keraamien ominaisuudet ja valmistus -...
TRANSCRIPT
![Page 1: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/1.jpg)
Keraamien ominaisuudet ja valmistus
Prof. Erkki LevänenKeraamimateriaalit
Materiaaliopin laboratorioTeknisten tieteiden tdk
Välkky-työpaja 20171.6.2017
![Page 2: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/2.jpg)
2
SISÄLTÖ:
KonstruktiokeraamitOksidikeraamitEi-oksidikeraamit
Yleistä keraamien ominaisuuksistalujuus, sitkeys
Keraamien ja keraamikomposiittien valmistuksen periaatteet
Työstö
Liittäminen
![Page 3: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/3.jpg)
Konstruktiokeraamit ovat erikoiskeraamien alaryhmä.
Englanninkielisessä terminologiassa konstruktiokeraameista käytetäännimityksiä "engineering ceramics" ja "structural ceramics".
Konstruktiokeraamien tyypillisiä hyödynnettäviä materiaaliominaisuuksiaovat:
- korkea sulamispiste,- hyvä terminen ja kemiallinen stabiilisuus,- kovuus ja siitä aiheutuva hyvä kulumiskestävyys,- suuri jäykkyys ja puristuslujuus- alhainen tiheys
Keraamien käyttöä rajoittavia tekijöitä ovat:- hauraus,- lujuusominaisuuksien suuri hajonta- korkea hinta- vaikea työstö- valmistusmenetelmiin liittyvät muoto- ja kokorajoitukset
![Page 4: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/4.jpg)
4
![Page 5: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Esimerkkejä konstruktiokeraameista; huomaa niiden käyttö yhdessämetallien kanssa
![Page 6: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Konstruktiokeraamit: Oksidit
![Page 7: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Konstruktiokeraamit: Muut kuin oksidit
Piikeraamit
![Page 8: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Konstruktiokeraamit: Eri materiaalit eri kuormitus – lämpötila-alueisiin
![Page 9: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Esimerkkejä tärkeimpien keraamien kimmomoduulin lämpötilariippuvuudesta
-lämpölaajeneminen/lämpövärähtely kasvattaa sidosetäisyyyttä, mikä pienentää hiemankimmomoduulia
Konstruktiokeraamien tärkeimpiäkäyttöominaisuuksia: Kimmomoduuli
![Page 10: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/10.jpg)
Luennot Kevät 2010Tapio Mäntylä
10
Hauras-sitkeä - muodonmuutoskäyttäytyminen
Konstruktiokeraamien tärkeimpiäkäyttöominaisuuksia
![Page 11: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Teoreettinen lujuus (1)
Teoreettinen lujuus, sth = vetojännitys, joka tarvitaan rikkomaan materiaalinatomisidokset ja vetämään atomit erilleen
missä sth = teoreettinen lujuusE = kimmomoduulig = murtopintaenergiaaO = atomien välinen etäisyys
ØKeraamien teoreettinen lujuus on tyypillisesti (1/10 – 1/5) • E
2/1
÷÷ø
öççè
æ=
Oth a
E gs
![Page 12: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Teoreettinen lujuus (2)
¶ Käytännön materiaaleilla ei teoreettista lujuutta kuitenkaan ole saa-vutettu, koska materiaalit sisältävät erilaisia jännistyskeskittymiä ai-heuttavia rakennevirheitä
![Page 13: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Keraamin lujuus tasaisen yksiaksiaalisen jännityksen alaisena
c = murtumaan johtava kriittinen vikakoko, Y = dimensioton kuormitus-geometriasta tuleva vakio, KIc = materiaalin murtositkeys
Lujuuden parantaminen:--> virhekoon pienentäminen--> murtositkeyden parantaminen
![Page 14: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/14.jpg)
Luennot Kevät 2010Tapio Mäntylä
14
![Page 15: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/15.jpg)
15
![Page 16: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/16.jpg)
Teknisten keraamien valmistuksen tärkeimmät vaiheet:
1. Jauheiden valmistus: partikkeliominaisuudet, koko, kokojakaumamuoto ja puhtaus
2. Jauheiden käsittely: jauhatus, seostus, granulointi ja luokittelu
3. Kappaleen muotoilu eli jauheen kompaktointi
4. Sintraus
5. Jälkityöstö, liittäminen ja jälkikäsittelyt
6. Laadunvarmistus
Keraamien jauhepohjaiset valmistusmenetelmät
![Page 17: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/18.jpg)
Jauheiden valmistus
Hyvältä jauheelta eli ns. ideaaliselta jauheeltaedellytetään seuraavia ominaisuuksia:
1. Pieni partikkelikoko, esim < 1 mm2. Kapea partikkelikokojakauma3. Moniaksiaalinen raemuoto, mieluummin
pyöreä4. Vähäinen taipumus agglomeroitumiseen eli useampien partikkeleiden
muodostamien ryhmien muodostamiseen5. Tarkasti säädelty rakenteellinen (esim. kidemuoto) ja kemiallinen
puhtaus
![Page 19: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/19.jpg)
Jauhe ja sen ominaisuudet heijastuvat lopputuotteen ominaisuuksiin eikäniissä esiintyviä virheitä tai negatiivisia ominaisuuksia pystytä prosessoinninmyöhemmässä vaiheessa eliminoimaan.
