat de bariu (BaTiO3) , fiecare avnd PbTiO PbZrO , Pb(Co Nb )O PbTiO PbZrO , Na K Materialele ceramice funcionale cuprind ndeosebi ceramicele utilizate n electronic i electrotehnic, reprezentnd circa 70% din volumul total al materialelor ceramice. Ele pot fi izolatoare, semiconductoare, nductoare, avnd i proprieti piezoelectrice sau magnetice. 3.4.2.1. Ceramica dielectric obinuit cuprinde izolatorii electrici i condensatoarele ceramice. Acestea nu au electroni liberi care s permit circulaia curentului electric i se obin din feldspat, cuar,caolin i hidrosilicai de aluminiu i magneziu. Alegerea ceramicii destinate fabricrii izolatorilor trebuie s in seama de tensiunea aplicat i de frecven. Izolatorii pentru curent continuu trebuie s aib rezistivitate electric ridicat, coeficient de dilatare sczut i rezisten la oc termic i se confecioneaz dintr-un amestec de Al2O3-SiO2-MgO. Ei se folosesc n aparatele electrice sau la fabricarea bujiilor motoarelor cu benzin, precum i la liniile de contact n traciunea electric (locomotive, tramvaie, troleibuze). Izolatorii pentru frecvene nalte trebuie s aib o constant dielectric ridicat i un unghi de pierdere ct mai mic, fiind confecionai din argil dens de nalt puritate, din steatit (3MgO-4SiO2-H2O) i cordierit (2MgO-2Al2O3-5SiO2). Ei se folosesc la construcia antenelor de emisie pentru radio i televiziune care sunt alimentate cu frecvene foarte nalte i trebuie bine isolate fa de pmnt, precum i a laserelor de putere i cuptoarelor cu microunde. Condensatorul este un aparat electric alctuit din dou conductoare (armturi) separate de un strat izolator care nmagazineaz sarcini electrice. Pentru a nmagazina ct mai mult energie ntr-un spaiu restrns, materialele folosite la fabricarea condensatoarelor trebuie s aib permitivitate electric ridicat (r 15), factor de disipare foarte sczut (tg 10-3 ) i rigiditate electric mare (Ed=10 ). n acest sens se folosesc perovskitele (titanai de Ba, Ca, Sr, Pb i Zr). 3.4.2.2 Ceramicele cu constant dielectric ridicat se utilizeaz ndeosebi la fabricarea condensatoarelor pentru decuplarea circuitelor integrate (U500 V, f = 1100 MHz) i au un factor de disipare ceva mai mare dect precedentele (tg 410-3). Aceste condensatoare sunt formate din straturi succesive de armturi metalice i materiale ceramice (condensatoare ceramice multistrat), straturile ceramice fiind alctuite din titanat de bariu, fiecare avnd grosimea de circa 30 m. 3.4.2.3. Ceramica piezoelectric are o constant dielectric foarte ridicat i se caracterizeaz prin proprietatea de generare a unui impuls electric sub aciunea unei deformri mecanice (efect piezoelectric direct) sau de a se deforma sub aciunea unui cmp electric exterior (efect piezoelectric invers). Ca materiale piezoelectrice se utilizeaz cuarul. Ceramica piezoelectric se utilizeaz la fabricarea generatoarelor de ultra-sunete, a motoarelor piezoelectrice, generatoarelor de sudare cu ultrasunete, microfoanelor i filtrelor trece-band dispersive sau nedispersive. Traductoarele ultrasonore pentru detectarea submarinelor sau aparatele pentru controlul nedistructiv al metalelor cu ultrasunete se bazeaz pe efectul piezoelectric invers i se construiesc dintr-un amestec de Pb-ZrO2-TiO2 , iar banalele aprinztoare de gaz produc scntei atunci cnd sunt deformate, bazndu-se oe efectul piezoelectric direct.3.4.2.4. Ceramica semiconductoare este destinat fabricrii termistorilor i varistoarelor.3.4.2.5. Ceramica feromagnetic este reprezentat de feritele moi i feritele dure, existnd cel puin trei motive pentru folosirea ei: rezistivitatea electric este de cel puin o mie de ori mai maraca la metale; masa volumic este de circa trei ori mai mic; preul este mai sczut. 3.4.3. Materiale ceramice structurale Materialele ceramice structurale reprezint circa 30% din totalitatea ceramicelor industriale i au cunoscut o dezvoltare mare, n ultimii ani, datorit unor proprieti favorabile: refractaritate ridicat, rezisten la oc mecanic, duritate, rezisten la uzur i biocompatibilitate. 