Keramičko inženjerstvo — разлика између измена

С Википедије, слободне енциклопедије
Интерактиван преглед историје
← Старија изменаНовија измена →
Садржај обрисан Садржај додат
ВизуелноВикитекст
Ред 23: Ред 23:
=== Mikrostrukturna uniformnost ===
=== Mikrostrukturna uniformnost ===


In the processing of fine ceramics, the irregular particle sizes and shapes in a typical powder often lead to non-uniform packing morphologies that result in packing [[density]] variations in the powder compact. Uncontrolled [[Flocculation|agglomeration]] of powders due to attractive [[van der Waals forces]] can also give rise to in microstructural inhomogeneities.<ref name="A">{{cite book
Pri obradi fine keramike, neregularne veličine čestica i oblici u tipičnom prahu često dovode do nejednakih morfologija pakovanja što rezultira promenom [[gustina|gustine]] pakovanja u kompaktiranom prahu. Nekontrolirana [[Flocculation|aglomeracija]] praha zbog atraktivnih [[van der Waals forces|van der Valsovih sila]] takođe može da stvori mikrostrukturne nehomogenosti.<ref name="A">{{cite book
|editor1=Onoda, G.Y. Jr. |editor2=Hench, L.L. |title= Ceramic Processing Before Firing|publisher=Wiley & Sons|place=New York
|editor1=Onoda, G.Y. Jr. |editor2=Hench, L.L. |title= Ceramic Processing Before Firing|publisher=Wiley & Sons|place=New York
|year=1979
|year=1979
Ред 37: Ред 37:
}}</ref>
}}</ref>


Diferencijalni naponi koji nastaju kao rezultat neravnomernog skupljanja tokom sušenja direktno su povezani sa brzinom kojom se [[rastvarač]] može ukloniti i stoga zavise od distribucije poroznosti. Takvi naponi su povezani sa prelaskom iz plastičnog u krhko stanje u konsolidovanim telima<ref name="C">{{cite journal
Differential stresses that develop as a result of non-uniform drying shrinkage are directly related to the rate at which the [[solvent]] can be removed, and thus highly dependent upon the distribution of porosity. Such stresses have been associated with a plastic-to-brittle transition in consolidated bodies,<ref name="C">{{cite journal
|author1=Franks, G.V. |author2=Lange, F.F.
|author1=Franks, G.V. |author2=Lange, F.F.
|title=Plastic-to-Brittle Transition of Saturated, Alumina Powder Compacts
|title=Plastic-to-Brittle Transition of Saturated, Alumina Powder Compacts
Ред 46: Ред 46:
|doi=10.1111/j.1151-2916.1996.tb08091.x
|doi=10.1111/j.1151-2916.1996.tb08091.x
|issue=12
|issue=12
}}</ref> i mogu dovesti do širenja pukotina u nerastopljenom telu, ako se ne otklone.
}}</ref>
and can yield to [[crack propagation]] in the unfired body if not relieved.


