More Related Content
More from Department of Chemistry FP TUL (20)
CHE 09: Sklo Keramika Tvrde Materialy
- 1. SKLO KERAMIKA TVRD MATERILY Jan Gr辿gr & Martin Slav鱈k Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz CHE 09 Katedra chemie FP TUL: http://www.kch.tul.cz
- 2. SKLO KERAMIKA TVRD MATERILY www.kch.tul.cz CHE 09 Katedra chemie FP TUL | Obsah pedn叩邸ky: Sklo, struktura, vlastnosti, v箪roba, typy skel Keramika, typy a pou転itelnost keramiky Tvrd辿 materi叩ly syntetick辿 a p鱈rodn鱈, slinut辿 karbidy Katedra chemie FP TUL: http://www.kch.tul.cz
- 3. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz SKLO
- 4. Sklo Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Charakteristika skeln辿ho stavu Sklo je amorfn鱈 pevn叩 l叩tka, kter叩 vznik叩 obvykle ztuhnut鱈m taveniny bez krystalizace
- 5. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Sklo Graf z pedchoz鱈 str叩nky pro z叩vislost hustoty na teplot
- 6. Struktura skla Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Skeln叩 s鱈泥 na rozd鱈l od krystal哲 nem叩 pravideln辿 uspo叩d叩n鱈 na del邸鱈 vzd叩lenost kemen kemenn辿 sklo b転n辿 sklo
- 7. Struktura skla Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Skeln叩 s鱈泥 na rozd鱈l od krystal哲 nem叩 pravideln辿 uspo叩d叩n鱈 na del邸鱈 vzd叩lenost Kemenn辿 sklo M鱈転ka krystalu
- 8. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Struktura skla Kemiitanov叩 s鱈泥 je nepravideln叩, kationty zauj鱈maj鱈 m鱈sto v prostoru mezi tetraedry, povrchov辿 skupiny obsahuj鱈 koncov辿 OH skupiny.
- 9. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz L叩tky tvo鱈c鱈 skla prvky S, Se oxidy - B2O3, SiO2, GeO2 boritany a kemiitany - Na2B4O7, Na2O-CaO-SiO2 fluoridy - BeF2, BaF2-AlF3-LaF3-ZrF4 sulfidy a selenidy - As2S3, As-Se-Ge organick辿 polymery - polystyren, PMMA jin辿 l叩tky - glycerin, nkter辿 kovy a slitiny
- 10. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Kemiit叩 skla Suroviny Vs叩zka - sms skl叩sk辿ho kmene a vratn箪ch sklenn箪ch step哲, kter叩 je nakl叩d叩na do skl叩sk辿 pece Hlavn鱈 suroviny - p鱈sek, soda, pota邸, v叩penec
- 11. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Viskozitn鱈 kivky b転n箪ch skel
- 12. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Teplota pou転itelnosti skla Sklo je vlastn podchlazen叩 kapalina a jeho vlastnosti jsou popisov叩ny teplotn鱈 z叩vislost鱈 viskozity skloviny. Pi zvy邸ov叩n鱈 teploty viskozita kles叩, naopak tedy roste tekutost (fluidita) skla. Teplotn鱈 pr哲bh viskozity je charakteristickou vlastnost鱈 dan辿 skloviny. Na jej鱈m z叩klad je mo転n辿 definovat teploty pro tv叩en鱈 skla, chlazen鱈 sklenn箪ch v箪robk哲 a teplotn鱈 obor pou転itelnosti skla.
- 13. www.kch.tul.cz D哲le転itou hodnotou teplotn鱈m pr哲bhu viskozity skla je tzv. transforman鱈 teplota oznaovan叩 tg. Pi t辿to teplot viskozita dosahuje hodnoty 1012,3 Pa.s. Okolo t辿to teploty jsou definov叩ny spodn鱈 a horn鱈 teplota chlazen鱈 pro sklenn箪 v箪robek. Katedra chemie FP TUL | Teplota pou転itelnosti skla Zhruba pi hodnot viskozity 1010 Pa.s se nach叩z鱈 tzv. dilatometrick箪 bod mknut鱈, tj. teplota, pi n鱈転 se za鱈n叩 sklenn箪 v箪robek samovoln deformovat. Mus鱈me si tak辿 uvdomit, 転e sklenn辿 v箪robky si po zmn teploty zachov叩vaj鱈 urit辿 vnitn鱈 pnut鱈 a sta鱈 nepatrn辿 邸kr叩bnut鱈 na vhodn辿m m鱈st a dojde k prasknut鱈 v箪robku (n叩dobky, v n鱈転 prov叩d鱈me pokus). !!!!!!!!!