3.4.3.1. Ceramica pentru temperature joase se opate utiliza pn la 5000C, avnd numeroase aplicaii.a ) Conductele de canalizare se folosesc pentru evacuarea apelor uzate, prin nlocuirea celor din beton. Ele se confecioneaz din gresie vitrificat care se obine din argil de calitate superioar, amestecat cu 3040% praf de amot. Amestecul este extrudat n vid, obinndu-se evi i manoane de legtur care sunt uscate la 100 0C, timp de 79 zile. Urmeaz apoi o glazurare i o ardere ntr-un cuptor-tunel, la 1.120 0C, timp de trei zile.Aceste conducte au rezistene la uzur i la aciunea agenilor chimici excepionale. Datorit rugozitii sczute, nu se colmateaz, iar poluarea mediului este exclus, asigurnd o etaneitate foarte bun. Durate de exploatare este de cel puin 100 de ani, dar preul este mai ridicat. b) Rulmenii ceramici (vezi i 2.3.2.3.d) pot fi executai parial sau n ntregime din materiale ceramice (SiC sau Si3N4). n primul caz, numai bilele sunt executate din ceramic (rulmeni hibrizi), iar cile de rulare sunt metalice, putnd funciona pn la 540 0C. n al doilea caz, pot funciona pn la 1100 0C. Rulmenii ceramici se utilizeaz n domenii n care ungerea este dificil sau imposibil: freze dentare care funcioneaz la turaii mari i trebuie sterilizate des n etuv, pompe care funcioneaz n vid sau n medii gazoase coresive, pompe de carburani pentru avioane, motoare de turbine. c) Sculele pentru prelucrarea metalelor se bazeaz pe unele proprieti specifice ale ceramicelor: duritate, rigiditate, rezisten mecanic, abrazivitate i refractaritate. Sculele pentru prelucrarea metalelor cuprind sculele abrazive folosite la polizare, debitare, rectificare, honuire, lepuire i superfinisare, plcuele dure pentru armarea cuitelor, frezelor i burghielor, precum i matriele i poansoanele folosite pentru deformri plastice la cald. d) Membranele i filtrele ceramice constituie o alt aplicaie a ceramicelor avansate. Membranele ceramice sunt fabricate din argil fin i oxid de zirconiu, prin procedeul sol-gel. Solul este o suspensie sau o dispersie de particule coloidale termodinamic instabile care tinde spontan ctre o stare numit gel. Gelul este o substan coloidal cu consisten vscoas i nsuiri specifice deopotriv lichidelor i solidelor. Procedeul sol-gel permite depunerea de membrane foarte fine, cu o porozitate bine controlat, pe un suport cu porozitate grosier. Filtrele ceramice se confecioneaz din Al2O3, ZrO2, SiC i cordierit i sunt inerte din punct de vedere chimic. Ele se folosesc pentru epurarea gazelor de eapament, pentru separarea apei de ulei, precum i pentru osmoza invers, filtratea laptelui i sterilizarea vinului. e) Reactoarele chimice sunt instalaii industriale n care se efectueaz reacii chimice n prezena unui catalizator, ncercndu-se creterea temperaturii de reacie i obinerea unor componeni agresivi. Ceramicele care rezist acestor condiii sunt carbura de siliciu i zeolitul. Datorit ineriei chimice, aceste materiale se folosesc i pentru construcia rezervoarelor destinate pstrrii i manipulrii substanelor chimice agresive. f) Piesele pentru motoarele cu ardere intern ncep s fie fabricate din ceramic, ndeosebi cele supuse la frecare: garnituri de etanare pentru arborii pompelor de ap, patine de culbutoare, tachei cu role pentru motoare diesel de mare putere i injectoare pentru pompe de motorin. g) Protezele osoase sunt un alt domeniu de aplicare a ceramicelor, datorit rezistenei la uzur, rezistenei mecanice i biocompatibilitii. Pn acum, protezele de old, de umr i de genunchi erau alctuite dintr-un aliaj de Ti-Cr-Co, placat n articulaii cu un strat de polietilen, pentru micorarea frecrii. Dup un anumit timp, polietilena se uzeaz, fcnd proteza impracticabil. Ca urmare, articulaiile au nceput s fie placate cu alumin sau oxid de zirconiu care au un coeficient de frecare foarte redus i o durat de via de cteva zeci