In addition, any fluctuations in packing density in the compact as it is prepared for the kiln are often amplified during the sintering process, yielding inhomogeneous densification.<ref name="D">{{cite journal
Pored toga, bilo kakve fluktuacije u gustini pakovanja u kompaktima dok se pripremaju za peć često se pojačavaju tokom procesa sinterovanja, što rezultira nehomogenim zgušnjavanjem.<ref name="D">{{cite journal
|author=Evans, A.G. |author2= Davidge, R.W.
|author=Evans, A.G. |author2= Davidge, R.W.
|title=Strength and fracture of fully dense polycrystalline magnesium oxide
|title=Strength and fracture of fully dense polycrystalline magnesium oxide
Ред 67: Ред 66:
|year=1970
|year=1970
|bibcode = 1970JMatS...5..314E |doi = 10.1007/BF02397783
|bibcode = 1970JMatS...5..314E |doi = 10.1007/BF02397783
|issue=4 }}</ref> Pokazano je da neke pore, i drugi strukturni [[Crystallographic defect|defekti]] povezani sa varijacijama gustine, imaju štetnu ulogu u procesu sinterovanja tako što rastu i na taj način ograničavaju gustinu krajnjih tačaka.<ref name="F">{{cite journal
|issue=4 }}</ref>
Some pores and other structural [[Crystallographic defect|defect]]s associated with density variations have been shown to play a detrimental role in the sintering process by growing and thus limiting end-point densities.<ref name="F">{{cite journal
|author=Lange, F.F.|author2=Metcalf, M.
|author=Lange, F.F.|author2=Metcalf, M.
|title=Processing-Related Fracture Origins in Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/ZrO<sub>2</sub> Composites II: Agglomerate Motion and Crack-like Internal Surfaces Caused by Differential Sintering
|title=Processing-Related Fracture Origins in Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/ZrO<sub>2</sub> Composites II: Agglomerate Motion and Crack-like Internal Surfaces Caused by Differential Sintering
Ред 77: Ред 75:
|doi=10.1111/j.1151-2916.1983.tb10069.x
|doi=10.1111/j.1151-2916.1983.tb10069.x
|issue=6
|issue=6
⚫
}}</ref> Za diferencijalne napone koji nastaju pri nehomogenom zgušnjavanju takođe je pokazano da rezultiraju u širenju unutrašnjih pukotina, tako da postaju nedostaci koji ograničavaju jačinu.<ref name="G">{{cite journal|author=Evans, A.G.|journal=J. Am. Ceram. Soc.|volume=65|page=497|year=1987|doi=10.1111/j.1151-2916.1982.tb10340.x|title=Considerations of Inhomogeneity Effects in Sintering|issue=10}}</ref>
}}</ref>
⚫
Differential stresses arising from inhomogeneous densification have also been shown to result in the propagation of internal cracks, thus becoming the strength-controlling flaws.<ref name="G">{{cite journal|author=Evans, A.G.|journal=J. Am. Ceram. Soc.|volume=65|page=497|year=1987|doi=10.1111/j.1151-2916.1982.tb10340.x|title=Considerations of Inhomogeneity Effects in Sintering|issue=10}}</ref>


Stoga je poželjno da se materijal obrađuje na takav način da je fizički ujednačen u pogledu raspodele komponenati i poroznosti, pre nego da se koristi raspodela veličina čestica koje će maksimizirati gustinu. Sadržaj ravnomerno dispergovanog sklopa čestica koje imaju snažne interakcije u suspenziji zahteva potpunu kontrolu nad interakcijama među česticama. [[Dispersity|Monodisperzni]] [[koloid]]i pružaju tu mogućnost.<ref name="J">{{cite journal
It would therefore appear desirable to process a material in such a way that it is physically uniform with regard to the distribution of components and porosity, rather than using particle size distributions which will maximize the green density. The containment of a uniformly dispersed assembly of strongly interacting particles in suspension requires total control over particle-particle interactions. [[Monodisperse]] [[colloid]]s provide this potential.<ref name="J">{{cite journal
|author=Mangels, J.A. |author2= Messing, G.L.
|author=Mangels, J.A. |author2= Messing, G.L.
|title=Microstructural Control Through Colloidal Consolidation
|title=Microstructural Control Through Colloidal Consolidation
Ред 89: Ред 86:
}}</ref>
}}</ref>