- 14. Teplota pou転itelnosti skla Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Vlastnosti skel pou転鱈van箪ch v laborato鱈ch 5 4 6 5 7 4 8 2 1 11 6 7 3 9 3 2 8 9 1 10
- 15. Tavic鱈 pece Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz a) Kontinu叩ln鱈 tavic鱈 pece r哲zn辿 konstrukce s v箪konem 3 a転 1000 tun skla za den Otop: plyn, elektrick叩 energie Tavic鱈 teploty: 1350 a転 pes 1600 尊C b) P叩nvov辿 pece P叩nve ze 邸amotu o obsahu 50 a転 1000 kg skloviny Pou転it鱈: maloobjemov辿 v箪roby - run鱈 tvarov叩n鱈, umleck叩 v箪roba, bi転uterie, barevn叩 a zakalen叩 skla c) Speci叩ln鱈 pece - indukn鱈, odporov辿, silitov辿 Taven鱈 mal箪ch mno転stv鱈 speci叩ln鱈ch skel pro optiku a elektrotechniku v kel鱈mc鱈ch z keramiky nebo slitin platiny
- 16. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Tvarov叩n鱈 skloviny Hlavn鱈 roli hraje viskozita a rychlost krystalizace
- 17. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Ploch辿 sklo Float
- 18. Ploch辿 sklo Float Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Teplotn鱈 vzta転n辿 body ploch辿ho skla Tepeln辿 vlastnosti ploch辿ho skla
- 19. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Sklenn叩 vl叩kna
- 20. Hlavn鱈 typy skel Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz a) Kemenn辿 sklo (SiO2) V箪roba taven鱈m velmi ist辿ho kemene v grafitov箪ch kel鱈mc鱈ch ve vakuu pi teplot叩ch kolem 2000 oC V箪born辿 chemick辿, elektrick辿 a optick辿 vlastnosti, teplotn鱈 odolnost, drah辿 Pou転it鱈: materi叩l pro extr辿mn鱈 pracovn鱈 podm鱈nky v technice a chemii
- 21. Hlavn鱈 typy skel Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz b) Ploch辿 a obalov辿 sklo Nejlevnj邸鱈 a nejroz邸鱈enj邸鱈 typ skla. Po technick辿 str叩nce pouze pr哲mrn辿 vlastnosti ve v邸ech oblastech Pou転it鱈: v箪roba lahv鱈, levn辿 u転itkov辿 sklo, ploch辿 okenn鱈 a automobilov辿 sklo
- 22. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 typy skel c) Ki邸泥叩lov叩 skla esk箪 (draseln箪) nebo olovnat箪 ki邸泥叩l. Pr哲mrn辿 vlastnosti, u転itkov辿 a dekorativn鱈 sklo
- 23. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 typy skel d) Tepeln odoln叩 skla (boritokemiit叩 skla) Velmi dobr叩 chemick叩 odolnost, dobr叩 teplotn鱈 odolnost Pou転it鱈: varn辿 sklo v dom叩cnosti, laboratorn鱈 n叩dob鱈, chemick辿 aparatury, pr哲myslov叩 dopravn鱈 potrub鱈 Obchodn鱈 znaky: Simax (Kavalier S叩zava, R), Pyrex, Duran
- 24. Tepeln叩 odolnost skel Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Tepeln叩 odolnost skla z叩vis鱈 jednak na vlastnostech skla (souinitel teplotn鱈 rozta転nosti, pevnost a modul pru転nosti), jednak na stejnorodosti skla, jakosti povrchu, tlou邸泥ce stny, ale i na velikosti a tvaru n叩doby, tedy na v箪robku samotn辿m. Teoreticky m哲転eme tepelnou odolnost skla vypo鱈tat podle vztahu: kde s .(1 k ) t .E t je tepeln叩 odolnost ve stupn鱈ch Celsia, s je pevnost skla v tahu, k je Poissonova konstanta, je souinitel teplotn鱈 rozta転nosti a E modul pru転nosti.