![Page 20: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/20.jpg)
Jauheiden valmistus
Perinteisen keramiikan raaka-aineet ovatpääsääntöisesti erilaisia luonnon mineraaleja,kuten pallosavi, maasälpä, jne.
Tekniset keraamit valmistetaan erikseenvalmistetuista puhtaista yhdisteistä kuten,Al2O3, ZrO2, Si3N4, SiC, AlN jne.
![Page 21: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/21.jpg)
Jauhatus:- kuulamyllyt-suihkujauhatus
![Page 22: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/22.jpg)
Attriittorit helmimyllyt
Suihkujauhatus
![Page 23: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/23.jpg)
Jauheiden ominaisuuksia
Ominaispinta-ala:
Kuutiosentti materiaalia, jonka tiheysr = 1 g/cm3,à pinta-ala on 6 cm2
Jos kuutio jaetaan pienempiin kuutioihin,joiden särmä on 1 mm, niin näidenpartikkelien kokonaispinta-ala on60 000 cm2 (10000x) eli samalla tiheydelläominaispinta-ala on 6 m2/g
Partikkelikoon ja ominaispinta-alanvälinen suhde
Ominaispinta-ala
![Page 24: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/25.jpg)
Teknisten keraamien valmistuksen tärkeimmät vaiheet:
1. Jauheiden valmistus: partikkeliominaisuudet, koko, kokojakaumamuoto ja puhtaus, jauhatus
2. Jauheiden käsittely: seostus, granulointi ja luokittelu
3. Kappaleen muotoilu eli jauheen kompaktointi
4. Kuivaus ja sintraus
5. Jälkityöstö, liittäminen ja jälkikäsittelyt
6. Laadunvarmistus
Keraamien jauhepohjaiset valmistusmenetelmät
![Page 26: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/26.jpg)
Jauheisiin lisätään eri muodonantomenetelmien ja sintrauksen edellyttämät lisäaineet,
- dispergointiaineet (lietepohjainen prosessointi)- sideaineet (joilla pidetään muotoiltu komponentti koossa ennen sintrausta
vihreässä tilassa)- plastisointi- eli pehmitinaineet (helpottaa muodonantoa plastisen muovauksen
yhteydessä)- voiteluaineet (edesauttavat homogeenisen tiheysjakauman saavuttamista puris-
tuksessa ja vähentävät muotin kulumista)- sintrauslisäaineet (edistävät rakenteen tiivistymistä, spesifisiä kullekin materiaalille)
JAUHEIDEN KÄSITTELYT
![Page 27: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/27.jpg)
Kolloidinen prosessointi, partikkelien väliset voimat
elektrostaattinen
Steerinen
solvataatio ja depleetiovoimat(liuoksesta riippuvat)
![Page 28: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/28.jpg)
Teknisten keraamien valmistuksen tärkeimmät vaiheet:
1. Jauheiden valmistus: partikkeliominaisuudet, koko, kokojakaumamuoto ja puhtaus, jauhatus
2. Jauheiden käsittely: seostus, granulointi ja luokittelu
3. Kappaleen muotoilu eli jauheen kompaktointi
4. Sintraus
5. Jälkityöstö, liittäminen ja jälkikäsittelyt
6. Laadunvarmistus
Keraamien jauhepohjaiset valmistusmenetelmät
![Page 29: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/29.jpg)
Jauheiden käsittely: Spray-kuivaus
Valmistetaan sopivan kokoisia (esim. d= 50 mm) pallo-maisia partikkeleita.(agglomeraatteja, jotka muodostuvat pienistä primääri-partikkeleista, ja ovat ns. pehmeitä agglomeraatteja,jotka rikkoutuvat helposti muodonannon yhteydessä)
![Page 30: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/30.jpg)
Esimerkkejä teollisten spray-kuivattujen jauheiden tyypillisistäominaisuuksista
![Page 31: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/31.jpg)
![Page 32: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/32.jpg)
Keraamikomponenttien muodonanto
![Page 33: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/33.jpg)
Muodonantomenetelmät
1)
2)
3)
4)
Yleisimpiä muodonantomenelmiä ovat:1) puristus
- aksiaalinen (kuiva tai märkä)- isostaattinen kylmäpuristus(- aksiaalinen kuumapuristus)(- isostattinen kuumapuristus)
2) lietevalu3) ruiskuvalu4) suulakepuristus
sekä lukuisia erikoismenetelmiä
Muotoiltua kappaletta ennen sintrausta kutsu-taan “vihreän tilan kappaleeksi”
Nämä eri menelmät edellyttävät erilaista lisä-aineistusta.
