Ceramics_mechanical Properties Cópia
Transcript of Ceramics_mechanical Properties Cópia
![Page 1: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/1.jpg)
Engineering ceramicsEngineering ceramics
Preparation and mechanical propertiesPreparation and mechanical properties
Zoltán Lenčéš
Institute of Inorganic ChemistrySlovak Academy of Sciences
Bratislava, Slovakia
![Page 2: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/2.jpg)
PrPreparationeparation of ceramic materialsof ceramic materials
Starting powders
Shaping
DryingBinder burn out
Sintering
Final shaping
Characterization application
millinghomogenizationprecursors
pressinginjection mouldingextrusioncasting
pressurelesshot pressinghot isostatic pressingreaction bonding
cuttinggrindingpolishing
![Page 3: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/3.jpg)
PrPreparationeparation of powdersof powders
![Page 4: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/4.jpg)
Syntéza keramických práškov
Metódy prípravy práškov
Mechanické:
mechanochemická syntéza
Chemické:
reakcie v tuhej fáze
roztokové metódy
reakcie v plynnej fáze
termický rozklad látok
![Page 5: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/5.jpg)
Planetovýmlyn
Mechanochemická syntéza práškov
Prerušované vysokoenergetické mletie práškov
(500-800 ot/min)
MechanickMechanickéé metmetóódy prdy príípravy prpravy prášáškovkov
Ti + C = TiC (Ar)Fe + B = FeB (Ar)Ti + N2 = 2TiN
B + NH3 = BN + 3/2 H23C + 4NH3 = C3N4 + 6H22Ti + 3Si + Si3N4 + 3N2 = 2TiN + 2Si3N4
objemová bilancia !!!
![Page 6: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/6.jpg)
ChemickChemickéé metmetóódy prdy príípravy prpravy prášáškovkov
Roztokové metódy(vhodné pre oxidy)
sušenie - fluidné- emulzné- zmrazovaním
páleniehydrolýzasól-gélamonolýzaz tavenín solíz nevodných roztokov
Reakcie v tuhej fáze
karbotermická redukciareakcie v režime horenia(SHS)
![Page 7: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/7.jpg)
ChemickChemickéé metmetóódy prdy príípravy prpravy prášáškovkov
Roztokové metódy(vhodné pre oxidy)
sušenie - fluidné- emulzné- zmrazovaním
páleniehydrolýzasól-gélamonolýzaz tavenín solíz nevodných roztokov
Reakcie v tuhej fáze
karbotermická redukciareakcie v režime horenia(SHS)
![Page 8: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/8.jpg)
ChemickChemickéé metmetóódy prdy príípravy prpravy prášáškovkov
Termický rozklad látokReakcie v plynnej fáze(vhodné pre neoxidové látky)
zrážanie z plynnej fázy(CVD, PVD)reakcie plyn – tuhá fázareakcie plyn – kvapalná fáza
anorganické prekurzoryorganické prekurzoryorganokovové prekurzory
![Page 9: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/9.jpg)
ChemickChemickéé metmetóódy prdy príípravy prpravy prášáškovkov
Termický rozklad látokReakcie v plynnej fáze(vhodné pre neoxidové látky)
zrážanie z plynnej fázy(CVD, PVD)reakcie plyn – tuhá fázareakcie plyn – kvapalná fáza
anorganické prekurzoryorganické prekurzoryorganokovové prekurzory
![Page 10: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/10.jpg)
SiO2 + 3C >1700°C SiC + 2CO
3SiO2 + 6C + 2N2
α-Si3N4 + 6CO
β-SiC<1500°C>1500°C
Obdobným spôsobom možno pripraviť: TiN, Ti(C,N), AlN, SiAlON, atď.
Reakcie v tuhej fáze
Karbotermická redukcia (a nitridácia)
(Achesonov spôsob)
![Page 11: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/11.jpg)
Achesonov spôsob prípravy SiC(1893)
SiO2 + 3C → SiC + 2CO - 618,5 kJ/mol (1700 – 2500 °C)
4 x 4 x 20 m
Vsádzka: do 400 t
Po 40-160 h výťažok 50 t technického SiC(okrajové nezreagované časti sa použijú v ďalšej vsádzke)
58-65% SiO2 (kremeň)35-42% C (grafit, koks)1-2% chloridy, fluoridy, boráty0,5-1% piliny
![Page 12: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/12.jpg)
SiO2 + 3C >1700°C SiC + 2CO
3SiO2 + 6C + 2N2
α-Si3N4 + 6CO
β-SiC<1500°C>1500°C
Obdobným spôsobom možno pripraviť: TiN, Ti(C,N), AlN, SiAlON, atď.
