Techniczne zastosowania materiałów inżynierskich

Transkrypt

Podstawy nauki o materiałach
„TECHNICZNE ZASTOSOWANIA MATERIAŁÓW
INŻYNIERSKICH I PORÓWNANIE ICH
PODSTAWOWYCH WŁASNOŚCI”
i porównanie ich podstawowych własności
© Copyright by L.A. Dobrzański, IMIiB, Gliwice 2006
Porównanie wybranych własności materiałów
inżynierskich
Techniczne zastosowania materiałów
inżynierskich
Podział materiałów stosowanych w technice
¾ materiały
naturalne
dla
których
wykorzystania
w
jest
jedynie
technice
warunkiem
nadanie
im
odpowiedniego kształtu (drewno, skały, minerały),
¾ materiały inżynierskie, których własnościami można
sterować
w
w
szerokim
stosunku
do
zakresie
nich
przez
zastosowanie
odpowiednich
zabiegów
technologicznych.
Podstawowe grupy materiałów inżynierskich
Rodzaje wiązań między atomami w materiałach
Schemat
zależności między
czynnikami
wpływającymi na
postać wyjściową
produktu
Porównanie wybranych własności materiałów
inżynierskich
Porównanie
wytrzymałości
i gęstości
materiałów
inżynierskich
Porównanie
wytrzymałości
i odporności
na pękanie
materiałów
inżynierskich
Porównanie
odporności
na pękanie
i gęstości
materiałów
inżynierskich
Porównanie
modułu
sprężystości
i gęstości
materiałów
inżynierskich
Porównanie
modułu
sprężystości
i współczynnika
tłumienia
materiałów
inżynierskich
Porównanie
wytrzymałości
materiałów
inżynierskich
w podwyższonej
lub obniżonej
temperaturze
Porównanie
przewodności
cieplnej i
rozszerzalności
cieplnej
materiałów
inżynierskich
Porównanie
odporności
materiałów
inżynierskich
na korozję
Porównanie
wytrzymałości
i względnego
kosztu na
jednostkę
objętości
różnych
materiałów
Porównanie podstawowych własności materiałów inżynierskich
PODSUMOWANIE
Podstawowe różnice między własnościami
materiałów i związane z tym rozmieszczenie poszczególnych
obszarów na wykresach oraz relacje występujące między
nimi wynikają z uwarunkowań fizycznych. Rozrzut własności
pojedynczych materiałów w obszarze jednej grupy jest
wynikiem działania dodatków stopowych, obróbki cieplnej
oraz umocnienia odkształceniowego. Siła oddziaływania tych
zabiegów jest jednak około dziesięciokrotnie mniejsza niż
wpływ czynników na poziomie atomowym.
Techniczne zastosowania materiałów
inżynierskich
Wszystkie materiały stosowane w technice muszą
wykazywać następujące cechy:
¾ stabilność własności zapewniających funkcje użytkowe,
¾ technologiczną możliwość wytworzenia i przetworzenia,
¾ ekonomicznie uzasadnione wytwarzanie i przetwarzanie,
¾ brak szkodliwego wpływu na środowisko w fazie
wytwarzania, eksploatacji i po zużyciu.