de ani. 3.4.3.2. Ceramica pentru temperaturi medii se poate utiliza la tempe-raturi de 5001000 0C. Ea se folosete n cataliz (proces fizico-chimic prin care se modific viteza unei reacii chimice n prezena unui catalizator) sau n construcia tobelor de eapament catalitice ale automobilelor. n primul caz, gazele nocive rezultate n urma reaciilor (ndeosebi oxid de azot) trec printr-un filtru sub forma unui fagure de albine, din rutil sau oxizi de fier i crom, fiind neutralizate. n tobele de eapament catalitice, cataliza se produce la circa 800 0C i pentru a men-ine aceast temperatur, tobele sunt izolate termic cu un strat de fibre ceramice. Acestea trebuie s aib un coeficient de dilatare foarte sczut ( 1,510-6 K-1 ). n mod obinuit, se folosesc fibre de cordierit (2Al2O3-2MgO-5SiO2). Ceramica pentru temperaturi medii se mai folosete i pentru fabricarea unor piese pentru motoarele cu piston: supapele din nitrur de siliciu conduc la sc-derea cu 3-7% a consumului de benzin i motorin i la o reducere cu 1015 dB a zgomotului; evi de eapament din Al2O3 i ZrO2 pentru motoarele diesel; placarea capetelor pistoanelor i a cuzineilor. De asemenea, se poate utiliza la fabricarea reactoarelor chimice, a unor utilaje petrochimice (unde carbura de siliciu poate nlocui unele aliaje metalice scumpe), a creuzetelor care trebuie s fie inerte chimic i s poat fi exploatate timp ndelungat (siliciu monocristalin) i a unor obiecte casnice: cratie sau oale de gtit din silicat de aluminiu i litiu, cu o foarte bun conductibilitate termic i un coeficient de dilatare aproape nul. 3.4.3.3. Ceramica pentru temperaturi nalte se folosete la temperaturi mai mari de 1000 0C. a) Ceramica refractar i pentru izolaii termice se utilizeaz la cptu-irea agregatelor metalurgice sau pentru producerea sticlei, care funcioneaz la peste 1000 0C. Convertizoarele pentru elaborarea oelului, oalele de turnare i cup-toarele de nclzire pentru tratamente termice sunt cptuite cu crmizi refractare bazice din magnezie i oxid de crom, iar cuptoarele pentru elaborarea sticlei sunt cptuite cu crmizi de silice. Cuptoarele pentru sticl mai au nite recuperatoare de cldur, pentru creterea randamentului energetic, construite din crmizi de Al2O3-ZrO2-SiO2 care au o rezisten mare la coroziune i la variaiile termice. b) Turbomotoarele constituie o aplicaie important a ceramicii refractare. Ele se utilizeaz n aeronautic sau la turbinele industriale, pentru creterea forei de propulsie i sporirea puterii specifice. Astfel, paletele statoarelor i rotoarelor acestora sunt confecionate din nitrur de siliciu, iar inelele camerelor de combustie, din carbur de siliciu. c) Vehiculele electrice hibride reprezint o alt aplicaie. Acumulatoarele acestora sunt rencrcate de un alternator acionat de o turbin. Camera de combustie catalitic i recuperatorul de cldur sunt confecionate din nitrur de siliciu care i menine proprietile mecanice pn la 1.350 0C. Astfel, n zonele populate, vehiculul electric hibrid este acionat de acumulatoare, ceea ce garanteaz un grad minim de poluare, iar n afara zonelor locuite, de un motor cu ardere intern. O alt utilizare a ceramicii la temperaturi ridicate o reprezint schimbtoarele de cldur, confecionate din carbur de siliciu, care are o foarte bun conductibilitate termic ( = 125 W/mK). Ele se mai pot confeciona din alumin sau cordierit i se utilizeaz la fabricarea incineratoarelor, n industria chimic i n aeronautic. n aeronautic se ncearc mbuntirea randamentului turbinelor prin creterea temperaturii de intrare, principalele atuuri ale schimbtoarelor de cldur ceramice fiind randamentul ridicat, greutatea redus i refractaritatea foarte bun. Acestea se confecioneaz din nitrur de siliciu care posed o rezisten mecanic superioar celei a carburii de siliciu. 