- 25. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Tepeln叩 odolnost skel Proto転e pevnost skla je pi men鱈 pomrn obt鱈転n reprodukovateln叩, je pro technickou praxi vyu転鱈v叩n zjednodu邸en箪 empirick箪 vzorec: 1000 t kdy転 hodnota tepeln辿 rozta転nosti je vyj叩dena v hodnot叩ch mm/m揃尊C. ! D叩 se tedy 鱈ci, 転e teplotn鱈 odolnost je nep鱈mo z叩visl叩 na teplotn鱈 rozta転nosti skla. Uveden箪 vzorec plat鱈 pro tlou邸泥ku stny 1 mm. Z叩vislost na tlou邸泥ce stny je potom d叩na vztahem: kdy転 a je tlou邸泥ka stny v mm. t1 ta a
- 26. www.kch.tul.cz Hlavn鱈 typy skel Katedra chemie FP TUL | e) Sklenn叩 vl叩kna Speci叩ln鱈 boritokemiit叩 skla nebo edi V箪znan辿 vlastnosti: chemick叩 odolnost, teplotn鱈 odolnost (speci叩ln鱈 vl叩kna Al2O3-SiO2 a転 do 1600 属C), vysok箪 elektrick箪 odpor (E-sklo) Pou転it鱈: nekonen辿 vl叩kno (E-sklo) pro sklenn辿 tkaniny, izolace v elektrotechnice, sklolamin叩ty, filtran鱈 tkaniny, v箪ztu転 pneumatik a lepenek, sklenn叩 vata ve stavebnictv鱈 pro tepeln辿 a akustick辿 izolace
- 27. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 typy skel f) Optick叩 a speci叩ln鱈 skla Nkolik set druh哲 skel velmi rozmanit辿ho slo転en鱈 (i fluoridov叩 a chalkogenidov叩 skla) Pou転it鱈: optick叩 za鱈zen鱈 a p鱈stroje, br箪le, filtry, optoelektronika, elektronika a elektrotechnika
- 28. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 typy skel g) Skeln krystalick辿 hmoty (sklokeramika) Vyr叩b鱈 se 鱈zenou krystalizac鱈 speci叩ln鱈ch skel nebo hornin r哲zn箪ch chemick箪ch slo転en鱈, typick叩 velmi jemnozrnn叩 krystalizace V箪znan辿 vlastnosti: ada speci叩ln鱈ch vlastnost鱈 u skel nedosa転iteln箪ch (pevnost, teplotn鱈 odolnost, elektrick辿 vlastnosti, odruvzdornost) Pou転it鱈: varn辿 n叩dob鱈, vaidlov辿 desky, v箪mn鱈ky tepla, teleskopick叩 zrcadla, hlavice raket, taven箪 edi a petrositaly pro potrub鱈, dla転by a obkladov辿 materi叩ly ve stavebnictv鱈
- 29. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Obecn辿 vlastnosti skel D鱈ky rychl辿mu zatuhnut鱈 vnitn鱈 struktury je povrch skel tvrd邸鱈 ne転 vnitn鱈 叩st, ve vt邸in v箪robk哲 existuje vnitn鱈 pnut鱈. Sklenn辿 v箪robky jsou proto m叩lo odoln辿 proti teplotn鱈m 邸ok哲m a po povrchov辿m po邸kozen鱈 ztr叩cej鱈 pevnost. Chemick叩 odolnost kemiit箪ch skel je vt邸鱈 v哲i kysel辿mu prosted鱈, rozpou邸tj鱈 se v kyselin fluorovod鱈kov辿 za vzniku plynn辿ho SiF4. V roztoc鱈ch alkalick箪ch hydroxid哲 se rozpou邸tj鱈 za vzniku kemiitan哲. Pi del邸鱈 tepeln辿 expozici m哲転e doj鱈t k odskelnn鱈.
- 30. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz keramika
- 31. Keramika je anorganick箪 nekovov箪 materi叩l s heterogenn鱈 strukturou, tvoenou krystalick箪mi a nkdy i skeln箪mi l叩tkami o r哲zn辿m slo転en鱈 a uspo叩d叩n鱈. Obsahuje obvykle i p坦ry Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Charakteristika keramiky p坦r zrna
- 32. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz V箪roba keramiky mlet鱈 - vt邸inou nutn辿 velmi jemn辿 tvarov叩n鱈 - lit鱈, lisov叩n鱈 su邸en鱈 - pomal辿, velmi d哲le転it辿 tepeln辿 zpracov叩n鱈 - pi 1000 a転 1400 属C v komorov箪ch nebo tunelov箪ch pec鱈ch, oxidov叩 keramika a転 1700 属C, prob鱈haj鱈 chemick辿 a fyzik叩ln鱈 reakce (slinov叩n鱈) Na vlastnosti produktu maj鱈 prvoad箪 vliv chemick辿 a mineralogick辿 slo転en鱈 surovin, velikost 叩stic a kvalita jejich povrchu.