Czynniki decydujące o doborze materiałów
Materiały konstrukcyjne
Materiały do pracy w warunkach korozyjnych
Materiały do pracy w podwyższonych temperaturach
Materiały do pracy w obniżonych temperaturach
Materiały odporne na zużycie trybologiczne
Materiały stosowane w przemyśle transportowym
Materiały budowlane
Materiały narzędziowe
Materiały funkcjonalne
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice
Materiały stosowane w optyce, optoelektronice i fotonice
Materiały inteligentne
MATERIAŁY
KONSTRUKCYJNE
Pracujące w środowisku
obojętnym
W temperaturach
otoczenia
Pracujące w środowisku
agresywnym chemicznie
W temperaturach
obniżonych
(zbiorniki ciekłych
gazów)
W temperaturach
podwyższonych
(energetyka i technika
kosmiczna)
Odporne na
zużycie
trybologiczne
Żaroodporne
przewodzące
i izolacyjne
Przemysł
transportowy
Żarowytrzymałe
(turbiny, zawory)
Budownictwo
Ablacyjne (rakiety)
MATERIAŁ
Hastelloy
SKŁAD
CHEMICZNY
55% Ni,
20% Fe,
25% Mo
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
aparatura chemiczna pracująca
we wrzących lub gorących
kwasach siarkowych i solnym
Stale typu duplex
0,2% C,
mikrododatki
Ti, N, Ce, Nb
zbiorniki i rury w przemyśle
chemicznym i na statkach
(chemikaliowcach)
Żeliwo stopowe
odporne na korozję
wysokoniklowe
sferoidalne
≤2,6÷3% C,
1÷3% Si,
18÷32% Ni,
0,5÷2,5% Cr
pompy, zawory, obudowy
turbozespołów, kolektory spalin
Teflon
uszczelki przeciwkorozyjne, rury
i zawory chemiczne
Szkło
boro-krzemianowe
sprzęt laboratoryjny i elementy
aparatury chemicznej
Materiał kompozytowy żeliwo szare (podłoże) - CrC (cząstki)
ZASTOSOWANIE: przemysł maszynowy, obrabiarkowy i wydobywczy
(np. narzędzia wiertnicze, prowadnice obrabiarek, łopatki mieszadeł).
zanieczyszczenia
z procesu wytwarzania
a)
wydzielenia grafitu
b)
ziarna żelazo-chromu
wysokowęglowego FeCrC
c)
Struktura kompozytu żeliwo szare - CrC: a), b), c) mikroskop świetlny,
trawiono nitalem, pow. 30x
Politetrafluoroetylen (teflon) wzmocniony cząstkami brązu
ZASTOSOWANIE: do wyrobu przewodów, uszczelek i wykładzin w przemyśle
chemicznym, części armatury, łożyska samosmarujące.
a)
b)
cząstki brązu
Makrofotografia przełomu taśmy z teflonu o grubości 2.5 mm, wzmocnionej
cząstkami brązu o objętości wagowej 40% (a). Obraz SEM struktury
powierzchni przełomu w miejscu zerwania materiału (b) pow. 800x
Stale wysokochromowe
ZASTOSOWANIE: wysokiej jakości noże, łożyska toczne oraz
zawory silników, aparaty do przerobu mleka i jego produktów,
urządzenia przetwórstwa spożywczego.
a)
b)
Struktura a) cienkiej folii ze stali typu X30CrMo 17-1, pow. 20000x;
b) stali typu X20CrNi 17-2 po walcowaniu, pow. 1000x
Szkło
laboratoryjne
Rurociąg
Pompy
hydrauliczne
Części podwozia
Akumulator
Materiały do pracy w podwyższonych temperaturach - żaroodporne
MATERIAŁ
SKŁAD
CHEMICZNY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Stale
ferrytyczne
≤0,18% C,
≤1% Mn,
0,75÷1% Si,
7÷27,5% Cr
nieobciążone mechanicznie elementy
aparatury chemicznej, pieców i kotłów
przemysłowych, elementy palników
gazowych i skrzynie do nawęglania
Stale
austenityczne
≤0,15% C,
≤1,5% Si,
16÷25% Cr,
7÷35% Ni
pojemniki na ciekłe paliwo
Ceramika
Żeliwa stopowe
żaroodporne
chromowe
SiC, TiC, TiB2,
Si3N4, Al2O3
powłoki pieców, elektrody
wysokotemperaturowe, przegrody cieplne
3÷3,8% C,
1,5÷3,8% Si,
≤1% Mn,
0,6÷3% Cr
elementy konstrukcyjne pieców, palenisk,
aparatury chemicznej, niektóre elementy
silników
Polipropylen wzmocniony cząstkami CaCO3
ZASTOSOWANIE: na elementy ognioodporne.