3.4.4. Acoperiri cu materiale ceramice Acoperirea este un procedeu de mbrcare parial sau total a unei piese metalice cu un strat de material ceramic, pentru a-i modifica proprietile. Acoperirea se realizeaz prin pulverizare cu materiale ceramice sub form de pulbere care se topesc prin mai multe procedee. 3.4.4.1. Pulverizarea cu flacr de gaze i pulbere ceramic (fig.3.19) este o metod simpl i ieftin care folosete un arztor cu flacr oxiacetilenic. Prin canalul central al arztorului se introduce pulberea ceramic, aceasta cznd liber, sub efectul gravitaiei, sau fiind antrenat de un curent de aer comprimat. Temperatura flcrii depete 3.000 0C i topete pulberea, care este proiectat cu vitez mare asupra piesei metalice. Distana dintre arztor i pies este de 100150 mm, pentru ca particulele ceramice s aib timp s se topeasc. Pentru o bun aderen, piesa metalic se prenclzete la circa 250 0C, iar stratul depus are grosimi de 0,1...1,5 mm. 3.4.4.2. Pulverizarea cu flacr de gaze i electrod ceramic este asemntoare cu precedenta, cu deosebirea c n locul pulberii se folosete un electrod sau un fir din materiale ceramice (fig.3.20). Electrodul este topit de cldura degajat de flacra oxiacetilenic, iar stropii sunt proiectai cu vitez mare (150 m/s) asupra piesei metalice. Avansul electrodului se realizeaz automat, inndu-se cont de temperatura lui de topire i de diametrul su, iar distana dintre arztor i pies este de 100200 mm. Procedeul se folosete pentru acoperiri de protecie contra uzurii abrazive, coroziunii sau pentru izolaii electrice i termice.3.4.4.3. Pulverizarea cu plasm este metoda cea mai rspndit pentru acoperirile cu materiale ceramice. Plasmatronul (fig.3.21) este alimentat cu energie electric de la generatorul G (I = 800A, U = 100 V), prin catodul din wolfram 1 i anodul tubular din cupru 2, ntre care se produce un arc electric de nalt frecven. n arcul electric se introduce un gaz monoatomic (Ar, He) sau biatomic (N2, H2) care, sub influena temperaturii arcului electric, disociaz n particule elementare, formnd plasma. Strbtnd anodul tubular, gazul plasmagen se destinde, mrindu-i volumul de circa 100 de ori i realiznd constricia arcului electric, astfel c temperatura plasmei ajunge la 10.00015.000 0C. Plasmatronul are perei dubli, pentru rcire cu ap.Pulberea ceramic este introdus prin conducta 3, fiind topit i proiectat cu vitez foarte mare asupra piesei de metalizat 4, prin duza special 5. Distana dintre duz i pies (1080 mm) trebuie s fie constant, ceea ce implic automatizarea procesului. Plasmatronul poate funciona cu jet de plasm (K1 nchis, K2 deschis), n cazul placrii pieselor nemetalice sau cu arc de plasm (K1 deschis, K2 nchis), n cazul pieselor metalice, bune conductoare de electricitate. Pentru amorsarea arcului electric se folosete oscilatorul de ionizare 6. Metoda se utilizeaz la placarea pieselor cu materiale ceramice cu temperaturi mari de topire, pentru protecii la uzur, coroziune i termic, n construcii aeronautice i aerospaiale, n energetic (pile de combustie nuclear), industria sticlei, sectorul medical i industria automobilelor. 3.4.4.4. Pulverizarea prin procedeul HVOF (Hight Velocity Oxygen Fu-el) a fost pus la punct prin anii 1980, cu ocazia perfecionrii construciei motoa-relor de rachet. Metoda const n arderea unui combustibil gazos (hidrogen, propi-len, propan, acetilen, metan) sau lichid (kerosen) ntr-un curent de oxigen, la o presiune de 0,50,7 MPa (fig.3.22). Se obine o temperatur de 2.5003.200 0C i o scurgere a gazelor arse cu o vitez supersonic (de cteva ori mai mare dect viteza sunetului). Pulberea ceramic este introdus cu ajutorul unui gaz neutru (hidrogen), topindu-se n flacra oxigaz i fiind proiectat asupra piesei cu o vitez de 300600 m/s. Se obine o acoperire dens, fr pori, cu o aderen foarte bun i rezistent la uzur i la coroziune.3.4.4.5. Pulverizarea prin explozie (cunoscut sub denumirea de D-Gun de la Detonation Gun) se folosete ndeosebi pentru acoperiri cu carburi de crom i wolfram, precum i cu oxizi de crom i de aluminiu i cu cermeturi. Instalaia (fig.3.23) este alctuit dintr-un tub cu diametrul de 25 mm i lungimea de 1 m, alimentat cu un amestec de oxigen i acetilen. Amestecul este aprins cu o bujie, iar pulberea ceramic se topete i este pulverizat asupra piesei. Frecvena exploziilor este mare (410 explozii/secund) i dup fiecare detonare tubul este splat cu azot, regimul de funcionare fiind asigurat de trei electrovalve. Procedeul asigur depunerea unui strat foarte dens, cu o aderen ridicat i cu o rugozitate foarte sczut (Ra 3 m) folosindu-se n cazul acoperirilor de calitate i cu depuneri optime de material. 