• Kerámiai iparok • Fogyasztói: építőipar, híradástechnika, kohászat, fémmegmunkálás
• Aluminoszilikátok, több komponensű rendszerek
• Durva- (tégla, cserép), finomkerámia (porcelán), oxidkerámia (félvezetők, ferritek), fémkerámia
• Építőipari kötőanyagok • Mész, cement, beton
• Üvegipar zománcipar
• Síküveg, öblösüveg, hőálló üveg, vegyipari készülékek
Dr. Pátzay György 1
Csoport
Jell. képviselő
Tulajdonság, jellemző
Felhasználás
Szilikátok:
Porcelán (kaolin, földpát, kvarc
alkáli-alumínium-szilikát)
hagyományos dísz és ipari kerámia,
hálózati szigetelő
Szteatit
(magnézium-szilikát) nagyfrekv. szigetelő, ellenállás-hordozó
Oxid-
kerámiák:
Korund: Al2O3 jó vill szigetelő, hőálló, jó hővezető,
szövetbarát
MCM hordozó, nagyfrekv. szigetelő,
implantátum
BeO:
jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető nagyfrekv. szigetelő, hordozó
ZrO2 Hőálló, ionvezető tűzálló anyag, oxigén szenzor
Titanátok:
TiO2
magas dielektromos állandó I. tip. kondenzátor
BaTiO3 nagyon magas dielektromos állandó,
ferroelektromos, piezoelektromos
II. tip. kondenzátor
piezoelektromos elemek
Nitridek:
Si3N4, AlN,
BN
jó vill szigetelő, hőálló, nagyon jó hővezető, jó
mechanikai tul.
nagyfrekv. szigetelő, hordozó, gyémánt
helyettesítés
Karbidok:
SiC, jó mechanikai tul., félvezető, hőálló varisztor, kék LED, fűtőellenállás
WC B4C jó mechanikai tul. atomreaktor
Ferritek
lágy és kemény mágnesek
Szupra-
vezetők
YBa2Cu3O7-x
MgB2
Tc 100K
Dr. Pátzay György 2
Szilikátipar alapanyagai • Agyag (aluminoszilikát)
- vízzel összegyúrva képlékeny, száradáskor és kiégetéskor alakját
megtartja
• SiO2 kvarchomok, homokkő (soványítja, képlékennyé teszi a kerámiát)
• Földpát (kálium-aluminoszilikát) - tömörré teszi a kerámiát
• Mészkő, márga, magnezit, dolomit - kalcium- és magnéziumkarbonátok
- porozitást növelik
Dr. Pátzay György 3
Dr. Pátzay György 4
Agyag Szárazon kemény, repedezett, nedvesen jól gyúrható, formázható anyag. Jellemző tulajdonsága a nagyarányú vízfelvevő képesség. Egyes agyagok akár 300% vizet is képesek tárolni. Összetételükről elmondható, hogy 0,002 mm-nél kisebb kőzetmálladék alkotja, fizikai tulajdonságukat azonban döntően befolyásolják az agyagásványok (illit, montmorillonit, kaolinit).
Térfogatváltozása (montmorillonit), képlékenységének mértéke (illit), vízáteresztő képessége az agyagásványok típusától, mennyiségétől valamint kicserélhető kationjaitól (pl.: a kálcium morzsalékossá, vízáteresztővé teszi az agyagot) függ.
Kaolinit szerkezete o Oxigén; " Hidroxil; o Tetraéderesen koordinált szilícium; ● Alumínium oktaéderesen koordinált
Kaolinit SEM felvétele
Dr. Pátzay György 5
A CaO-SiO2-Al2O3 terner rendszer olvadáspont diagramja
Dr. Pátzay György 6
Kerámia fajták
Pórusos szövetű gyártm. Tömör szövetű gyártm.