a)
b)
cząstki CaCO3
Struktura powierzchni przełomu wałka z polipropylenu wzmocnionego
cząstkami CaCO3 poniżej 1 µm o objętości wagowej 30%:
a) pow. 80x; b) pow. 800x
Polipropylen wzmocniony włóknami szklanymi
ZASTOSOWANIE: przemysł samochodowy, przemysł elektrotechniczny
i energetyczny (np. komory łukowe).
a)
b)
Makrofotografia wypraski pierścieniowej ø 83/50x15 mm z polipropylenu
wzmocnionego krótkimi włóknami szklanymi o długości ok. 5 mm
o objętości wag. 30% (a) oraz SEM w powiększeniu 250x (b)
Materiały do pracy w podwyższonych temperaturach - żarowytrzymałe
MATERIAŁ
Lockalloy
Stale
zaworowe
(silchromy)
SKŁAD
CHEMICZNY
62% Be,
38% Al
0,4÷0,5% C,
8÷10% Cr, 2÷3% Si
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
elementy silników rakietowych,
w tym komór spalania i dysz
pracujących do 3000°C
zawory silników samochodowych
i motocyklowych, kotły
wysokoprężne,
Stopy
Co typu
Haynes
20÷22,5% Cr, 7÷15% W,
0,1÷0,6% C, 1,5÷3% Fe,
10÷22% Ni, 0,35÷1% Si
Nimonic
80% Ni,
20% Cr
łopatki wirników, dysze turbin
gazowych, silników rakietowych
i odrzutowych
Siluminy
5÷13,5% Si, 84,3÷92% Al
wysoko obciążone tłoki silników
spalinowych
silniki odrzutowe
Materiały do pracy w podwyższonych temperaturach - żarowytrzymałe
Al2O3-TiN 25% (spiekany)
ZASTOSOWANIE: przemysł metalurgiczny, energetyczny, lotniczokosmiczny, części i oprzyrządowanie mechaniczne (np. części maszyn,
narzędzia), części silnikowe (np. tuleje, zawory, tłoki), części instalacji
chemicznych (np. wymienniki ciepła), materiały elektryczne i elektroniczne
(np. izolatory, części konstrukcyjne).
cząstki zbrojące TiN
a)
b)
Struktura powierzchni przełomu kompozytu Al2O3-TiN 25%: a) obraz SEM,
pow. 800x; b) pow. 2500x
Kompozyt węgiel-węgiel
ZASTOSOWANIE: przemysł lotniczy i rakietowy (np. przewody
wentylacyjne, wirniki śmigłowców, dysze), przemysł samochodowy,
chemiczny, spożywczy i naftowy (np. obudowy wentylatorów, zbiorniki
ciśnieniowe), technika wojskowa.