Reakcie v tuhej fáze
Karbotermická redukcia (a nitridácia)
(Achesonov spôsob)
![Page 13: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/13.jpg)
Samovoľne sa šíriaca vysokoteplotná syntéza(SHS – Selfpropagating Hightemperature Synthesis)
zápalná zmesU
reaktanty
produkt
tlaková nádoba
2Ti + N2 = 2TiN
3Si + 2N2 = Si3N4
Reakcie v tuhej fáze
Reakcia v režime horenia
![Page 14: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/14.jpg)
Roztokové metódy (oxidy)
NH4OH HNO3 butanolRoztoky solíZr(NO3)4Y(NO3)3
ZrážanieZr(OH)4
PeptizáciaZrO2.nH2O
SÓL
GÉL SušeniePRÁŠKY
ZrO2PSZ
SÓL - GÉL
HYDROLÝZA
Me(OR)n + nH2O Me(OH)n + nR(OH)
Me(OH)n MeOn/2 + n/2 H2O
alkoxidy
mletie PRÁŠKY
![Page 15: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/15.jpg)
Reakcie v plynnej fáze
3 SiH4(g) + 4NH3(g) → Si3N4(s) + 12 H2(g)
2SiH4(g) + C2H2(g) → 2SiC(s) + 5H2(g)
SiH4(g) + C2H2(g) + NH3(g) → SiCxNy(s) + H2(g)
Si3N4
SiCN
Zrážanie z plynnej fázy (CVD)
SiC
![Page 16: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/16.jpg)
Schéma aparatúry CVD
1
1
23
4
5 6
1
1
1
1Si
H4+
N2
C 2H
2
NH
3
manometer
termočlánok
Pec
prietokomer
zberač
vak. pumpa
MCl4 - CH4 - H2 → MC (M = Ti, Zr, Ta, Nb)
MClx - BCl3 - H2 → MB2 (M = Ti, Zr, Hf, Nb)
![Page 17: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/17.jpg)
3Si(s) + 2N2(g) Si3N4(s)Fe, H2 ∆Hr < 0
Reakcie plyn – tuhá fáza (priama nitridácia kremíka):
Reakcie v plynnej fReakcie v plynnej fáázeze
Si
Si
Si Si
Si3N4
Si
N2 Príprava TiN, AlN, BN, GaN, atď.
Si
![Page 18: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/18.jpg)
Termický rozklad Termický rozklad organokovovýchorganokovových prekurzorovprekurzorov
Termický rozklad polymérnych prekurzorov:
3Si(NH)2(s) Si3N4(s) + 2NH3(g)
Termický rozklad diimidu kremíka:
(CH3)2SiCl2Na
xylén (- Si -)n
CH3
CH3 Kond.450°C (- Si – C -)n
polykarbosilán(prekurzor)
1200-1300°C SiC prášok
(Et2N)4Si NH3 (-Si(NH)2-)n Si3N41200°C
![Page 19: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/19.jpg)
PrPrííkladyklady organokovovýchorganokovových prekurzorovprekurzorov
![Page 20: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/20.jpg)
Vlastnosti syntetických prVlastnosti syntetických prášáškovkov
Kryštálová štruktúra
Fázové a chemické zloženie
Tvar častíc
Veľkosť častíc
Rozdelenie veľkosti častíc
- defekty
- nečistoty
– izometrické častice
- vlákna
![Page 21: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/21.jpg)
1 µm
prášok lisovanie spekanie materiál s defin.mikroštruktúrou
Príprava keramických materiálov
Si3N4-E10
Si3N4-E5
6 µm
3 µm
![Page 22: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/22.jpg)
ČČastice syntetických prastice syntetických prášáškovkov
Izometrické
monodisperzné polydisperzné(bimodálne)
DÔVODY:pravidelné usporiadanie častíc a riadenie síl
medzi nimi
DÔVODY:vyššie počiatočné
hustotymenšie zmraštenie
rovnomerné rozdeleniepórov a tým
rovnomerné spekanie
- vyššia homogenita- vyššia spoľahlivosť
priaznivejšie podmienky
pre spekanie
Vlákna
krátke nekonečné
DÔVODY:vysoká pevnosť
(Ef > 2EM)
malý priemer(d = 5 až 10µm)
definovaný pomer (L / d)
![Page 23: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/23.jpg)
PrPrííklady sfklady sféérických rických ččastastííc, vlc, vláákien, ...kien, ...