Monodisperse powders of colloidal [[silica]], for example, may therefore be stabilized sufficiently to ensure a high degree of order in the [[colloidal crystal]] or polycrystalline colloidal solid which results from aggregation. The degree of order appears to be limited by the time and space allowed for longer-range correlations to be established.<ref name="K">{{cite journal|author=Whitesides, G.M.
Na primer, monodisperzni praškovi koloidnog [[silica|silike]] se mogu dovoljno stabilizovati da se obezbedi visok stepen uređenosti u [[Colloidal crystal|koloidnom kristalnom]] ili polikristalnom koloidnom čvrstom materijalu koji nastaje agregacijom. Stepen uređenosti je ograničen vremenom i prostorom koji su dozvoljeni za uspostavljanje korelacija većeg dometa.<ref name="K">{{cite journal|author=Whitesides, G.M.
|title=Molecular Self-Assembly and Nanochemistry: A Chemical Strategy for the Synthesis of Nanostructures
|title=Molecular Self-Assembly and Nanochemistry: A Chemical Strategy for the Synthesis of Nanostructures
|journal=Science
|journal=Science
Ред 98: Ред 95:
}}</ref><ref name="L">{{cite journal|author=Dubbs D. M |author2= Aksay I.A.|title=Self-Assembled Ceramics|journal=Annu. Rev. Phys. Chem.|volume=51|year=2000|doi=10.1146/annurev.physchem.51.1.601|pmid=11031294|bibcode=2000ARPC...51..601D|pages=601–22 }}</ref>
}}</ref><ref name="L">{{cite journal|author=Dubbs D. M |author2= Aksay I.A.|title=Self-Assembled Ceramics|journal=Annu. Rev. Phys. Chem.|volume=51|year=2000|doi=10.1146/annurev.physchem.51.1.601|pmid=11031294|bibcode=2000ARPC...51..601D|pages=601–22 }}</ref>


Takve defektivne polikristalne koloidne strukture su osnovni elementi submikrometarske koloidne [[materials science|nauke o materijalima]], i samim tim, pružaju prvi korak u razvoju rigoroznijeg razumevanja mehanizama koji su uključeni u mikrostrukturnu evoluciju u neorganskim sistemima kao što je polikristalna keramika.
Such defective polycrystalline colloidal structures would appear to be the basic elements of submicrometer colloidal [[materials science]], and, therefore, provide the first step in developing a more rigorous understanding of the mechanisms involved in microstructural evolution in inorganic systems such as polycrystalline ceramics.


== Reference ==
== Reference ==

Верзија на датум 1. септембар 2019. у 22:37

Simulation of the outside of the Space Shuttle as it heats up to over 1.500 °C (2.730 °F) during re-entry into the Earth's atmosphere
Bearing components made from 100% silicon nitride Si3N4
Ceramic bread knife

Keramičko inženjerstvo is the science and technology of creating objects from inorganic, non-metallic materials. This is done either by the action of heat, or at lower temperatures using precipitation reactions from high-purity chemical solutions. The term includes the purification of raw materials, the study and production of the chemical compounds concerned, their formation into components and the study of their structure, composition and properties.

Ceramic materials may have a crystalline or partly crystalline structure, with long-range order on atomic scale. Glass ceramics may have an amorphous or glassy structure, with limited or short-range atomic order. They are either formed from a molten mass that solidifies on cooling, formed and matured by the action of heat, or chemically synthesized at low temperatures using, for example, hydrothermal or sol-gel synthesis.

The special character of ceramic materials gives rise to many applications in materials engineering, electrical engineering, chemical engineering and mechanical engineering. As ceramics are heat resistant, they can be used for many tasks for which materials like metal and polymers are unsuitable. Ceramic materials are used in a wide range of industries, including mining, aerospace, medicine, refinery, food and chemical industries, packaging science, electronics, industrial and transmission electricity, and guided lightwave transmission.[1]

Istorija

Reč „keramika” potiče od grčke reči κεραμικός (keramikos) što znači grnčarstvo. Povezana je sa starijim korenom indoevropskog jezika „goreti”.[2] „Keramika” se može koristiti kao imenica u jednini za označavanje keramičkog materijala ili proizvoda keramičke izrade, ili kao pridev. Množina „keramike” se može koristiti za označavanje izrade stvari od keramičkih materijala. Keramičko inženjerstvo, poput mnogih nauka, evoluiralo je iz drugačije discipline po današnjim standardima. Inženjerstvo nauke o materijalima se grupiše sa keramičkim inženjerstvom do današnjeg dana.