a)
b)
Przełom kompozytu węgiel-węgiel (a) i struktura przełomu w miejscu
złamania (b). Obraz SEM, pow. 80x
Formy
odlewnicze
Elementy konstrukcyjne turbin
Płytowe
wymienniki
ciepła
Elementy rakiet
MATERIAŁ
SKŁAD
CHEMICZNY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Staliwo stopowe
chromowoniklowe
0,28÷1,3% C,
7÷28% Cr,
4÷8% Ni
korpusy zaworów, armatura
Stopy miedzi
z cyną
2,5÷4,5% Sn,
≤0,3% Zn
≤0,2% Ni
tulejki, łożyska, zawory i inne
części
Inwary
Siluminy
Polimetakrylan metylu
(szkło organiczne)
60% Fe
36% Ni
84,3÷92% Al,
8÷13% Si
silniki rakietowe na paliwo ciekłe
zbiorniki i rurociągi do
przechowywania
i transportu ciekłych gazów
oszklenie w lotnictwie, transporcie
lądowym i wodnym
Kształtki z polietylenu
Zbiorniki do przechowywania
ciekłych gazów
Kriostat przepływowy helowo
azotowy do badań
magnetycznych
Zbiorniki dla kriobiologii
i kriomedycyny
MATERIAŁ
Stal Hadfielda
SKŁAD CHEMICZNY
OBSZAR
ZASTOSOWAŃ
1,1÷1,3% C,
12÷13% Mn,
0,3÷0,5% Si
kosze koparek, gąsienice
do ciągników, rozjazdy
kolejowe, łamacze
kamienia i młyny kulowe
Żeliwa stopowe
szare odporne na
ścieranie
2,5÷3,9% C, 0,9,1% Si,
0,4÷1,2% Mn, ≤% Cr,
≤2,5% Ni
wykładziny młynów,
elementy kruszarek
i urządzeń do
rozdrabniania kamieni,
rud i węgla
Stopy miedzi z cyną
90÷96,5% Cu, 3,5÷8,5%
Sn, ≤0,3% Zn
tulejki, łożyska ślizgowe,
ślimacznice i ślimaki
Stopy łożyskowe
na osnowie
cynowo- ołowiowo
9÷16% Sb, 0,9÷11% Sn,
≤1,5% Cu,
do 1,2% As i Pb
do wylewania panewek
w pompach, sprężarkach,
silnikach i wagonach
Materiał cierny do pracy na sucho na osnowie Cu + dodatki
niemetaliczne
ZASTOSOWANIE: sprzęgła i zaciski hamulcowe pracujące na sucho lub
w oleju, bębny, tarcze, klocki i okładziny hamulcowe.
a)
b)
Makrofotografia powierzchni przełomu materiału ciernego do pracy na
sucho na osnowie Cu z dodatkami niemetalicznymi (a) i jego struktura (b).
Obraz SEM, pow. 800x
Samosmarujące bezżelazowe tuleje łożyskowe z dodatkiem grafitu
ZASTOSOWANIE: rozruszniki wszystkich typów samochodów polskiej
produkcji i innych podzespołów (np. tulejka koła zębatego i wałka przekładni
wstecznego biegu.
c)
d)
a)
b)
Samosmarujące bezżelazowe tuleje łożyskowe z dodatkiem grafitu:
a) CuSn9÷11C0.5; b) CuSn9÷11C1.0÷3.0 oraz struktura CuSn9÷11C0.5 (c),
CuSn9÷11C1.0÷3.0 (d). Nie trawiono, pow. 150x
Wielotryb
Klocki
hamulcowe
Panew łożyska ze
zbrojonego Kevlarem
kompozytu grafitowego
Łożyska
Skrzynia biegów
MATERIAŁY
SKŁAD
CHEMICZNY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Stale typu „maraging”
≤0,03% C,
8,5÷12,5% Co,
18% Ni, 3÷5% Mo,
0,2÷1,8% Ti
elementy konstrukcyjne
w technice lotniczej,
w budowie okrętów oraz
w przemyśle zbrojeniowym
Hydronalia
93,2÷99,5% Al,
0,4÷5,6% Mg,
≤0,5% Si
średnio obciążone
elementy w przemyśle
okrętowym i lotniczym
Spienione aluminum
elementy stref zgniotu
w pojazdach
Kompozyty zbrojone
włóknami
aramidowymi (Kevlar)
elementy konstrukcyjne
statków kosmicznych
i samolotów
Kompozyty o osnowie
metalowej
lekkie elementy silnika
i podwozia
Stop aluminium AK9 zbrojony włóknem węglowym
ZASTOSOWANIE: wsporniki (np. wahacze), przemysł motoryzacyjny,
lotniczy oraz astronautyka.