SiC vlákna
![Page 24: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/24.jpg)
E10 E03
Rozdelenie veľkosti častíc
Charakterizácia práškov
![Page 25: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/25.jpg)
Planetový mlyn
Mletie a homogenizácia práškov
Homogenizácia na valcoch (24 hod)
200-250 rpm
![Page 26: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/26.jpg)
Atritor
Mletie a homogenizácia práškov
(300-600 rpm)
Si3N4
SiCZrO2
oceľ
![Page 27: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/27.jpg)
Sitovanie
Sušenie a sitovanie práškov
(odstránenie aglomerátov)
Rotačná odparovačka(50-90°C, podtlak - vakuum)
120, 75, 45, 25 µm oká
![Page 28: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/28.jpg)
Lisovanie, tvarovanie
• jednoosové lisovanie
• izostatické lisovanie
• vstrekovanie
• odlievanie pásky (tape casting)
• vytláčanie - extrúzia
![Page 29: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/29.jpg)
Injekčné vstrekovanie
![Page 30: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/30.jpg)
Extrúzia - vytláčanie
![Page 31: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/31.jpg)
Extrúzia - vytláčanie
Horizontálny extrudér
Vertikálny extrudér
![Page 32: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/32.jpg)
Odlievanie keramickej pásky(Tape casting)
Parametre:• viskozita suspenzie• prilnavosť k nosnej páske• rýchlost posuvu nosnej pásky• výška otvoru
![Page 33: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/33.jpg)
Odlievanie keramickej pásky(Tape casting)
![Page 34: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/34.jpg)
Odstránenie organických látok(disperzanty, pojivá, plastifikátory)
výpal pri 400 - 600°C(vzduch, O2, N2, Ar)
![Page 35: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/35.jpg)
Spekanie
Príprava tuhých látok z prášku (vytváranie pevných kontaktov, prenos látky do pórov)
Spekanie
Reakciou Viskóznym tokom Difúziou
v tuhej fáze v kvapalnej fáze3 Si + N2 = Si3N4 amorfné látky
T ..... η
![Page 36: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/36.jpg)
xxr
Hranica zrna
= K(γ,ω,T,D)⋅txn
rm
Difúzne mechanizmy počas spekania:
1. povrchová difúzia2. objemová difúzia (povrch-krčok)3. vyparovanie – kondenzácia4. hraničná difúzia5. objemová difúzia (hranica – krčok)6. objemová difúzia (dislokácie – krčok)
Výlisok - termodynamicky nerovnovážny systém.
T = 25°C ............. nízky DT > 0,6 Tm ........... rastie D
Kelvinova rovnica:
ln p/po=2γVm/rRT
difúzia
![Page 37: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/37.jpg)
Kelvinova rovnica:
difúzia
rp
+=
210
11lnrrRT
VPP mγ
Vplyv konkávneho a konvexného povrchu
![Page 38: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/38.jpg)
Mechanizmus spekania
x
taTFax nm
n−=
)(
α = n-m
![Page 39: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/39.jpg)
Proces spekania
a) Nulté štádium spekania• formovanie telesa z prášku za studena• rozdelenie veľkosti a tvaru pórov• tvorba nových kontaktov medzi časticami• bodové kontakty sa menia na plošné
b) Počiatočné štádium spekania• zvýšená teplota• tvorba krčkov• tvorba hraníc zŕn• teleso sa zhutní cca. o 5%
c) Stredné štádium spekania• rast koordinačného čísla častíc• valcová sieť pórov• objemová a hraničná difúzia• hutnosť cca. 92%
d) Konečné štádium spekania• póry sa uzatvárajú• pokles pórovitosti• rast zŕn
(a) (b)
(c) (d)
![Page 40: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/40.jpg)
Spekanie
Ni + Al2O3, 1400°C
![Page 41: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/41.jpg)
Spekanie v prítomnosti kvapalnej fázy
1) tavenina zmáča povrch2) čiastočná rozpustnosť tuhej fázy
(zvýšenie dif. koef.)