Az anyag
sárga v.
vörös
Az anyag
sárga v.
vörös
Az anyag
fehér
Az anyag
nem fehér
Az anyag
nem fehér
Az anyag
fehér
Máz nélkül Mázzal
bevonva
Átlátszó
vagy
színes máz
Máz nélkül
Mázzal
bevonva
Tégla, cserép
Tűzálló építőanyag
Kályha-csempe, majolika
Kőedény-fajansz
Klinker, keramit, saválló burkoló
Kőagyag csatornák
porcelán
Dr. Pátzay György 7
Tradicionális kerámiák Korszerű kerámiák
Agyagtárgyak Elektromos szigetelők
Fazekas termékek Mágneses ferritek
Fehér termékek Optikai, lámpák
Agyag, földpát és kvarc alapú Kémiai célú edények, eszközök
kőedény Hőálló alkatrészek
üvegkerámia Mechanikai, vágó, megmunkáló szerszámok
háztartási porcelán Biológiai, implantátumok
ipari porcelán Nukleáris üzemanyag pasztillák
műszaki kerámiák
Kerámiák csoportosítása alapanyag és felhasználás szerint
Dr. Pátzay György 8
Leggyakoribb kerámia termékek
• Fali és padlócsempék
• Tégla és cserép
• Háztartási asztali és főzőedények
• Hőálló termékek
• Higiéniai termékek
• Technikai kerámiák
• Mázas kőagyag csövek
• Nagyméretű agyag termékek
• Szervetlen bevonatok
Dr. Pátzay György 9
Mázak
A kerámiák felületére adott esetben mázat visznek fel, aminek gyakorlati és
esztétikai szerepe is lehet.
A mázak sima, egyenletes felületet adnak, ami lehet matt vagy fényes,
szerkezetüket tekintve az üvegre emlékeztetnek, de olvadt állapotban nagyobb
viszkozitásúak. Erősen tapadnak a kerámia alaphoz.
A mázok prekurzorait alkotórészeikből és vízből golyós malomban végzett
őrléssel állítják elő, ekkor tejszerű homogén szuszpenziót kapnak, amit fel kell
vinni a részlegesen kiégetett kerámia tárgyak felületére. A máz szuszpenziókat
a kerámiákra bemerítéssel vagy szórással viszik fel.
Kiégetésük 600-1500oC között történhet, függően a készülő tárgy funkciójától
és elvárt tulajdonságaitól. A mázakkal a felületet ellenállóvá tehetjük korrózív
folyadékokkal szemben, kialakíthatók félvezető mázak is.
A mázak alkotó anyagai: SiO2, B2O3, Al2O3, ZnO, PbO, PbO2, Na2O, CaO,
MgO, BaO, SrO, K2O, Rb2O, Cs2O, Li2O.
Dr. Pátzay György 10
Kerámiák gyártástechnológiája • Aprítás, őrlés: szemcseméret csökkentése, homogenizálás
• Formázás: nedves és száraz sajtolás, korongozás
• Szárítás: természetes, mesterséges, hőigényes,
közben zsugorodás
• Égetés: kémiai és fizikai folyamatok
fontos paraméterek: felfűtés sebessége, égetés hőmérséklete, ideje, lehűtés módja,
A kemencék lehetnek szakaszos és folytonos működésűek, gáz, olaj, fa tüzelésűek vagy elektromos fűtésűek.
Égetési hőmérsékletek
» tégla 920-1000oC
» kőedény 1100-1250oC
» kőagyag, keramit 1200-1350oC
» porcelán 1250-1450oC
» tűzálló anyagok 1300-1700oC
Dr. Pátzay György 11
Kerámiaipari műveletek hatása a szerkezetre
Előkészítés, keverés formázás szárítás égetés
Dr. Pátzay György 12
Dr. Pátzay György
Aprító, törő szerkezetek
Dr. Pátzay György 13
Építőipari kötőanyagok
A kötőanyagok kémiai és fizikai folyamatokban pépes vagy folyékony állapotból
szilárd állapotúvá válnak és a beléjük kevert szilárd anyagokat
összeragasztják.