podeutektyczny stop aluminium
a)
b)
zbrojenie w postaci grafitu płatkowego
wydzielenia pierwotnego krzemu
Struktura kompozytu AK9-C: a) mikroskop świetlny, zgład nietrawiony,
pow. 150x; b) mikroskop świetlny, zgład nietrawiony, pow. 300x
Laminat z żywicy epoksydowej wzmocniony włóknem szklanym
ZASTOSOWANIE: lotnictwo i technika rakietowa (np. konstrukcje
szybowcowe), przemysł stoczniowy (np. kadłuby i wyposażenie jednostek
pływających), kolejnictwo i przemysł samochodowy (np. obudowy
wagonów, cysterny), przemysł chemiczny i naftowy, budownictwo.
a)
b)
Makrofotografia laminatu warstwowego o grubości 2 mm: żywica
epoksydowa wzmocniona ukierunkowanymi i o losowej orientacji
włóknami szklanymi (a) i obraz SEM przełomu (b). Pow. 80x
Materiał kompozytowy: aluminium zbrojone stalą X3CrNiMo18-14 (siatka)
ZASTOSOWANIE: elementy konstrukcyjne (np.: wsporniki, obudowy).
a)
b)
c)
elementy zbrojące w postaci drutu stalowego
Makrofotografia przełomu kompozytu aluminium-stal po zerwaniu (a) i jego
struktura: b) mikroskop świetlny; zgład nietrawiony, pow. 30x; c) powierzchnia
przełomu próbki w miejscu zerwania. Obraz SEM, pow. 35x
MATERIAŁY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Granit, skały piaskowe
i wapienne twarde, dolomit
fundamenty i mury piwniczne
Granit, sjenit, andezyt,
trawertyn
ściany i filary
Kamionka
rury kanalizacyjne, zlewy
Cement portlandzki
wszystkie konstrukcje oraz wyroby
betonowe i żelbetowe
Cement specjalny oraz
puculanowy
w budownictwie wodno-kanalizacyjnym,
w drogownictwie do betonów
Szkło sodowo-wapienne
szyby okienne
Stopy Cu-Sn-Zn
armatura wodna
Stopy Zn-Cu-Ti
pokrycia dachów, rynny i rury spustowe
Dąb, buk
stolarka budowlana
Szkło okienne
Rury
kanalizacyjne
z polietylenu
Klinkier
Cegła
Rury wodociągowe
z nieplastyfikowanego
polichlorku winylu PVC
Armatura
MATERIAŁY NARZĘDZIOWE
Konwencjonalne
Na osnowie fazy wiążącej
Stale niestopowe
Coronite (na bazie TiN)
Stale stopowe
Cermety (spieki
węglikowo-szczotkowe
na bazie TiC/TiN)
Ceramiczne
Węgliki spiekane (na
bazie WC)
Ceramika narzędziowa
Ceramika tlenkowa
Ceramika azotkowa
(nietlenkowa)
Supertwarde niemetaliczne
materiały narzędziowe
Diament
Azotek boru
MATERIAŁY
SKŁAD
CHEMICZNY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Stale niestopowe
narzędziowe
0,45÷1,2% C,
0,25÷0,7% Mn,
0,2÷0,28% Si,
proste narzędzia tnące do drewna,
papieru i tworzyw sztucznych, dłuta,
młotki i proste narzędzia rolnicze
TiC, TiN, Ti (C, N),
(Ti, Ta)N,
(Ti, Mo)C+Co, Ni
do obróbki przedmiotów ze stali
niestopowych (w tym nierdzewnych
i kwasoodpornych) oraz żeliw
56÷92% WC,
0,5÷35%
TiC+TaC+NbC,
5,5÷25% Co
na nakładki narzędzi używanych do
obróbki wiórowej, na ostrza świdrów
i narzędzi górniczych, narzędzia do
obróbki plastycznej i inne
Cermetale
Węgliki spiekane
Syntetyczny
diament
polikrystaliczny
(PCD)
do obróbki stopów Ni, Mg, Cu, Ti
oraz szkła, ceramiki, cermetali,
węglików spiekanych, drewna,
a także kompozytów
Materiały narzędziowe ceramiczne
Ceramika azotkowa (na bazie Si3N4 )
ZASTOSOWANIE: do toczenia i frezowania żeliwa szarego, sferoidalnego
i stopowego oraz stopów na osnowie niklu w silnie przerywanych
procesach technologicznych.