- 33. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Suroviny pro v箪robu keramiky B転n叩 keramika plastick辿 suroviny - kaolin, j鱈ly a hl鱈ny, kter辿 umo転uj鱈 tvarov叩n鱈 plastick辿ho tsta ostiva - kemen, korund a kalcinovan箪 j鱈l (邸amot), sni転uj鱈c鱈 smr邸tn鱈 pi su邸en鱈 a v箪palu taviva - 転ivce, tvo鱈 taveninu pi v箪palu (urychluj鱈 reakce) Technick叩 a oxidov叩 keramika kemiitany, oxidy, nitridy atd. s organick箪mi plastifik叩tory
- 34. www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky Katedra chemie FP TUL | a) Porcel叩n B鱈l箪 pr哲svitn箪 materi叩l, poch叩z鱈 z 鱈ny, v R velk叩 tradice Podm鱈nkou je kvalitn鱈 kaolin, d叩le obsahuje kemen a 転ivec Glazura vyrovn叩v叩 povrch, zlep邸uje vzhled a umo転uje barven鱈 Pou転it鱈: Tvrd箪 porcel叩n - stoln鱈 n叩dob鱈 (Karlovarsk箪 porcel叩n), chemick辿 a elektrotechnick辿 炭ely Mkk箪 porcel叩n - dekoran鱈 v箪robky, nkter辿 stoln鱈 n叩dob鱈
- 35. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky b) P坦rovina Bl鱈zk叩 porcel叩nu, ale p坦rovit叩, nas叩kav叩 Pou転it鱈: obkl叩daky, u転itkov辿 a dekoran鱈 pedmty, zdravotn鱈 keramika (Diturvit)
- 36. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky c) Kamenina Hutn叩 keramika, obvykle zbarven叩 hnd a転 転lut, hlavn鱈 surovinou kameninov辿 j鱈ly m鱈sto kaol鱈nu, mo転nost v箪roby velk箪ch v箪robk哲 Pou転it鱈: kanalizan鱈 trouby, dla転dice, elektrick辿 izol叩tory, chemick辿 provozn鱈 n叩doby a dom叩c鱈
- 37. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky d) Cihl叩sk辿 v箪robky Z叩kladem barevn se p叩l鱈c鱈 j鱈ly a hl鱈ny, d哲le転it叩 pevnost a mrazuvzdornost Pou転it鱈: cihly, krytina
- 38. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky e) Technick叩 (elektrotechnick叩) keramika ada typ哲, v箪jimen辿 elektrick辿 vlastnosti, vysok叩 pevnost Pou転it鱈: elektrotechnika (dielektrika, piezokeramika, ferrity)
- 39. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky f) Oxidov叩 keramika T辿m ist辿 転叩ruvzdorn辿 oxidy (Al2O3, BeO, MgO, ZrO2, ThO2), speci叩ln鱈 postupy v箪roby Vlastnosti: extr辿mn vysok辿 mechanick辿 pevnosti, 転叩rovzdornost (max. teplota pou転it鱈 ThO2 2700属C), vysok叩 tvrdost, chemick叩 odolnost Pou転it鱈: nejb転nj邸鱈 slinut箪 korund, konstrukn鱈 materi叩ly pro vysok辿 teploty, pl叩tky pro obr叩bn鱈 kov哲, izol叩tory zapalovac鱈ch sv鱈ek