Csoportosítási lehetőségek:
• eredet szerint
- természetes (agyag, bitumen)
- mesterséges (cement, mész, gipsz)
• anyagi minőség szerint
- ásványi (agyag, mész, cement)
- szerves (bitumen, enyv, gyanta)
• halmazállapot szerint
- folyékony (vízüveg)
- szilárd (cement)
• kötés mechanizmus szerint
- hidraulikus (cement)-víz alatt köt
- nem hidraulikus (mész, gipsz)-víz alatt nem köt
Dr. Pátzay György 14
• Mész
égetés CaCO3 CaO + CO2
oltás CaO + H2O Ca(OH)2
kötés Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O
• Gipsz
CaSO4 2 H2O CaSO4 anhidrit + 2 H2O 180-200oC
• Cement
Alapanyag: agyag és mészkő
Műveletek: őrlés és égetés 1100-1450oC
Szilárdulás, kötés: hidrolízis és hidratáció
• Beton: cement+kavics+acél nagy nyomószilárdság+ jó húzószilárdság
Dr. Pátzay György 15
A mész, mészhabarcs
Dr. Pátzay György 16
A kalciumkarbonát termikus
bomlási reakciója
Szemcseméret csökkenés af
Dr. Pátzay György 17
a) Tüzelőanyag;
b) Égést tápláló levegő;
c) Hűtő levegő;
d) Lándzsák;
e) Kereszt járat;
f) 1. akna;
g) 2. akna
Párhuzamos áramlásos regeneratív
kemence
Dr. Pátzay György 18
Forgó mészégető
kemence
A hőhasznosítás hatásfoka döntő a
gazdaságosság szempontjából,
hőcserélők beépítése
Felhasználás: vas és acélgyártás,
építés, talajjavítás, Ca-karbid előállítás
Dr. Pátzay György 19
a) Égő;
b) Levegő;
c) Előmelegítő;
d) Kemence;
e) Hűtő
Égető kemence
mozgatható kocsival
Görgős égető kemence
Dr. Pátzay György 20
Gipsz CaSO4*2H2O gipsz, CaSO4 anhidrit
120 oC CaSO4*2H2O CaSO4*0,5H2O + 1,5H2O
180-200 oC CaSO4 képződik oldódó anhidrit
400-750 oC CaSO4 képződik nem oldódó anhidrit
800 oC CaSO4 képződik oldódó anhidrit
Dr. Pátzay György 21
Építési gipsz felhasználása
Gipszkarton gyártása
Gipszkarton típusok
Dr. Pátzay György 22
Magnézia (Sorel) cement
MgCl2 Mg(OH)2 MgO(OH))
sok kevés
A kötés során eltérő összetételű MgOxCly keletkezik.
Hiroszkópos!
Töltőanyagokkal melegpadló készítésre használható. A
felületetolajozással, parafinozással védeni kell!
Dr. Pátzay György 23
Hidraulikus kötőanyagok
Szilikát (portland) cement
~ 2/3 rész CaO
~ ¼ rész SiO2
~ 4-7% Al2O3
~ 2-4 % Fe2O3
~ 1% MgO elegye
Nyersanyagok: agyag, mészkő,
márgák, pirit, dolomit
Előállítás:
- előkészítés: őrlés, homogenizálás, vas adagolása
- égetés ~ 1200 0C
- száradás
- hidrátvíz elvesztés 500-700 0C
- CaCO3 bomlik 800-1100 0C
- a CaO reagál a SiO2-dal, Al2O3 –dal Fe2O3-dal 1100-1200 0C
- az agyag egy része olvad, dermedéskor magas CaO tartalmú szilikátelegy
válik ki --klinker
- gipszkő agadolás ~ 1,5 %
- őrlés, érlelés cement
Bauxitcement (aluminátcement):
Az 1930-as években gyártott cementféleséget sokáig a
portlandcementtel azonos módon használták. E cement
gyorsabb kötési ideje és nagyobb kezdeti szilárdsága
miatt volt nagyon kedvelt. Azonban a megszilárdult
bauxitcement szerkezete instabil, idővel
átkristályosodik, szilárdsága lényegesen csökken.