a)
b)
Struktura i płytki materiału ceramicznego firmy ISCAR o osnowie Si3N4:
a) gatunku IS8; b) gatunku IS80
Materiały narzędziowe ceramiczne
Ceramika tlenkowa (na bazie Al2O3 )
ZASTOSOWANIE: do obróbki zgrubnej i średniodokładnej przy dużych
prędkościach skrawania stali i żeliwa.
a)
b)
Struktura i płytki materiału ceramicznego firmy ISCAR: a) o osnowie Al2O3
gatunku IN11; b) o osnowie Al2O3-TiC gatunku IN23
Płytki z ceramiki
azotkowej o specjalnie
ukształtowanej
powierzchni pozwalające
na stabilne mocowanie
Płytki z węglików spiekanych
do skrawania stali
Frezy
Głowice frezerskie z zamontowanymi
węglikami spiekanymi
Materiały funkcjonalne
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice
MATERIAŁY INŻYNIERSKIE
Półprzewodnikowe
Przewodzące
Przewodowe
Oporowe
Stykowe
Termoelektryczne
Nadprzewodzące
Dielektryczne
Elektroizolacyjne
Ferroelektryki
Antyferroelektryki
i ferrielektryki
Piroelektryki
i piezoelektryki
O szczególnych
własnościach
magnetycznych
Diamagnetyki
Paramagnetyki
Ferromagnetyki
Elektrety
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice przewodzące
MATERIAŁ
OBSZARY ZASTOSOWAŃ
Al, Cu
przewody oraz żyły kabli elektroenergetycznych,
przewody szynowe stosowane w rozdzielnicach
i stacjach transformatorowo-rozdzielczych
Stal-aluminium
linie napowietrzne najwyższych napięć (rdzeń z
ocynkowanej stali opleciony drutami z aluminium)
Nichromy (80% Ni,
15÷20% Cr)
elementy oporowe grzejne, rezystory oraz
termoelementy pracujące w temperaturze do ok. 900°C
Konstantan (58%
Cu, 40% Ni, 1% Mn)
rezystory regulacyjne i pomiarowe
Grafit
szczotki w silnikach trakcyjnych, elektrowciągach,
prądnicach prądu stałego o dużej mocy
Ag-CdO, Ag-WC
styczniki i rozruszniki silnika
Cu-W, Ag-grafit
przełączniki zaczepowe
Żelazo-konstantan
do pomiaru temperatury do ok. 1000°C
przewodowe
Bimetalowy drut płaszczowy Fe-Cu
ZASTOSOWANIE: jako wyprowadzenia (przejścia prądowe i łączeniowe)
w podzespołach elektronicznych i elektrotechnicznych, przewodowe złącza
próżnioszczelne szkło-metal do wszelkiego rodzaju żarówek i lamp,
samonośne kable telefoniczne oraz żyły kabli koncentrycznych.
rdzeń ze stali miękkiej typu
warstwa miedzi
armco lub stopu FeNi42Mn1
elektrolitycznej beztlenowej
a)
Mikrofotografia przekroju poprzecznego
b)
Mikrofotografia przekroju wzdłużnego
przewodowe
Kompozyt warstwowy Cu-Al
miedź
a)
b)
granica kontaktu warstw miedź - aluminium
aluminium
Struktura kompozytu Cu-Al: a) mikroskop świetlny, zgład nietrawiony,
pow. 150x; b) mikroskop świetlny, zgład nietrawiony, pow. 300x
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice przewodzące stykowe
Szczotka elektryczna Cu 70% + C (grafit) 30%
ZASTOSOWANIE: w układach hydraulicznych lub olejowych (np. do
oczyszczania i uspokajania przepływu, odolejania cieczy i gazów) oraz
jako bezpieczniki zwrotne i dreny.