Štádiá spekania:
nulté štádium spekania
prerozdelenie častíc
rozpúšťanie – precipitácia
spekanie tuhého skeletu
F = 2πrγcosΦ – πr2∆P
povrchové napätie kapilárna sila
∆l/lo = k1r -4/3(t-to)1/3 .... difúzia v kvap.
∆l/lo = k1r -1(t-to)1/2 .... reakcia
![Page 42: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/42.jpg)
Spôsoby spekania
TEutectic < T2 < TSolidus
![Page 43: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/43.jpg)
Dvojstupňové spekanie
Cieľ: zamedziť rastu zŕn
kinetickéokno
dvostupňové sp. konvenčné spekanie
![Page 44: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/44.jpg)
Voľné spekanie
Reakčné spekanie
Tlakové spekanie
Žiarové lisovanie
Horúce izostatické lisovanie
Metódy spekania keramických materiálov
Mikrovlnné spekanie (MWS)
Spekanie za prítomnosti plazmy (SPS)Spekanie pomocou pulznéhoelektrického prúdu/výboja (PECS)
Centrifugálne spekanie (CFS)
![Page 45: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/45.jpg)
Beztlakové (voľné) spekanie(Pressureless Sintering – PLS)
(0,5-0,9) Tm
spekanie difúzioua viskóznym tokom
objemové zmeny
zásyp vzorka
~~~~
~~
~~~~
~~ ~~~~
![Page 46: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/46.jpg)
Reakčné spekanie(Reaction Bonding – RB)
RBSN: 3Si + 2N2 = Si3N4 ∆V = +21.6%RBSC: Si + C = SiCRBAO: 4Al + 3O2 = 2 Al2O3RBMSN: Mg +Si + N2 = MgSiN2 ∆V = -1.6%
Si
SiSi
N2
Výhoda:
• žiadne (malé) objemovézmeny
• lacné východiskové prášky
![Page 47: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/47.jpg)
Tlakom aktivované spekanie
Rýchlosť zhutňovania:
Dv = koeficient objemovej difúzie,M = molárny objem, P = tlak, R = plynová konštanta, T = teplota, r = polomer častice, ρ0 = poč. hustota.
)(6.5
02 ρρ
ρ
−=
RTrMPD
dtd V P
Žiarové lisovanie(Hot Pressing – HP)
20 - 40 MPa
Pmech >> P0
![Page 48: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/48.jpg)
Spekanie za zvýšeného tlaku plynu(Gas Pressure Sintering – GPS)
Vzorka
P1, T1 < P2, T2
Pmax = 10 MPa
![Page 49: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/49.jpg)
Kombinácia HP a GPS
![Page 50: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/50.jpg)
(100-800 MPa)
Horúce izostatické lisovanie(Hot Isostatic Pressing - HIP)
a) Zatavenie vzorky
b) Predspekanie vzorkyuzatvorená pórovitosť (95% TD)
![Page 51: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/51.jpg)
Mikrovlnné spekanie(Microwave Sintering – MWS)
ohrev „zvnútra“
f = 2,45 GHz
Die
lect
riclo
ssε′′
T / °C
susceptor
ZnO
Al2O3SiC
Absorpcia MW: P≈ ε′′
tepelnáizolácia
![Page 52: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/52.jpg)
Mikrovlnné spekanie(Microwave Sintering – MWS)
Laboratórne MW pece
![Page 53: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/53.jpg)
Tlakové spekania
1 Ring mould2 Top- /bottom punch3 Powder part4 Induction coil
1 Ring mould2 Top- /Bottom punch3 Powder part4 Graphite heating element
1 Ring mould2 Top- /Bottom punch3 Powder part4 Graphite electrode5 Brass electrode6 Copper plate7 Transformer
Indukčný ohrev
Nepriamy odporový ohrev
Priamy ohrev
![Page 54: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/54.jpg)
Spekanie za prítomnosti plazmy(Spark Plasma Sintering - SPS)(Field Assisted Sintering – FAS)
SPS
Electricheating
2500 A
veľmi rýchly ohrev (100-400°C/min)
nižšie teploty spekania
krátka výdrž (2-10 min)
![Page 55: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/55.jpg)
Priame žiarové lisovanie(Direct hot-pressing = DHP)
1 Graphite mould2 Graphite punches3 Powder4 Graphite electrode5 Brass electrode6 Copper plate7 Transformer
Grafitová forma a vzorka sú ohrievané elektrickým prúdom (Joulovo teplo)
Na rozdiel od SPS sa používa AC, alebo DC (nie pulzovaný DC; pulz 3 ms).