Bauxitbetonból készült épületeinkkel komoly statikai
problémák léptek fel, olyannyira, hogy egyesek
bontásra szorultak. Az ötvenes évek közepén a további
problémák elkerülése végett a bauxitbeton
alkalmazását rendeletileg tiltották meg.
Dr. Pátzay György 24
Cement
Dr. Pátzay György 25
Dr. Pátzay György 26
A rendszerváltás után öt cementgyár üzemelt hazánkban. A lábatlani és a hejőcsabai a svájciaké, a beremendi és a Dunai Cement- és Mészmű váci üzeme a németeké lett (utóbbi kettő Duna-Dráva Cement Kft. néven egyesült), illetve 2011 júliusa óta működik Királyegyházán a Lafarge S.A. üzeme.
Néhány jellemző klinerképződési
reakció
Dr. Pátzay György 27
Dr. Pátzay György 28
Portlandcement főbb komponensei Komponens mennyiség megjegyzés
C3S 50% nagyon reaktív, magas hidratációs hő, korai szilárdság
C2S 25% kis hidratációs hő, lassú reakciók
C3A 10% magas hidratációs hő, szulfát károsítja
C4AF 10%
Gipsz 5% a cement kötését szabályozza
ASTM portland cement típusok I. Típus általános felhasználásra II. Típus közepes hidratációs hő, szulfátálló (C3A<8%), általános
építés, tengervizes közegben III. Típus magas korai szilárdság (C3A<15%),biztonsági javításokhoz,
téli építkezésekhez, előregyártott elemekhez IV. Típus alacsony hidratációs hő (C3S<35%, C3A<7%, C2S>40%),
tömegfelhasználás V. Típus szulfátálló (C3A<5%) szulfátos talajokban, csatornákhoz
a) Porozitás;
b) Kalcium szilikát hidrát, hosszú
szálak;
c) Kalcium szilikát hidrát, rövid
szálak;
d) Kalcium hidroxid;
e) Kalcium aluminát hidrát,
vas(III)oxid tartalommal;
f) Monoszulfát;
g) Triszulfát
Portlandcement szilárdulási folyamata
Dr. Pátzay György 29
Dr. Pátzay György 30
Kristályos
szilikát por
Üvegszerű, ~70%-a a
cementnek
kristályos
A cement egy kompozit anyag, üvegszerű és kristályos fázisok heterogén elegyben.
Dr. Pátzay György 31
Portlandcementek szabványos jelölése (Dr. Révay Miklós és Urbán Ferenc nyomán)
pl.: CEM II/A-S 32,5 N CEM jelölés utal az európai szabványok szerinti minőségű cementre, az ezt követő szám pedig
összetételére: I. homogén cementek, amelyek gyakorlatilag teljes mennyiségben őrölt portlandcement
klinkerből állnak. II. heterogén cementek, melyekben a portlandcement klinkeren kívül más a szilárdulás
szempontjából hasznos anyag is található. A következő betű a cementbe a klinkeren kívül adagolt anyag mennyiségére utal: A 5-20 % B 20-35 % A kötőjel utáni betű ezen anyag fajtáját jelzi: S Kohósalak V Pernye P Trassz vagy puccolán L Mészkőliszt M Kompozit vagy multikompozit cement A CEM jelölés utáni további római számok az alábbi összetételt jelzik: III. Kohósalak cement
A következő két betű a kohósalak mennyiségére utal: A 36-65 % B 66-80 %
Dr. Pátzay György 32
IV. Puccolán cement A következő két betű a kiegészítő anyag (trasz, pernye) mennyiségére utal:
A 11-35 % B 36-55 % V. Kompozit cementek
A betűk után a cement három szilárdsági osztályára utaló szám következik. Végül az utolsó betű a szilárdulás ütemére utal.