- 40. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Hlavn鱈 druhy keramiky g) 貼叩ruvzdorn叩 keramika pro pr哲myslov辿 pece Typick叩 hrubozrnn叩 struktura, kombinace 転叩ruvzdorn箪ch oxid哲 z p鱈rodn鱈ch surovin Hlavn鱈 typy: Dinas - t辿m ist箪 SiO2 z kemenc哲 amot - hlavn mullit (3 Al2O3 . 2 SiO2) z j鱈l哲 Sillimanit - mullit ze sillimanitu "Magnezit" - MgO z p鱈rodn鱈ho magnezitu Chrommagnezit - MgO, Cr2O3, Al2O3 z chromitu a magnezitu Zirkonsilik叩t - taven辿 materi叩ly se ZrO2, SiO2, (Al2O3) Vlastnosti: 転叩rovzdornost, dobr叩 a転 v箪born叩 mechanick叩 pevnost, r哲zn叩 tepeln叩 vodivost a porozita (podle 炭elu) Pou転it鱈: stavba pec鱈 v hutnictv鱈, skl叩stv鱈, v箪rob keramiky a maltovin
- 41. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Rozsah pou転itelnosti keramiky 1 - 邸amot, 4,5 - dinas, 2 - sillimanit, 6 - magnezit 3 - chrommagnezit,
- 42. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Neoxidov叩 転叩rovzdorn叩 keramika Karbid kem鱈ku a nitrid kem鱈ku, karbid b坦ru a nitrid b坦ru jsou nejd哲le転itj邸鱈mi z叩stupci tzv. neoxidov辿 keramiky. Neoxidov叩 keramika je chemicky velmi st叩l叩 za vysok箪ch teplot. V箪jimkou je 邸patn叩 odolnost proti oxidan鱈 atmosf辿e, v ostatn鱈ch smrech je jejich chemick叩 odolnost vynikaj鱈c鱈. Materi叩ly obsahuj鱈c鱈 sloueniny kem鱈ku mohou b箪t do 1600oC pou転ity i v oxidan鱈 atmosf辿e, d鱈ky vytv叩en辿 pasivan鱈 vrstv SiO2 na jejich povrchu. Pro technick辿 pou転it鱈 jsou zvl叩邸t d哲le転it辿 jejich mechanick辿 vlastnosti, vysok叩 pevnost a tvrdost, ve kter箪ch pevy邸uj鱈 vlastnosti oxidov辿 keramiky, zejm辿na pi teplot叩ch nad 1000oC. SiC Si3N4 B4C BN
- 43. www.kch.tul.cz TVRD MATERILY Katedra chemie FP TUL | Tvrd辿 materi叩ly , kter辿 se pou転鱈vaj鱈 v technick辿 praxi m哲転eme rozdlit na a synteticky pipravovan辿 p鱈rodn鱈 materi叩ly Synteticky je pipravov叩n uml箪 diamant a korund a pedev邸鱈m karbidy, boridy, nitridy a silicidy kov哲
- 44. Tvrdost materi叩l哲 Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Tvrdost kov哲 je mechanick叩 vlastnost materi叩lu, vyjaduj鱈c鱈 odpor proti vnik叩n鱈 (zku邸ebn鱈ho) tlesa do povrchu. M鱈 se p鱈stroji zvan箪mi tvrdomry. Hodnoty tvrdosti jsou bu bez jednotek, nebo maj鱈 jednotku MPa. Zkou邸ky tvrdosti rozdlujeme na zkou邸ky vrypov辿, vnikac鱈 a odrazov辿. B転n辿 zku邸ebn鱈 metody: Vickers vtlaov叩n鱈 diamantov辿ho jehlanu s vrcholov箪m 炭hlem 136属 pedepsanou silou, m鱈 se velikost 炭hlop鱈ky vznikl辿ho d哲lku. Rockwell vtlaov叩n鱈 diamantov辿ho ku転ele s vrcholov箪m 炭hlem 120属 nebo kuliky o pr哲mru 1/16 pedepsanou silou do povrchu. M鱈 se trval叩 hloubka vtisku. Brinell vtlaov叩n鱈 kuliek o r哲zn辿m pr哲mru pedepsanou silou do povrchu. M鱈 se pr哲mr vtisku.