El.prúd
![Page 56: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/56.jpg)
Centrifugálne spekanie(Centrifugal Sintering - CFS)
otáčky: 10 000 min-1
uhlová rýchlosť: ω = 1 047 rad/spolomer rotora: r = 80 mmhmotnosť častice: m ~ 10-13 kg
Centrifugálny tlak:
F = mrω2
(F = 1-1000 MPa)
![Page 57: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/57.jpg)
Spekanie laserom(Laser Sintering)
CAD (Computer Aided Design) softvér
Tvar výrobku:
![Page 58: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/58.jpg)
Spekanie laserom(Laser Sintering)
Bioimplantáty
Rapid prototyping
![Page 59: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/59.jpg)
Spekanie laserom(Laser assisted ink-jet printing: LIJ)
šírka: 7-10 µmhrúbka: 10 µm
Parametre:
veľkosť kvapky
frekvencia strekov
príkon laseru
rýchlosť pohybu substrátu
LIJ
![Page 60: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/60.jpg)
Mikroštrukturálna analýza
brúsenie, lešteniezalievanie
leptanie (tepelné, chemické, plazmové)REM
rezanie
![Page 61: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/61.jpg)
Mikroštruktúra
Si3N4 + 5%Y2O3 + 2%Al2O3
SiC + 10% YAG
Mikroštruktúra: priestorové, tvarovéa objemové zastúpenie fáz tvoriacichpolykryštalický materiál.
Mikroštruktúra je charakterizovaná:
• počet a identifikácia prítomných fázvrátane pórov (RTG, Archimedes)
• relatívne množstvo prítomných fáz(obj.%)
• charakterizácia každej fázy(veľkosť, tvar, orientácia zŕn, ...)
![Page 62: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/62.jpg)
Starting powder: 150 nm
Sintering 1300oC/60’Grain size ~ 1 µm
Starting powder: 0.5 µm
Hot pressing 1700oC/60’
Grain size ~ 5 µm
Mikroštruktúra Al2O3
![Page 63: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/63.jpg)
Transmisná elektrónová mikroskopia (TEM)
![Page 64: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/64.jpg)
TEM
![Page 65: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/65.jpg)
Vysokorozlišovacia TEM (HRTEM)
Si
NSi3N4
![Page 66: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/66.jpg)
AFM – atomic force microscopy
topografia povrchu
![Page 67: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/67.jpg)
AFM
hrot AFM
![Page 68: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/68.jpg)
Fázová analýza
Vysokoteplotný XRD20 30 40 50 60
*****
*
********
*
***
Siα-Si3N4Mg3N2MgSiN2
830oC
930oC
1090oC
1350oC
2Θ (deg.)