a)
b)
Szczotka elektryczna Cu 70% + C (grafit) 30% (a) i jej struktura (b). Nie
trawiono, pow. 75x
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice przewodzące stykowe
Styk bimetalowy AgSnO210
ZASTOSOWANIE: w łącznikach elektrycznych, pracujących w zakresie
prądów znamionowych 10÷1000 A (przekaźniki samochodowe,
wyłączniki silników, przekaźniki i styczniki uniwersalnego przeznaczenia
przy prądach stałych i zmiennych).
a)
Mikrostruktura przekroju poprzecznego
styku bimetalowego
b)
Mikrostruktura styku bimetalowego
AgSnO210
Świeca zapłonowa
Przewody do
monitorów VGA
Rezystory nastawne
(potencjometry)
Rezystory
wzorcowe
Elementy grzejne
Przewody dwużyłowe
silnoprądowe
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice półprzewodnikowe
Układ scalony
ZASTOSOWANIE: w komputerach, elektronicznym sprzęcie powszechnego
użytku, telekomunikacji, sprzęcie wojskowym, automatyce przemysłowej.
a)
b)
1 mm
Układ scalony (a) i jego struktura (b): mikroskop skaningowy, pow. 58x,
odległość 12 mm, napięcie przyspieszające 10 kV
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice dielektryczne
Płyta z żywicy epoksydowej wzmocnionej cząstkami karborundu (SiC)
i krzemionki (SiO2)
ZASTOSOWANIE: elektrotechnika (izolatory).
cząstki karborundu i krzemionki
a)
b)
c)
Makrofotografia przełomu płyty o grubości 4 mm z żywicy epoksydowej
wzmocnionej cząstkami karborundu (SiC) i krzemionki (SiO2) (a) i obraz SEM
struktury powierzchni przełomu w miejscu złamania materiału: b) pow. 80x;
c) pow. 800x
Żywica epoksydowa wzmocniona mączką kwarcową
ZASTOSOWANIE: na izolatory.
a)
b)
cząstki mączki kwarcowej
c)
Makrofotografia przełomu płyty o grubości 2 mm z żywicy epoksydowej
wzmocnionej mączką kwarcową (a) i obraz SEM struktury powierzchni przełomu
w miejscu złamania materiału: b) pow. 80x; c) pow. 800x
Części
izolacyjne
osprzętu
elektrycznego
Materiały izolacyjne linii niskiego
i wysokiego napięcia
Wyroby elekroinstalacyjne ceramiczne
Osłony izolacyjne
przewodów
elektrycznych
Materiały stosowane w elektronice i elektrotechnice magnetyczne
MATERIAŁY
SKŁAD
CHEMICZNY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Alisfery (spieki)
Fe-Si-Al
rdzenie magnetyczne
Stopy Fe-Si
95% Fe,
4,5% Si
urządzenia pracujące przy niskich
częstotliwościach i dużych mocach,
blachy prądnicowe i transformatorowe
Szkła metaliczne
Fe lub Co
rdzenie głowic magnetycznych,
rdzenie transformatorów, elastyczne
ekrany magnetyczne
Vicalloy
52% Co,
33% Fe,
14% V
do wytwarzania magnesów trwałych
m. in. przy budowie silników i prądnic,
szczególnie małych mocy
Permalloy
78,5% Ni,
21,5% Fe
w przyrządach pracujących w stałych
polach, głównie w radiotechnice
i telekomunikacji
Szkła metaliczne
ZASTOSOWANIE: rdzenie głowic magnetycznych,
transformatorów, elastyczne ekrany magnetyczne.