![Page 34: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/34.jpg)
Aksiaalipuristus; kuivapuristus
Kuivapuristus (0…4% kosteutta jauheessa)- granuloitu jauhe (esim. spraykuivaus)- korkea puristuspaine
J etuja- nopeus- helppo automatisoitavuus- mittatarkkuus
L haittoja- korkeus/halkaisijasuhde rajoitettu- sopii vain yksinkertaisille muodoille- kappaleen tiheys ei ole tasainen- sopii vain pienille kappaleille- muotin kuluminen
Tyypillisesti 0,5…5% orgaanista sideainetta
![Page 35: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/35.jpg)
Aksiaalipuristus; märkäpuristus
Märkäpuristus (10…15% kosteutta jauheessa)- savimainen plastinen koostumus- puristuksen jälkeiset muutokset mahdollisia
(plastisuus)- vaikeasti automatisoitavissa- huono mittatarkkuus
![Page 36: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/36.jpg)
Rakenteen muuttuminen puristuksen yhteydessäbimodaalisella huokoskokojakaumalla
![Page 37: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/37.jpg)
Tyypillisiä ongelmia puristetun kappaleen poistossa muotista:
Laminaattisäröt:- suuri kitka muotin ja kappaleen
välillä- tahmautumista muotin seinämään- kappaleeseen varastoituu kimmo-
energiaa puristuksessa- kappaleen lujuus alhainen
Päädyn irtoaminen:- kimmoinen energia suuri- kappaleen lujuus alhainen- kimmoinen energia eri suuri
eri osissa kappaletta
Seurausta muotin ja puristeen välisestä kitkasta sekä kimmoenergian varastoitumisesta kappa-leeseen; ns. springback-ilmiö
![Page 38: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/38.jpg)
Muodonanto: Kylmä isostaattinen puristus(Cold Isostatic Pressing, CIP)
Kaksi eri perustekniikkaa:
- märkämuottimenetelmä (märkäpussi, wet bag)- kuivamuottimenetelmä (kuivapussi, dry bag)
Menetelmässä paine tuodaan esim. kumisenmuotin avulla muotoiltavan kappaleen ympärillesiten, että se tiivistää kappaletta isostaattisesti.
![Page 39: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/39.jpg)
Muodonantomenetelmät
1)
2)
3)
4)
2) Lietevalu:
- keraaminen jauhe on suspensiona lietteessä,joka kaadetaan kipsimuottiin
- muotin huokoset imevät lietteestä nestettä,jolloin jauhe kerrostuu muotin seinämille.
- yksinkertainen; sopii hyvin myös laboratorio-ja pilot-mittakaavaan.
- Vaatii lietteen hallintaa; reologia, stabiilisuus,jne.
Vaiheet: jauheen dispergointi, sideaineistus,muiden lisäaineiden lisäys,ilmanpoisto,valu muottiin, ylimääräisen lietteen poisto,kuivaus ja kappaleen irroitus muotista
![Page 40: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/40.jpg)
![Page 41: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/41.jpg)
Lietevalu
![Page 42: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/42.jpg)
Lietevalu
![Page 43: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/44.jpg)
Muodonantomenetelmät
1)
2)
3)
4)
3) Ruiskuvalu
Keraamisen jauheen ja termoplastisen poly-meerin (25…50%) muodostama kuumennet-tu massa puristetaan metallimuottiin.
Ennen sintrausta polymeeri poistetaan kuu-mentamalla.
Soveltuu monimutkaisten, muulla tavalla vai-keasti muotoiltavien kappaleiden valmistami-seen, esim. turboahtimen roottorit jakaasuturbiinien siivet.