R gyorsan szilárduló „rapid” cement N normál szilárdulású cement
Betonjelzések: C 12-32/FN
C- normál beton (2001-2500 kg/m3)
12- nyomószilárdság 12 N/mm2
32- legnagyobb szemcsenagyság
FN- földnedves
Dr. Pátzay György 33
A szilárdságért felelős
Különleges tulajdonságok
Dr. Pátzay György 34
Dr. Pátzay György 35
Klinker kemence rácsos előmelegítő - hűtővel
Dr. Pátzay György 36
a) Tablettázó;
b) Köztes porgyűjtő;
c) Szárító kamra;
d) Forró kamra;
e) Rács;
f) Forgó kemence;
g) Égő;
h) Rácsos hűtő;
i) Klinker szalag
Cementgyártás folyamata
Dr. Pátzay György 37
A fajlagos energiafogyasztás változása a cementgyártásban
Németországban
Dr. Pátzay György 38
Dr. Pátzay György 39
A bitumen az ásványolaj lepárlásából visszamaradó, nagy molekulatömegű, fekete színű, termoplasztikus kötőanyag. Melegre lágyul, illetve folyékonnyá válik. Kémiailag közömbös, víz, híg savak és lúgok szobahőmérsékleten nem oldják, a salétromsavval már szobahőmérsékleten is reakcióba lép. Szerves oldószerek (benzin, gázolaj, petróleum, benzol, stb.), állati és növényi zsírok viszont lágyulását okozhatják. A kátrány szén és fa lepárlása során keletkező fekete színű, erős szagú anyag. Az útépítésben és a szigetelésben ugyan az a szerepe mint a bitumennek. Az aszfalt adalékanyag és bitumen kötőanyagból készített pályaszerkezeti réteg. Aszfaltbeton, a kötőanyag a levegő oxigénjének hatására (főképpen ha napsütés is éri az aszfaltot) a bitumen felső rétege lassan megkeményedik, öregedik. A bitumen összetétele: ► kolloid diszperz rendszer A rendszer folyékony része a telített aromás, gyantás maltén, melyben finom frakciójú aszfaltén diszpergálódott. Az aszfaltén a bitumen „váza”.
Kátrány, szurok, kőszénkátrány A kátrány egy folyékony, vagy félszilárd, mélyfekete vagy barna termék, amely kőszén, barnaszén, fa, tőzeg és más fosszilis tüzelőanyag szárazpárlásával keletkezik és első sorban szénhidrogén keverékekből áll. A vegyi összetétel a származási fajtától függően eltérő (pl. kőszén-kátrány).A szurok a kátrány desztillációjának maradványából, vagy a szerves anyagok (pl. kőszén, barnaszén, fa) desztillációja során közvetlenül nyert félszilárd maradvány.
Dr. Pátzay György 40
A bitumen legfőbb fizikai tulajdonságai Lágyuláspont: az a hőmérséklet amelyen a bitumen nyomószilárdsága egy
meghatározott érték alá csökken. Győrűs-golyós módszerrel határozzák meg.
Penetráció: a bitumen konzisztenciáját jellemző tulajdonság. Mérőszáma 25 °C-on egy 100 g tömegő fém tű 5 s időtartam alatt, a bitumenbe történı behatolásának mélysége 0,1 mm-ben kifejezve.
Töréspont: a bitumen hideggel szembeni viselkedését jellemzi. Gyakorlatilag azt fejezi ki, hogy a bitumen milyen hőmérsékleten válik rideggé.
Duktilitás (nyújthatóság): a bitumen 25 °C-on mért nyújthatóságát kifejezı viszonyszám. Sűrűség: a bitumen sűrűsége 25 °C-on 1 t/m3 Tapadás: a bitumen adalékanyagokhoz történő tapadási képességét jellemző érték. Vizes
és poros felületek csökkentik a tapadási képességet.