XRD pri lab. teplote
![Page 69: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/69.jpg)
Mechanical properties
![Page 70: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/70.jpg)
![Page 71: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/71.jpg)
![Page 72: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/72.jpg)
![Page 73: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/73.jpg)
![Page 74: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/74.jpg)
![Page 75: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/75.jpg)
Mechanical properties
Young‘s modulus (E)
Hardness (HV)
Fracture toughness (KIC)
Strength (s4b)
Weibull modulus (m)
![Page 76: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/76.jpg)
Modul pružnosti E(Youngov modul pružnosti)
Elastický (Youngov) modul:
Vzťah medzi: Axiálnym napätím σ Axiálnou deformáciou ε
Hookov zákon: σ = E. ε
Jednotka: GPa
σε
E
![Page 77: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/77.jpg)
Modul pružnosti E(Youngov modul pružnosti)
Metóda statického ohybu:
E = Fd(3L1-4d2)/4BW3b
kde: d = L1 - L2F... zaťažujúca silab ... priehybB,W ... šírka, výška vzorky(W = 0,8 – 1,2 mm)
priehyb
![Page 78: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/78.jpg)
Modul pružnosti E(Youngov modul pružnosti)
Puls – echo metóda:
E = ρ(3vt2vl
2 - 4 vt4)/(vl
2 - vt2)
ρ .... hustotavt rýchlosť priečneho vlneniavl rýchlosť pozdĺžneho vlnenia
22
22 25.0tl
tl
vvvv
−−
=ν
Poissonove číslo:
![Page 79: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/79.jpg)
Rezonančná metóda:
E = 96.517 ⋅10-8(L3/BW3)Kmf2
L ... dĺžka vzorkym ... hmotnosť vzorkyf ... rezonančná frekvencia
![Page 80: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/80.jpg)
Mikrotvrdosť (F ~ 1-300N):
Vickers (ihlan)Knoop (ihlan)Rockwell (kužeľ, gulička)Brinell (gulička)
Nanotvrdosť (F ~ mN):
Berkovich (trojboký ihlan)
Tvrdosť: odpor materiálu voči deformácii vyvolanej pôsobením geometricky definovaného telesa
Mohsova stupnica:(1822)
Diamond10Corundum9Topaz8Quartz7Orthoclase6Apatite5Fluorite4Calcite3Gypsum2Talc1
![Page 81: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/81.jpg)
F zaťažujúca sila (N)d ... diagonála vpichu (mm)α = 136°
Tvrdosť: Vickers
HV = 1.854 F/d2
![Page 82: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/82.jpg)
HK = F/Cl2
l ... dĺžka vpichuC ... korekčný faktorC = 0,07028l/w = 7 : 1
Tvrdosť: Knoop
l
HK = 14,229F/l2
HV vs. HK .... nedochádza k vyštiepeniu materiálu
![Page 83: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/83.jpg)
Tvrdosť: Rockwell
hH R −=100
h - hĺbka t rvalého vpichu v µm
![Page 84: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/84.jpg)
Berkovitchov indentor, zaťaženie medzi 0.1mN a 300 mN
Závislosť zaťaženia na hĺbke vpichu (cca 0,1 nm):
NanotvrdosNanotvrdosťť
![Page 85: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/85.jpg)
Lomová húževnatosť KIC
odoľnosť materiálu voči šíreniu sa trhliny
Indentačná metóda
Anstis: KIC = 0.016(E/H)1/2(P/c3/2)
Shetty: KIC = 0.0889(HP/4l)1/2
l = c-a
![Page 86: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/86.jpg)
Lomová húževnatosť KIC
Indentačná metóda
23
21
21
067.0−
=ac
HEHaKIC
23
21
21
032.0−
=ac
HEHaKIC
21
4.021
1018.0−
−
=ac
HEHaKIC
Anstis:
Niihara:
![Page 87: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/87.jpg)
Lomová húževnatosť KIC
Indentačná metóda
![Page 88: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/88.jpg)
Chevron notch test Single-edge notched beam Compact tension
Lomová húževnatosť KIC
Skúšobné trámčeky s vrubom KIC = YP/Bw1/2
![Page 89: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/89.jpg)
Lomová húževnatosť KIC
Skúšobné trámčeky s vrubom
300 µm
15 µm
SENB
SEVNBsnahou je zvýšiť ostrosť vrubu (minimalizovať r)
B ... šírka vz.H ... výška vz.α = a/H
![Page 90: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/90.jpg)
Lomová húževnatosť KIC
Skúška ohybom na telese s V-vrubom
diamantový kotúč na rezanie V-vrubu
vzorka s V-vrubom
výsledky SEVNB sú porovnateľnés náročnejšími metódami CVN, SEPB
![Page 91: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/91.jpg)
Lomová húževnatosť KIC
SEPB = Single-edge precracked beam method
Výhoda: zvýšenie ostrosti vrubu predĺžením trhliny
![Page 92: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/92.jpg)
Vplyv mikroštruktúry na lomovú húževnatosť
Vplyv objemového podielu tenkých (biele stľpce) a hrubých (sivé stľpce) predľžených častíc b-Si3N4 so štíhlosťou nad 4 (aspect ratio > 4) na lomovú húževnatosť (čierne stľpce) Si3N4 keramiky.