a)
rdzenie
b)
Struktura a) przełomu stopu amorficznego Cu77Ni6Sn10P7 wyżarzonego
w 150°C przez 10 min., pow. 6300x, mikroskop skaningowy;
b) przełomu drobnożyłkowego po rozciąganiu stopu nanokrystalicznego
Fe76,6Hf6,4B17, pow. 4800x, mikroskop skaningowy
Dysk twardy
Transformatory
Przekładnik
prądowy
Magnetyczne włączniki alarmu do montażu
w metalowych futrynach drzwiowych
MATERIAŁY
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
Szkła optyczne tlenkowe
rdzenie światłowodów, szkła optyczne,
filtrowe i laserowe
Szkła fluorowcowe
(halidy)
technika światłowodów w podczerwieni
Materiały pyroceramiczne elementy optyczne zwierciadlane,
(dewitryfikaty)
np. zwierciadła teleskopów
Materiały naturalne
polaryzatory, płytki fazowe, modulatory,
deflektory oraz w obszarze podczerwieni
Materiały polimerowe
(polimetakrylan metylu,
polistyren, żywica
poliwęglanowa)
przyrządy optyczne średniej klasy,
elementy optyczne o skomplikowanych
kształtach, a także w produkcji szkieł
okularowych
Laser rubinowy
spawanie, topienie, wiercenie, biologia
Arsenek galu GaAs
baterie słoneczne
Światłowody
ZASTOSOWANIE: w telekomunikacji dalekozasięgowej oraz w sieciach
połączeń lokalnych.
a)
b)
c)
Włókna światłowodu (a) i ich struktura: b) mikroskop skaningowy, pow. 53x;
c) mikroskop skaningowy, pow. 390x
Fotokomórka
refleksyjna
Odpromiennik
podczerwieni
Wyświetlacz z diodami
elektroluminescencyjnymi LED
Wtapianie laserowe
Monitor
Panel słoneczny
GRUPA
MATERIAŁÓW
Materiały
piezoelektryczne
Materiały
magnetostrykcyjne
i elektrostrykcyjne
Stopy z pamięcią
kształtu
PRZYKŁADY
turmalin (minerał)
PZT (cyrkoniantytanian ołowiu)
OBSZAR ZASTOSOWAŃ
noktowizory i inne detektory
promieniowania cieplnego
aktywatory położenia,
wtryskiwacze atramentu i inne
sensory siły, skrętu,
amorficzne stopy
przemieszczenia, odkształcenia
Fe, Co, Ni z Si, B, P
i położenia
Al2O3-Cr2O3, NiO,
Fe2O3, ZrO2
czujniki (sensory), przekaźniki
i podzespoły w układach
elektronicznych
warstwy Ti-Ni
oraz Cu-Zn-Al
mikroaktuatory oraz elementy
mikrorobotów
stopy Fe-Cr-Ni
implanty w chirurgii i ortopedii
Czujnik prędkości obrotowej
Czujnik ruchu
Piezoelektryczny
rezonator ceramiczny
Noktowizor
z iluminatorem
podczerwieni
System sterowania oświetleniem
PODSUMOWANIE
Stale rozwijająca się technika wymaga stosowania
materiałów o niezwykłej kombinacji własności. Materiały
inżynierskie - nawet po zastosowaniu w stosunku do nich
wielu zabiegów poprawiających ich własności mechaniczne,
fizyczne, użytkowe i technologiczne - nie spełniają wymagań
dzisiejszych czasów. Dlatego też współczesne produkty
składają z wielu elementów wykonanych z różnorodnych
materiałów spełniających określone funkcje.

Techniczne zastosowania materiałów inżynierskich

Transkrypt

Podobne dokumenty

Struktura krystaliczna i amorficzna metali Podstawy nauki o