Dr. Pátzay György 41
Durva és finomkerámiai anyagok
Tégla gyártás • Agyag + soványító anyag (homok,
kőzettörmelék)
• Nedves formázás
• Szárítás
• Égetés 950-1000 oC-on
Dr. Pátzay György 42
A 19. század utolsó éveiben csak Budapesten 12 téglagyár működött. Emléküket őrzi Feneketlen-tó, amely eredetileg egy téglagyár anyaggödre volt. Napjainkban is számos téglagyár működik hazánkban.
Kőagyag Égetés 1300-1400 oC-on Máza sómáz (NaCl szórás magas hőmérsékleten) Csatornacsövek, burkolólapokm vegyészeti kerámiák
Kőedény más néven porcelán-fajansz vagy fehércserép Finom agyag, kvarc, mészpát, földpát Égetés 1100-1300 oC-on Máza ólom-, bórtartalmú (második égetés 1000-1200 oC-on) Falburkoló csempe, egészségügyi berendezések, háztartási árúk. Porcelán Kaolin Magas hőmérsékletű égetés miatt zsugorodik, tömörödik Máza földpátból, mészpátból, kaolinból és kvarcból Ütésre cseng, kemény, részben hőálló Csak HF, meleg tömény H3PO4, meleg tömény lúgok támadják meg
Dr. Pátzay György 43
Üvegablakok a
Charles
katedrálisból
Fáraó fej, üvegbe
öntve
Dr. Pátzay György 44
Mi az üveg?
Az üveg megszilárdult folyadék,
aminek nem állt elegendő idő
arra, hogy kristályosodjon lehűtés
közben.
Dr. Pátzay György 45
Üvegipar Üveg olyan anyag, aminek energiatartalma a folyadék és kristályos állapot között van.
Üveg közelítő összetétele: R2O*R’O*6SiO2
ahol R és R’ lehet Ca, Mg, Al, B, Na, K, Fe, Pb, Mn
Nyersanyagok: kvarchomok, szóda, mészkőliszt, ólomoxid, bórsav, dolomit, timföld.
Üveggyártás folyamatai: keverés, olvasztás, formálás, hűtés, megmunkálás, hőkezelés-feszültségmentesítés
Formálás: fúvás, húzás, öntés, hengerlés, sajtolás.
Dr. Pátzay György 46
A magyarországi üveggyártás termékszerkezete az elmúlt években jelentősen átalakult, bár a legnagyobb volument képviselő termékcsoport az import behozatallal együtt változatlanul a síküveg. Építőipari síküveg gyártás lényegében csak a Guardian Orosháza Kft-nél, Orosházán zajlik. A gyár termelése megközelíti a 2,3 millió tonnát. A GUARDIAN Orosháza Kft. termelésében a magyar piac részesedése 30 %, a többi üveget külföldön értékesíti. A gyár a környező országokba szállítja a termelés 45 %-át, 25 %-a pedig nyugat-európai piacra kerül.
Dr. Pátzay György 47
1. Üvegképző oxidok: főkomponensek • SiO2, B2O3, P2O5, stb.
2. Ömlesztő anyagok: csökkentik az olvadási hőmérsékletet • Na2O, PbO, K2O, Li2O, stb..
3. Tulajdonság módosítók: módosítják a vegyszerállóságot, hőtágulást, viszkozitást stb. • CaO, Al2O3, stb.
4. Színezékek: oxidok 3d, 4f elektron szerkezettel; alkomponensek(<1 m%) 5. Tisztítóanyagok: alkomponensek (<1 m%) a buborékok eltávozását segítik elő
• As-, Sb-oxidok, KNO3, NaNO3, NaCl, fluoridok, szulfátok. Hatásuk kicsi a termék föbb jellemzőire, de elősegítik a tömeggyártást.