![Page 93: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/93.jpg)
Vplyv mikroštruktúry na lomovú húževnatosť
![Page 94: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/94.jpg)
PevnosPevnosťť v ohybev ohybe
P
Mom
ent
hd
trojbodový
σ max = 3PL/2h2d
L
štvorbodový
σ max = 3PD/h2d
D
![Page 95: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/95.jpg)
PevnosPevnosťť v v ťťahu / tlakuahu / tlaku
pevnosť v ťahu pevnosť v tlaku
σc...pevnosť v tlaku
F*...zaťaženie pri lome
A0...prierez vzorky
l*... dĺžka vzorky pred lomom
ASTM C1161 - 02c(2008)e1 Standard Test Methodfor Flexural Strength of Advanced Ceramicsat Ambient TemperatureASTM C1366 - 04(2009) Standard Test Methodfor Tensile Strength of Advanced Ceramicsat Elevated Temperatures
![Page 96: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/96.jpg)
PevnosPevnosťť v v ťťahu / tlakuahu / tlaku
ŤAH TLAK
Keramické materiály majú nižšiu pevnosť v ťahu ako v tlaku.
![Page 97: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/97.jpg)
Notched ball testNotched ball test
![Page 98: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/98.jpg)
Notched ball testNotched ball test
Wind mill power ~ d2; blade weight ~ d3 ⇒ demands on rotor
![Page 99: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/99.jpg)
Notched ball testNotched ball test
![Page 100: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/100.jpg)
Notched ball testNotched ball test
![Page 101: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/101.jpg)
PevnosPevnosťť pri vysokých pri vysokých tepottepotááchch
![Page 102: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/102.jpg)
Weibullov modul (m): charakterizuje spoľahlivosť materiálu (rozptyl hodnôt)
Pf ... pravdepodobnosť prelomenia materiálu pri napätí σ
WeibullovaWeibullova šštatistikatatistika
![Page 103: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/103.jpg)
VysokoteplotnVysokoteplotnéé teteččenie enie -- creepcreep
Deformácia pri konštantnom napätí (v tlaku, ohybe, alebo v ťahu) ako funkciačasu a teploty
ε0 = εel = σ/E
![Page 104: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/104.jpg)
rozpúšťanie precipitácia
viskózny tok
kavitácia
σ
σ
Mechanizmy creepovej deformácie v keramických materiáloch s intergranulárnou fázou
200 nm 200 nm
![Page 105: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/105.jpg)
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0
1,2Si3N4 + SiC
1200°C
1250°C
1300°C
1400°C150 MPa
100 MPa
50 MPa
Def
orm
ácia
, [%
]
Čas, [s]
CreepCreep
![Page 106: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/106.jpg)
CreepCreep
−⋅⋅=RTQA n exp
.
σε.•
n a Q dávajú informácie o creepových mechanizmoch(difúzia, dislokačné mechanizmy)
stanovenie napäťového exponentu n
![Page 107: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/107.jpg)
CreepCreep
stanovenie aktivačnej energie
![Page 108: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/108.jpg)
TribolTribolóógiagia
Pri keramických systémoch sa rozlišujú dva základné mechanizmy opotrebenia:– mechanické– chemické
Chemické opotrebenie je založené na atakovaní povrchu reaktívnymi zložkamia príslušným zadieraním alebo oddeľovaním splodín opotrebenia mechanickým pôsobením.