- 45. Tvrdost materi叩l哲 www.kch.tul.cz Tvrdost materi叩l哲 souvis鱈 s vazebn箪mi silami v materi叩lu Katedra chemie FP TUL | 鱈m jsou stavebn鱈 叩stice bl鱈転 k sob (vy邸邸鱈 energie vazby) a 鱈m je struktura materi叩lu hust邸鱈 Diamant Kemen
- 46. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Tvrdost materi叩l哲 Mohsova stupnice tvrdosti vyjaduje schopnost jednoho materi叩lu r箪pat do druh辿ho. Byla vytvoena nmeck箪m mineralogem Friedrichem Mohsem a slou転鱈 pro uren鱈 tvrdosti l叩tek. Stupnice nen鱈 rovnomrn叩. 1800 diamant 1600 1400 1200 1000 800 apatit 600 korund 400 fluorit topaz kemen 200 v叩penec 0 mastek 1 2 3 4 5 6 s哲l kamenn叩 7 8 9 10 転ivec
- 47. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Karbid kem鱈ku byl objeven n叩hodn v roce 1891 a oznaen n叩zvem carborundum, podle toho, 転e jeho tvrdost v Mohsov stupnici 9,5 le転鱈 mezi tvrdost鱈 C carbon (diamant) a Al2O3 corundum. Pr哲myslov se vyr叩b鱈 reakc鱈 velmi ist辿ho kemenn辿ho p鱈sku s uhl鱈kem (koksem nebo antracitem) v elektrick辿 odporov辿 peci (2200-2400oC) SiO2 + 3 C = SiC + 2 CO. Technick辿 vyu転it鱈 pro SiC bylo p哲vodn jako vynikaj鱈c鱈 brusivo, d鱈ky jeho tvrdosti a tak辿 zvl叩邸tn鱈 l叩mavosti pi kter辿 vznikaj鱈 velmi ostr辿 ezn辿 hrany. Mo転nosti jeho vyu転it鱈 jsou v邸ak mnohem 邸ir邸鱈. I pes pomrn vysokou cenu m叩 karbid kem鱈ku v箪znam jako 転叩ruvzdorn箪 v箪robek, k rozkladu doch叩z鱈 teprve pi 2700oC, piem転 se vyu転鱈v叩 jeho vynikaj鱈c鱈ch vlastnost鱈, jako vysok辿 tepeln辿 vodivosti, tvrdosti a mechanick辿 pevnosti.
- 48. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 49. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Karbid kem鱈ku Pou転鱈v叩 se v pec鱈ch pro destilaci zinku a pro v箪robu pouzder a vypalovac鱈ch pom哲cek v keramick辿m pr哲myslu a pi v箪rob ocel鱈. Cihly z karbidu (karborundov辿 cihly) jsou pojeny j鱈lem nebo nitridem kem鱈ku Si3N4. Budoucnost keramiky z karbidu kem鱈ku se oek叩v叩 v jej鱈m pou転it鱈 pi v箪rob teplotn vysoce nam叩han箪ch 叩st鱈 stroj哲 a za鱈zen鱈, jako v plynov箪ch turb鱈n叩ch a vzntov箪ch motorech. D鱈ly mohou bez chlazen鱈 pracovat a転 do teploty 1400oC a jsou o 60% leh鱈 jako vysokoteplotn鱈 slitiny z kov哲.
- 50. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Nitrid kem鱈ku Nitrid kem鱈ku m叩 pi pou転it鱈 na keramiku podobn辿 vlastnosti jako karbid kem鱈ku a m哲転e b箪t pou転it ve stejn箪ch oborech. Pr叩邸ek Si3N4 se vyr叩b鱈 termicky reakc鱈 element叩rn鱈ho kem鱈ku s plynn箪m dus鱈kem pi 1200-1400 oC, 3 Si + 2 N2 = Si3N4
- 51. Karbid b坦ru Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Karbid b坦ru se vyr叩b鱈 rozkladem oxidu borit辿ho uhl鱈kem v elektrick辿 odporov辿 peci pi 2400 oC, 2 B2O3 + 7 C = B4C + 6 CO. Karbid b坦ru vznikaj鱈c鱈 t鱈mto procesem je tvoen hrub箪mi tvrd箪mi zrny a je vhodn箪 pro pou転it鱈 v brusn箪ch prostedc鱈ch a jako v箪choz鱈 materi叩l pro v箪robu kovov箪ch borid哲. Jemn箪 disperzn鱈 prach karbidu b坦ru se z鱈sk叩v叩 reakc鱈 oxidu borit辿ho s ho鱈kem nebo hlin鱈kem za p鱈tomnosti uhl鱈ku. Tento se zpracov叩v叩 na keramick辿 v箪robky, kter辿 nach叩zej鱈 pou転it鱈 pi v箪rob panc辿ov箪ch desek a ochrann箪ch 邸t鱈tech bojov箪ch letadel, nebo v jadern箪ch elektr叩rn叩ch jako st鱈nic鱈 materi叩l pro neutrony. Jako zaj鱈mavost: karbid boru a borid beryllia byly zji邸tny jako nej炭innj邸鱈 materi叩ly v nepr哲steln箪ch vest叩ch.