Leo Morandijeva linija za glaziranje pločica (oko 1945)

Abraham Darbi je prvi je koristio koks 1709. godine u Šropširu u Engleskoj da bi poboljšao prinos postupka topljenja. Koks se danas široko koristi za proizvodnju karbidne keramike. Grnčar Džosaja Vedžvud otvorio je prvu modernu fabriku keramike u gradu Stouk na Trentu, u Engleskoj, 1759. godine. Austrijski hemičar Karl Jozef Bajer, koji je radio u tekstilnoj industriji u Rusiji, razvio je proces odvajanja alumine iz boksitne rude 1888. godine. Bajerov postupak i dalje se koristi za pročišćavanje alumine za keramičku i aluminijumsku industriju. Braća Pjer i Žak Kiri otkrili su piezoelektričnost u Rošelovoj soli oko 1880. godine. Piezoelektričnost je jedno od ključnih svojstava elektrokeramike.

E. G. Ačeson je 1893. zagrejao mešavinu koksa i gline i izumeo karborundum, odnosno sintetični silicijum karbid. Anri Moasan je takođe sintetisao SiC i volfram karbid u svojoj elektrolučnoj peći u Parizu otprilike u isto vreme kada je Ačeson. Karl Šreter je koristio sinterovanje u tečnoj fazi da bi vezao ili „cementirao” Moasanove volfram karbidne čestice sa kobaltom 1923. godine u Nemačkoj. Tvrdim metalom cementirane ivice od karbida uveliko povećavaju trajnost očvrslog čeličnog alata za rezanje. Valter Nernst je razvijao kubno stabilizovani cirkonijum tokom 1920-ih u Berlinu. Ovaj materijal se koristi kao kiseonični senzor u izduvnim sistemima. Glavno ograničenje upotrebe keramike u inženjerstvu je krkost.[1]

Teorija hemijske obrade

Mikrostrukturna uniformnost

Pri obradi fine keramike, neregularne veličine čestica i oblici u tipičnom prahu često dovode do nejednakih morfologija pakovanja što rezultira promenom gustine pakovanja u kompaktiranom prahu. Nekontrolirana aglomeracija praha zbog atraktivnih van der Valsovih sila takođe može da stvori mikrostrukturne nehomogenosti.[3][4]

Diferencijalni naponi koji nastaju kao rezultat neravnomernog skupljanja tokom sušenja direktno su povezani sa brzinom kojom se rastvarač može ukloniti i stoga zavise od distribucije poroznosti. Takvi naponi su povezani sa prelaskom iz plastičnog u krhko stanje u konsolidovanim telima[5] i mogu dovesti do širenja pukotina u nerastopljenom telu, ako se ne otklone.

Pored toga, bilo kakve fluktuacije u gustini pakovanja u kompaktima dok se pripremaju za peć često se pojačavaju tokom procesa sinterovanja, što rezultira nehomogenim zgušnjavanjem.[6][7] Pokazano je da neke pore, i drugi strukturni defekti povezani sa varijacijama gustine, imaju štetnu ulogu u procesu sinterovanja tako što rastu i na taj način ograničavaju gustinu krajnjih tačaka.[8] Za diferencijalne napone koji nastaju pri nehomogenom zgušnjavanju takođe je pokazano da rezultiraju u širenju unutrašnjih pukotina, tako da postaju nedostaci koji ograničavaju jačinu.[9]

Stoga je poželjno da se materijal obrađuje na takav način da je fizički ujednačen u pogledu raspodele komponenati i poroznosti, pre nego da se koristi raspodela veličina čestica koje će maksimizirati gustinu. Sadržaj ravnomerno dispergovanog sklopa čestica koje imaju snažne interakcije u suspenziji zahteva potpunu kontrolu nad interakcijama među česticama. Monodisperzni koloidi pružaju tu mogućnost.[10]