![Page 45: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/45.jpg)
Ruiskuvalu
J etuja:- halpa (kun sarjakoot ovat suuria)- soveltuu monimutkaisille kappaleille- kappaleet sintrauksen jälkeen lopulli-
sissa mitoissa; sinrauskutistuma huomi-oitu muotin mitoissa
- kappaleen tasainen tiheys hallittavissa- sintrauksessa tapahtuva kutistuma pystytään
ennakoimaan tarkasti
L haittoja- sideaineen (polymeeri) poisto hidas ja vaikea
vaihe- suuret pääomakustannukset (kone ja muotit)- ei sovellu pienille sarjoille- muutokset kalliita (muotin muutos)
![Page 46: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/46.jpg)
Muodonantomenetelmät
1)
2)
3)
4)
4) Suulakepuristus (ekstruusio)
Periaatteeltaan samanlainen kuin ruiskuvalu
Plastinen massa puristetaan suulakkeen läpi,jolloin voidaan valmistaa poikkipinnaltaan va-kiona pysyviä kappaleita.
Poikkipinta voi olla hyvinkin monimutkainen
![Page 47: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/48.jpg)
Teknisten keraamien valmistuksen tärkeimmät vaiheet:
1. Jauheiden valmistus: partikkeliominaisuudet, koko, kokojakaumamuoto ja puhtaus, jauhatus
2. Jauheiden käsittely: seostus, granulointi ja luokittelu
3. Kappaleen muotoilu eli jauheen kompaktointi
4. Kuivaus ja sintraus
5. Jälkityöstö, liittäminen ja jälkikäsittelyt
6. Laadunvarmistus
Keraamien jauhepohjaiset valmistusmenetelmät
![Page 49: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/49.jpg)
Lämpökäsittelyn eri vaiheet
Kuivaus
- Nesteen poisto kappaleesta hallitusti ympäristöön.- Yleensä höyrystämällä, harvemmin nesteenä.- Kuivuminen aiheuttaa kapillaarivoimien kautta jännityksiä ja kappaleen kutistumisen.- Jäännöskosteus sintrauksessa aiheuttaa helposti kappaleen rikkoutumisen
Hallittu, yleensä hidas, nesteen höyrystäminen
Apuaineiden poisto
- Apuaineiden hapettaminen ja muodostuvan reaktiotuotteen poisto huokosten kautta.- Sideaineiden määrä riippuu voimakkaasti muodonantomenetelmästä- Hidas lämmitys tai pito kriittisillä alueilla (n. 200-800oC), kaasujen poisto!- Reaktiot loppuun ennen tiivistymistä
Poltto/pyrolyysi ilman suuria jäämiä
Sintraus
- Jauhekompaktin tiivistäminen (pintoihin sitoutuneen energian avulla)- Kutistuminen, huokosten poisto, rakeiden kasvu- Lämpötila tyypillisesti 0,5…0,8 sulamislämpötilasta
Tiivis rakenne mahdollisimman matalassa lämpötilassa
![Page 50: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/50.jpg)
Raw powder Formed product Sintered productd= 45-70% d» 100%
Sintering T =highAl2O3 ~ 1400…1650 oCSi3N4 ~ 1600…1900 oCSiC ~ 2000…2200 oC
Forming Sintering
DV ~ 10-15%
Structural changes in manufacturing of a sintered ceramics
![Page 51: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/51.jpg)
Huomaa sintrauskutistuma
![Page 52: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/52.jpg)
Syksy 08 52
Sintrauksen alkuvaihe (initial stage)
![Page 53: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/53.jpg)
Sintrauksen toinen vaihe (second stage, intermediate stage)
![Page 54: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/54.jpg)
Sintrauksen loppuvaihe (final stage)
![Page 55: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/55.jpg)
Sintraus
Muodonanto ja sintraus yhdistetty kuumapuristuksessa jaisostaattisessa kuumapuristuksessa
![Page 56: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/56.jpg)
Keraamikomponenttien työstö
![Page 57: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/57.jpg)
![Page 58: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/58.jpg)
![Page 59: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/59.jpg)
![Page 60: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/60.jpg)
![Page 61: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/61.jpg)
![Page 62: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/62.jpg)
![Page 63: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/63.jpg)
![Page 64: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/64.jpg)
![Page 65: Keraamien ominaisuudet ja valmistus - smacc.fismacc.fi/wp-content/uploads/2017/05/01060217-Välkky-Keraamien... · Keraamien ominaisuudet ja valmistus Prof. Erkki Levänen Keraamimateriaalit](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022021611/5bec93a909d3f270058b5855/html5/thumbnails/65.jpg)