Batch olvadási folyamatok 1. Gázok kibocsátása
• CaCO3 → CaO + CO2↑ • 1 mol mészkőből: ∼37 cm3 CaO22,400 Ncm3 CO2
• keverő, homogenizáló hatásuk van 2. Folyadékfázis képződése
• a batch komponensek közvetlen olvadása • az eutektikus komponensek olvadása • az üvegtörmelék olvadása (meggyorsítja az olvadást)
Adalékanyagok
Dr. Pátzay György 48
3. Az olvadt komponensek elgőzölgése • Oxid (foly.) → Oxid (gáz) • Alkáli oxidok (Li<Na<K<Rb<Cs • Pb, B, P, halidoknakrelatiíve magas a gőznyomásuk
4. Tisztító reakciók: buborékok eltávolítása a) Felúszással b) Vegyi úton gázfejlesztő reakciókkalt • Arzén, antimon oxidok hatékonyak • 0.1-1.0 m% As2O3, Sb2O3; sorozatreakciók: • 4KNO3 + 2 As2O3 → K2O + 2 As2O5 + 4NO↑ + O2↑
(a keletkezett nagy gázbuborékok magukkal ragadják a kicsiket) • Növelve a hőmérsékletet redukció lép föl: • As2O5 → As2O3 + O2↑ több buborék • Csökkentve a hőmérsékletet fordított lesz a reakció: • As2O3 + O2 → As2O5 : az oxigén távozik • Mivel az As, Sb mérgező, egyéb hőfokfüggőtisztító reakciókat is alkalmaznak:
szulfitokat: 2SO3 ↔ 2SO2 + O2↑ Cérium-oxidot: 4CeO2 ↔ 2Ce2O3 + O2↑
Adalékanyagok • Olvasztást könnyítő: fluor, bór, arzénvegyületek • Tisztulás segítés: arzén-trioxid, nitrátok Fizikai tulajdonság, szín: PbO, CoO, F2O3, stb. • Színkialakítás oxidatív vagy reduktív viszonyok
között • „Színtelenítő” anyagok: mangán-, szelénvegyületek • Nagy törésmutató: ólomüveg • Opalizáló anyagok: fluor- és foszforvegyületek
Dr. Pátzay György 49
Dr. Pátzay György 50
Üveggyártás
Dr. Pátzay György 51
Sorg LoNOx olvasztókemence palacküveg előállításhoz
Dr. Pátzay György 52
a) Beadagolás; b) Lefújás c) Ellenfújás; d) Átbillentés talpára; e) Újrahevítés; f) Végső fújás belső hűtéssel; g) Kivétel
Palackfújás folyamata
Dr. Pátzay György 53
Üvegtermékek kialakítása
Centrifugálással Préseléssel
Préseléssel és fújással
Dr. Pátzay György 54
A Danner eljárás üvegcső előállítására
Dr. Pátzay György 55
Üvegszövet gyártása
a) Olvasztó tartály; b) Centrifúga fúvókákkal; c) Kötőanyag befújása; d) Üvegszövedék; e) Kötésképző kemence; f) Bárd; g) Termék
Dr. Pátzay György 56
Dr. Pátzay György 57
A Pilkington síküveg gyártási eljárás
a) Kemence; b) Olvasztott ón; c) Síkfürdő; d) Nitrogén-hidrogén elegy az ón oxidációjának megakadályozására; e) Kivezető nyílás; f) Hengerek
Dr. Pátzay György 58
Dr. Pátzay György 59
Táblaüveggyártás műveletei
Az üvegek színezésére használt fémvegyületek
Elem Ion Szín
Réz Cu2+ világoskék
Króm Cr3+ zöld
Cr6+ sárga
Mangán Mn3+ ibolya
Vas Fe3+ sárgás-barna
Fe2+ kékes-zöld
Kobalt Co2+ intenzív kék, borátüvegben rózsaszín
Co3+ zöld
Nikkel Ni2+ szürkés-barna, sárga, zöld, kék, ibolya az üvegtől függően
Vanádium V3+ zöld szilikát üvegben, barna borátüvegben
Titán Ti3+ ibolya redukáló körülmények között olvasztva
Neodímium Nd3+ vöröses ibolya
Szelén Se0 rózsaszín
Prazeodímium Pr3+ világos zöld
Dr. Pátzay György 60
Üvegfelhasználások megoszlása
Dr. Pátzay György 61
Zománcok
Kémiailag ellenálló üvegszerű bevonat.