Na primer, monodisperzni praškovi koloidnog silike se mogu dovoljno stabilizovati da se obezbedi visok stepen uređenosti u koloidnom kristalnom ili polikristalnom koloidnom čvrstom materijalu koji nastaje agregacijom. Stepen uređenosti je ograničen vremenom i prostorom koji su dozvoljeni za uspostavljanje korelacija većeg dometa.[11][12]

Takve defektivne polikristalne koloidne strukture su osnovni elementi submikrometarske koloidne nauke o materijalima, i samim tim, pružaju prvi korak u razvoju rigoroznijeg razumevanja mehanizama koji su uključeni u mikrostrukturnu evoluciju u neorganskim sistemima kao što je polikristalna keramika.

Reference

  1. ^ а б Kingery, W.D., Bowen, H.K., and Uhlmann, D.R., Introduction to Ceramics, p. 690 (Wiley-Interscience, 2nd Edition, 2006)
  2. ^ von Hippel; A. R. (1954). „Ceramics”. Dielectric Materials and Applications. Technology Press (M.I.T.) and John Wiley & Sons. ISBN 978-1-58053-123-8. 
  3. ^ Onoda, G.Y. Jr.; Hench, L.L., ур. (1979). Ceramic Processing Before Firing. New York: Wiley & Sons. 
  4. ^ Aksay, I.A.; Lange, F.F.; Davis, B.I. (1983). „Uniformity of Al2O3-ZrO2 Composites by Colloidal Filtration”. J. Am. Ceram. Soc. 66 (10): C–190. doi:10.1111/j.1151-2916.1983.tb10550.x. 
  5. ^ Franks, G.V.; Lange, F.F. (1996). „Plastic-to-Brittle Transition of Saturated, Alumina Powder Compacts”. J. Am. Ceram. Soc. 79 (12): 3161. doi:10.1111/j.1151-2916.1996.tb08091.x. 
  6. ^ Evans, A.G.; Davidge, R.W. (1969). „Strength and fracture of fully dense polycrystalline magnesium oxide”. Phil. Mag. 20 (164): 373. Bibcode:1969PMag...20..373E. doi:10.1080/14786436908228708. 
  7. ^ Evans, A.G.; Davidge, R.W. (1970). „Strength and fracture of fully dense polycrystalline magnesium oxide”. J. Mater. Sci. 5 (4): 314. Bibcode:1970JMatS...5..314E. doi:10.1007/BF02397783. 
  8. ^ Lange, F.F.; Metcalf, M. (1983). „Processing-Related Fracture Origins in Al2O3/ZrO2 Composites II: Agglomerate Motion and Crack-like Internal Surfaces Caused by Differential Sintering”. J. Am. Ceram. Soc. 66 (6): 398. doi:10.1111/j.1151-2916.1983.tb10069.x. 
  9. ^ Evans, A.G. (1987). „Considerations of Inhomogeneity Effects in Sintering”. J. Am. Ceram. Soc. 65 (10): 497. doi:10.1111/j.1151-2916.1982.tb10340.x. 
  10. ^ Mangels, J.A.; Messing, G.L. (1984). „Microstructural Control Through Colloidal Consolidation”. Advances in Ceramics: Forming of Ceramics. 9: 94. 
  11. ^ Whitesides, G.M.; et al. (1991). „Molecular Self-Assembly and Nanochemistry: A Chemical Strategy for the Synthesis of Nanostructures”. Science. 254 (5036): 1312—9. Bibcode:1991Sci...254.1312W. PMID 1962191. doi:10.1126/science.1962191. 
  12. ^ Dubbs D. M; Aksay I.A. (2000). „Self-Assembled Ceramics”. Annu. Rev. Phys. Chem. 51: 601—22. Bibcode:2000ARPC...51..601D. PMID 11031294. doi:10.1146/annurev.physchem.51.1.601. 

Spoljašnje veze

Keramičko inženjerstvo na Vikimedijinoj ostavi.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Keramičko_inženjerstvo&oldid=22114175”