metóda„pin-on-disc“
tribologická stopa
![Page 109: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/109.jpg)
TribolTribolóógiagia
topografia tribo-stopy
Analýza drsnosti povrchu tribologickej stopy po oterovej skúške
AFManalýzatribologická
stopa
![Page 110: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/110.jpg)
TribolTribolóógiagia
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 200 400 600 800 1000
Trecia vzdialenosť [m]
Koef
icie
nt tr
enia
koef. trenia (stredná hodnota)koef. trenia (min. hodnota)koef. trenia (max. hodnota)
![Page 111: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/111.jpg)
- časticami spevnená keramická matrica (veľkosť častíc: 5 nm – 5 mm)
- vláknami spevnená keramická matrica (krátke resp. nekonečné vlákna)
- vrstevnatá (keramické vrstvy na keramickom resp. kovovom substráte)
Spevnenie konSpevnenie konšštruktrukččnej keramikynej keramiky
![Page 112: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/112.jpg)
Časticami spevnené kompozity
Si3N4 - TiN
Si3N4 - SiC
MgSiN2 - Si3N4
Si3N4 - Si3N4
![Page 113: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/113.jpg)
Nanotrubkami spevnené kompozity
![Page 114: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/114.jpg)
Vlastnosti nanotrubiek
Uhlíkové nanotrubky: SWNT a MWNT
Tepelná vodivosť: 3000 W/mKEl. odpor: 10-4 ΩcmPrúdová hustota: 107-1013 A/cm2
Youngov modul (SWNT): ~ 1 TPaYoungov modul (MWNT): 1.28 TPaPevnosť v ťahu: ~30 GPa
SWNTMWNT
![Page 115: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/115.jpg)
Vláknami spevnená keramika
C/BN/SiC
![Page 116: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/116.jpg)
Vláknami spevnená keramika
Nicalon vlákna povlakované s BN
SiC
BN
![Page 117: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/117.jpg)
Vrstevnaté kompozity
![Page 118: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/118.jpg)
Vrstevnaté kompozity
slabšia medzivrstva
delaminácia
zabránenie katastrofickému lomu
katastrofickýlom
postupnýlom
![Page 119: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/119.jpg)
Vrstevnaté kompozity
![Page 120: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/120.jpg)
ISUZU
Aplikácie vrstevnatých keramických kompozitov
λ ... tepelná vodivosťf ... frikčný koeficiento ... oteruvzdornosťσ ... pevnosťKIC ... lomová húževnatosť
1. ↓ λ, ↓ f, ↑ o2. samodetekčná vrstva3. ↑ σ, ↑ KIC, ~λ4. ↑ σ, ↑ KIC, ↑ λ5. cermet Si3N4/Al
1. 5.
![Page 121: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/121.jpg)
Vrstevnaté keramické kompozityso samodetekčnou schopnosťou vzniku trhlín
Funkčná časť
Diagnostickáčasť
σt
![Page 122: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/122.jpg)
Prahová hodnota obsahu TiN ?
~8-25% TiN
Segregated distribution
Vc = 0.08 – 0.15
Network distribution
Vc = 0.20 – 0.25
![Page 123: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/123.jpg)
14 16 18 20 22 24
0
200
400
600
800
ρ / Ω
cm
TiN / vol%
Zmena elektrickej vodivosti Si3N4 v závislosti od obsahu TiN
16 17 18 19 20 21
0,01
0,1
1
10
100
Ele
ct. r
esis
tivity
/ Ω
.cm
TiN content / vol%
![Page 124: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/124.jpg)
20% TiN
33% TiN
σt
σt
Zmena rezistivity pod ťahovým napätím
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0
5
10
15
20
20% TiN 33% TiN
Chna
ge o
f el.
resi
stan
ce (%
)
Deflection (µm)
Chan
ge o
f el.
resi
stan
ce (%
)
Deflection (µm)
![Page 125: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/125.jpg)
V
P
multimeter(KEITHLEY 2000)
zdroj prúdu(KEITHLEY 220)1 nA – 100 mA
Schematické znázornenie experimentu
4-point bending fixture with piezo-electric
displacement transducer
![Page 126: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/126.jpg)
Zmena rezistivity v závislosti od zaťažujúcej sily
0 20 40 60 80 100 120
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
ρ / Ω
.cm
Load / N
300 nm
pôvodný materiál
TiN
SN
SN
SN
SN
po zaťaženíTiN
Si3N4
vymeniť súčiastku!!!
![Page 127: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/127.jpg)
Cyklické žaťaženie
0 10 20 30 40 50 60 70 800,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,11
0,12
0,13
ρ / Ω
cm
Load / N
![Page 128: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/128.jpg)
Schematic of the ceramic sheet with self-diagnostic circuit
CAD (Computer Added Design) Ink-jet printer ProSys 6000
![Page 129: Ceramics_mechanical Properties Cópia](https://reader034.fdocuments.in/reader034/viewer/2022042616/55cf9709550346d0338f6842/html5/thumbnails/129.jpg)
Schematic of the self-diagnostic circuit
V
ρ = 0.08 Ωcmρ = ∞ Ωcm
I
Ink-jet printing: Manchester Materials Science Centre, U.K. (Prof. Brian Derby)