Alapanyagok:
• Bórsav, bórax, földpát, szóda, salétrom, kvarc, folypát, kriolit, báriumkarbonát, agyag, kaolin
• Színező pigmentek
• Homályosító, átlátszatlanná tevő adalékok (fémoxidok, Sb2O3, TiO2, SnO2, CeO2, ZnO stb.)
Alapanyag összeolvasztása után őrlés.
Munkadarabra felvitel mártással (nedves szuszpenzió), vagy száraz szórással.
Ráolvasztás két rétegben: alap, fedőzománc.
Dr. Pátzay György 62
Félvezető anyagok előállítása:
Si lapok
A szilíciumot nagy tisztaságú kvarchomokból
állítják elő szénelektródos ívkemencében szenet,
aktívszenet vagy faszenet használva
redukálószerként 1900oC hőmérsékleten.
SiO2 + C → Si + CO2.
SiO2 + 2C → Si + 2CO.
A folyékony szilícium összegyűlik a kemence
alján, ez 98% tisztaságú. A benne lévő
szilíciumkarbid a következő reakcióval tüntethető
el:
2 SiC + SiO2 → 3 Si + 2 CO. 2005-ben ennek a kohászati minőségű
szilíciumnak $1.70/kg volt az ára.
Dr. Pátzay György 63
Si tisztítása: zónás olvasztás
A zónás olvasztás, amit zónás finomításnak is neveznek, volt az első ipari Si
tisztítási módszer. A szilícium rudakat egyik végüknél kezdődően
megolvasztják, ezután az olvasztókemence végighalad a rúd mentén úgy
hogy mindig egy keskeny rész van olvadt állapotban, amit elhagyott, az a Si
ismét megszilárdul. A szennyezések az olvadt régióban vannak végig, ily
módon összegyűlnek a rúd azon végében, amit legutoljára olvasztanak meg.
Ezt a részt levágják. Amennyiben a tisztaságot tovább kívánják növelni,
ismételt zónaolvasztást végeznek.
Dr. Pátzay György 64
A Si tisztítás kémiai eljárásai
A Siemens eljárásban nagy tisztaságú Si rudakat triklórszilánnal reagáltatnak 1150 °C-on. A triklórszilán elbomlik és lerakódik a rudakra: 2 HSiCl3 → Si + 2 HCl + SiCl4 Ez polikristályos Si, szennyezéseket ppb szinten tartalmaz. 2006-ban az REC beindított egy fluid ágyas technológiával működő üzemet ami szilánnal működik: 3SiCl4 + Si + 2H2 → 4HSiCl3
4HSiCl3 → 3SiCl4 + SiH4
SiH4 → Si + 2H2
Dr. Pátzay György 65
A Si kristályosítása
A Czochralski eljárás szolgál félvezető egykristályok előállítására, a nagy
tisztaságú Si olvadékból, amit kvarc tégelyben olvasztanak meg, oltókristállyal
húznak felfelé megszilárduló Si rudat, amit közben még forgatnak is. A folyamtot
inert atmoszférában végzik. A Si-hoz itt adhatják hozzá a B-t vagy P-t, ha n vagy p
típusú félvezető alapot készítenek.
Ily módon 200-300 mm átmérőjű és 1-2 m hosszú rudakat állítanak elő, amiből
levágják a 0,2-0,75 mm vastag lapokat, amiket különböző célokra használnak
(napelem, integrált áramkörök, processzorok).
Dr. Pátzay György 66