3.4.4.6. Comparaie ntre procedeele de pulverizare. Proprietile stratului de protecie depind de microstructura particulelor ceramice i de caracteristicile piesei supuse acoperirii. Parametrii particulelor de impact sunt viteza, temperatura, mrimea i compoziia chimic, iar cei ai substratului pe care se aplic, rugozitatea, natura chimic i temperatura nainte de acoperire. n tabelul 3.6 se prezint caracteristicile procedeelor de pulverizare descrise mai sus. 3.4.4.7. Materiale ceramice folosite la acoperiri. a) Oxidul de zirconiu (ZrO2) se topete la 2.715 0C, are un coeficient de dilatare apropiat de cel al metalelor, este rezistent la coroziune i un bun izolator termic i electric. Prin adugarea unor oxizi (CaO, MgO, Y2O3) capt rezistene la ocuri termice i la oxidare la temperaturi nalte. Se folosete la acoperirea unor piese din metalurgie (canale de curgere a metalelor topite, forme permanente de turnare, hote de captare a gazelor la convertizoare), automobile i avioane (camere de ardere, palete de turbine, evi de eapament), industria nuclear (elemente ale reactoarelor, duze) i electrotehnic. b) Oxidul de crom (Cr2O3) asigur acoperiri dense i dure, cu coeficient de frecare foarte mic i cu o bun rezisten la coroziune i la oxidarea la tempe-raturi ridicate. Se utilizeaz n chimie i petrochimie (garnituri, arbori, rotoare i corpuri de pompe), metalurgie (filiere pentru trefilarea srmelor) i n tipografii (cilindri de tiprire). c) Alte materiale folosite la acoperirile ceramice sunt alumina (Al2O3) care este rezistent la abraziune i la temperaturi ridicate (rotoare de compresoare pentru aviaie, inductoare pentru cuptoare electrice, elice pentru malaxoare), mullitul (Al2O3SiO2) care are o mare rezisten la ocuri termice (jgheaburi pentru cuptoarele de zinc i aluminiu), silicatul de zirconiu (rezisten la temperaturi nalte), zirconatul de magneziu (rezisten la coroziune la temperaturi mari) i carbura de siliciu (ecrane termice i blindaje n industria de armament, palete de turbine, garnituri de etanare, reactoare chimice i petroc 3.4.5. Prelucrarea materialelor ceramice Proprietile fizico-mecanice ale materialelor ceramice (fragilitate, duritate i temperatur nalt de topire) nu permit prelucrarea acestora prin procedee clasice, asemenea metalelor. Schema prelucrrii materialelor ceramice este prezentat n figura 3.24. n componena materialelor ceramice intr: - materialele plastice (argil, caolin, bentonit, lut, loess) constituie partea principal din care se fabric produsele ceramice tradiionale i au rol de liant, legnd alte componente neplastice; - degresanii (nisip, amot) reduc contracia la uscare i la ardere i contribuie la creterea porozitii produselor; - fondanii (feldspat, calcar, marmur, cret) contribuie la coborrea temperaturii de vitrifiere a materiilor prime solide, atunci cnd ceramica se obine prin topire; - materialele refractare (alumin, magnezit, dolomit, cromit, carburi, nitrri, borri) rezist la temperaturi ridicate, fr a se topi i fr a se nmuia; - lubrifianii (motorin, petrol, uleiuri vegetale, parafin, lignin) se adaug n cantiti reduse produselor ce urmeaz a se fasona prin presare, facilitnd prelucrarea i extragerea semifabricatelor din matrie; - materialele porifere (rumegu, praf de crbune, mangal, turb) se descompun n timpul arderii i contribuie, prin golurile formate, la creterea porozitii produselor.