- 52. Nitrid b坦ru Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Nitrid b坦ru existuje jako hexagon叩ln鱈 modifikace s krystalovou strukturou podobnou grafitu a jako kubick叩 modifikace se strukturou diamantu. Hexagon叩ln鱈 nitrid b坦ru BN, m叩 vlastnosti podobn辿 grafitu a pou転鱈v叩 se jako vysokoteplotn鱈 mazivo nebo rozpojovac鱈 prostedek pi lit鱈 kov哲 (je v邸ak elektricky nevodiv箪!). Tavic鱈 tygl鱈ky z tohoto nitridu boru se pou転鱈vaj鱈 pro vysoce ist辿 kovy nebo polovodie a jako 転叩ruvzdorn辿 vylo転en鱈 plazmov箪ch ho叩k哲, raketov箪ch trysek a spalovac鱈ch komor. Kubick箪 nitrid b坦ru (Borazon) se vyr叩b鱈 z hexagon叩ln鱈ho BN vysokotlakou synt辿zou pi 5000 a転 9000 MPa a 1500 a転 2200oC. Kubick箪 nitrid boru je po diamantu nejtvrd邸鱈 zn叩mou l叩tkou. Pou転鱈v叩 se jako brusn箪 prostedek, kde vzhledem ke sv辿 lep邸鱈 chemick辿 st叩losti pi vysok箪ch teplot叩ch m哲転e nahradit diamant.
- 53. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Slinut辿 karbidy, nitridy, boridy a silicidy Technicky d哲le転it辿 tvrd辿 hmoty se daj鱈 rozdlit do dvou skupin, na kovov辿 a nekovov辿. Do nekovov箪ch tvrd箪ch hmot zahrnujeme diamant, korund (Al2O3) a ostatn鱈 tvrd辿 materi叩ly jako karbid kem鱈ku a karbid b坦ru, kter辿 byly uvedeny v pedchoz鱈 叩sti. N叩sleduj鱈c鱈 叩st uv叩d鱈 karbidy, nitridy, boridy a silicidy kov哲. Podle vyr叩bn辿ho mno転stv鱈, jsou z t辿to skupiny l叩tek nejd哲le転itj邸鱈 karbid wolframu WC (odhadovan叩 svtov叩 produkce 18 000 t) a karbid titanu TiC (1 500 t). Vyr叩bn叩 mno転stv鱈 ostatn鱈ch slinut箪ch karbid哲 jsou men邸鱈 ne転 mno転stv鱈 karbidu titanu.
- 54. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Slinut辿 materi叩ly Slinut辿 materi叩ly jsou slitiny sestaven辿 z velmi tvrd箪ch a vysokotaj鱈c鱈ch kovov箪ch karbid哲, pojen箪ch n鱈転etaj鱈c鱈mi kovy skupiny 転eleza, pedev邸鱈m kobaltem. K v箪rob slinut箪ch materi叩l哲 se pou転鱈vaj鱈 postupy pr叩邸kov辿 metalurgie, kter辿 jsou obdobn辿 keramick箪m postup哲m. Nejd鱈ve se mokr箪m mlet鱈m v kulov箪ch ml箪nech vyrob鱈 jemn叩 disperze karbidu s pojivou kovovou f叩z鱈. Po oddlen鱈 mlec鱈 kapaliny n叩sleduje vakuov辿 su邸en鱈 a vylisov叩n鱈 tvaru. V箪lisek se poprv辿 slinuje pi 900 a転 1150oC, materi叩l se opracuje a konen辿 slinov叩n鱈 prob鱈h叩 pi 1400 a転 1700oC, za velmi n鱈zk辿ho tlaku a ve vod鱈kov辿 atmosf辿e.
- 55. Karbidy kov哲 Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Karbid wolframu, WC je technicky nejd哲le転itj邸鱈m kovov箪m karbidem. Hlavn鱈 pou転it鱈 WC je ve slinut箪ch materi叩lech (tvrdokovech), kter辿 se pou転鱈vaj鱈 pi obr叩bn鱈 kov哲. Pro speci叩ln鱈 pou転it鱈 se v mal箪ch mno転stv鱈ch vyr叩bj鱈 je邸t karbidy zirkonia ZrC, hafnia HfC, vanadu VC, tantalu TaC, niobu NbC, chromu Cr3C2 a molybdenu Mo2C. Karbid tantalu TaC m叩 technick箪 v箪znam jako slinut箪 karbid v ezn箪ch materi叩lech ve smsi s jin箪mi karbidy.
- 56. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Karbidy kov哲 Karbid titanu, TiC se vyr叩b鱈 z ist辿ho TiO2 a saz鱈 v indukn鱈 peci pi 2000 a転 2200oC. Karbid titanu m叩 ze v邸ech kovov箪ch karbid哲 nejvt邸鱈 tvrdost, ale samotn箪 se pou転鱈v叩 jen m叩lo, proto転e je p鱈li邸 kehk箪. Jeho hlavn鱈 pou転it鱈 je proto pro tvrdokovy (slinut辿 karbidy). ezn辿 materi叩ly jsou slinut辿 karbidy soustavy WC-Co a jsou ureny k obr叩bn鱈 litiny, mdi a jej鱈ch slitin, hlin鱈ku a jeho slitin, plastick箪ch hmot a skla. Slinut辿 karbidy soustavy WC-TiC-Co se pou転鱈v叩 k obr叩bn鱈 ocel鱈, v t辿to soustav se vedle TiC pou転鱈v叩 TaC, WC-TiC-TaC-Co. Objem kobaltu je podle slo転en鱈 a pou転it鱈 od 4 do 20%.
- 57. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Nitridy kov哲 Nitridy kov哲 jsou ze stejn箪ch kov哲 jako pedchoz鱈 karbidy (TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN, CrN, Cr2N, Mo2N, W2N) a maj鱈 rovn転 podobn辿 vlastnosti jako odpov鱈daj鱈c鱈 karbidy. Jejich ekonomick箪 v箪znam je men邸鱈. Mal叩 technick叩 vyu転itelnost nitrid哲 je tak辿 zp哲sobena jejich 邸patnou sm叩ivost鱈 kovy skupiny 転eleza (kobaltem), kter叩 zt転uje v箪robu slinut箪ch materi叩l哲. Vyu転鱈vaj鱈 se jen nkter辿 speci叩ln鱈 vlastnosti, nap. lanthanu a yttria jako supravodie s vysokou kritickou teplotou (35 K, event. 93 K).
- 58. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Boridy kov哲 Boridy kov哲 lze rovn転 pipravit ze stejn箪ch kov哲 jako karbidy. Boridy se vyznauj鱈 vysok箪mi body t叩n鱈 (i pes 3000oC), dobrou elektrickou vodivost鱈 a chemickou st叩lost鱈, jsou ale t転ko opracovateln辿. Jejich 邸ir邸鱈mu vyu転it鱈 br叩n鱈 tak辿 to, 転e se nedaj鱈 zpracovat jako karbidy spojuj鱈c鱈m kovem na slinut辿 materi叩ly. Technicky se vyu転鱈vaj鱈 pouze borid titanu TiB2 a boridy chromu CrB a CrB2 a to jako materi叩l na turb鱈nov辿 lopatky, vnitn鱈 povrchy spalovac鱈ch komor, raketov箪ch trysek a odtavovac鱈ch 邸t鱈t哲.
- 59. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Silicidy kov哲 Silicidy kov哲 lze rovn転 pipravit ze stejn箪ch kov哲 jako karbidy nebo nitridy. Maj鱈 ni転邸鱈 teplotu t叩n鱈, ni転邸鱈 tvrdost a nav鱈c jsou je邸t velmi kehk辿 a nehod鱈 se proto do slinut箪ch materi叩l哲. Maj鱈 nejmen邸鱈 technick辿 vyu転it鱈. Maj鱈 vysokou chemickou st叩lost nap. proti oxidaci. Z disilicidu molybdenu MoSi2 se zhotovuj鱈 elektrick辿 topn辿 dr叩ty se kter箪mi je mo転no pracovat na vzduchu a転 do teploty 1600oC.
- 60. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz P鱈rodn鱈 tvrd辿 materi叩ly Diamant nejtvrd邸鱈 p鱈rodn鱈 materi叩l, vyr叩b鱈 se i umle z grafitu za vysok箪ch tlak哲. Pro technick辿 炭ely se pou転鱈v叩 jako brusivo i le邸tivo pro tvrd邸鱈 materi叩ly (opracov叩n鱈 drah箪ch kamen哲, skel).
- 61. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 62. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 63. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 64. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 65. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 66. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz
- 67. P鱈rodn鱈 tvrd辿 materi叩ly Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz Korund Al2O3 druh箪 nejtvrd邸鱈 p鱈rodn鱈 materi叩l, vyr叩b鱈 se t辿転 umle Vt邸鱈 krystaly erven辿 rub鱈ny, modr辿 saf鱈ry se pou転鱈vaj鱈 jako drah辿 kameny Jako brusivo se pou転鱈v叩 tmav箪 smirek
- 68. Katedra chemie FP TUL | www.kch.tul.cz P鱈邸t鱈 pedn叩邸ka