UNIVERZITET U BIHAĆU TEHNIČKI FAKULTET BIHAĆOdsijek: MAŠINSKI

SEMINARSKI RADIZ NOVIH MATERIJALA

PRIMJENA KERAMIKE U MAŠINSKOJINDUSTRIJI

Prof. Dr.: Fuad Ćatović Student:Asistent: mr. Razija Begić Mirsad Dizdarević Br. Indexa: 827

UVOD

Kada se govori o primjeni aluminijum-oksidne keramike treba napomenuti da su izvanredna svojstva ovog materijala, kao što su visoka tvrdoća, hemijska inertnost, termičke, mehaničke, dielektrične i druge osobine, omogućila široku primjenu aluminijum-oksidne keramike u različitim industrijama. Pošto je veoma široka primjena ovog tipa keramike, proizvode date u ovoj informaciji treba posmatrati kao tipične primjere standardnih proizvoda od aluminijum-oksidne keramike.

2

PRIMJENA KERAMIKE U MAŠINSKOJ INDUSTRIJI

- Dijelovi za vučenje i vođenje žice

Keramički dijelovi za vučenje i vođenje žice, u odnosu na ranije korištene materijale, obezbjeđuju duži vijek trajanja, mogućnost rada kod većeg broja obrtaja, održavanje kvaliteta žice i najekonomičnije korištenje mašina.Oblast najveće primjene je industrija kablova i žice ali i razne druge industrije.

Slika 1: Dijelovi za vučenje i vođenje žice

- Zaptivni prstenovi, konstrukcioni dijelovi pumpi i ventila

Svojstva keramike, kao što su velika tvrdoća, otpornost na habanje, otpornost na koroziono djelovanje većine kemikalija, visoka čvrstoća na istezanje, savijanje i pritisak i apsolutna vakuum nepropustljivost omogućavaju izradu dijelova pumpi koje se koriste u teškim radnim uslovima.Oblast najveće primjene su proizvođači pumpi za: motornu industriju, kemijsku industriju i ostale namijene.

3

Slika 2: Zaptivni prstenovi i konstruktivni dijelovi pumpi i ventila

- Dizne za različite namjene

Dizne izrađene od alumina keramike otporne su na abraziju, visoke temperature i utjecaj korozionih agenasa, te zbog tih svojih svojstava imaju široku primjenu kod elektro-lučkog zavarivanja u struji argona, piješčarenje i sušenje raspršivanjem.Oblast primjene je kod zavarivanja, livenja, u kemijskoj industriji i raznim drugim industrijama.

Slika 3: Dizne različite namjene

- Izrada ležiša i ventila motora

Za klasične metalne materijale razvijaju se nove tehnologije oblikovanja na gotovo konačan oblik – metalurgija praha, injekcijsko prešanje metala, istiskivanje u tjestastom stanju, precizno i tlačno lijevanje i dr. Za alate i dijelove izvrgnute trošenju koriste se oksidne i sve više neoksidne vrste tehničke keramike.

4

Postupci modificiranja i presvlačenja dijelova mašina i alata omogućuju bitno povećanje trajnosti.

Slika 4: Keramička ležišta

U težnji da automobili i druga vozila imaju što manju masu, što veću sigurnost i uz to što nižu cijenu, raste udio primjene čelika povišene čvrstoće, polimernih materijala, aluminijskih i magnezijskih legura te tehničke keramike i sl.Keramika je također našla svoju primjenu i kod ventila motora, posebno keramika od cirkonij-oksida. To je najčešći slučaj kod tankih slojeva na metalnim podlogama.

Keramika je našla primjenu i kod: - košuljice cilindra, - mjernih alata i ventil uređaja koji rade u agresivnoj okolini, - obloge mlinova i kugle za mljevenje itd.

Na slijedećoj slici je dat prikaz ventil motora, gdje je primjenjena keramika:

Slika 5: Ventili motora

5

- Keramička tijela za miješanje i mljevenje

U poređenju sa ranije korištenim tijelima za mljevenje i miješanje, alumina keramički proizvodi smanjuju vrijeme mljevenja za 35 – 55 %. Osim toga, korištenjem ovih proizvoda postiže se ravnomijerna raspodijela čestica, eliminiše se zagađivanje medija, osigurava duži vijek trajanja i lakše čišćenje. Obloga od alumina keramike na opremi za prenošenje materijala kao što su željezne rudače, koks, klinker, ugalj i drugi materijali koji utiču na habanje i koroziju, produžavaju vijek trajanja ove opreme. Može se reći da se svi dijelovi sistema koji su izloženi visokoj temperaturi, abraziji i koroziji oblažu sa alumina keramikom u cilju produženja trajnosti i dobivanja zahtjevani kvaliteta u pojedinim procesima proizvodnje. Oblast najveće primjene su razne industrije.

Slika 6: Keramičke kugle i obloge

- Visoko temperaturni zaštitni i izolacioni dijelovi

Izolacioni dijelovi od alumina keramike posjeduju visoku električnu otpornost i čvrstoću kod viših temperatura. To obezbijeđuje veliku prednost kod primjene ove keramike na višim temperaturama u odnosu na druge izolacione materijale, koji u ovim radnim uslovima omekšavaju i gube svoja izolaciona svojstva.Osim toga, otpornost na visoke temperature i uticaje korozione sredine pruža mogućnost primjene alumina keramike kao zaštitinih elemenata u veoma otežanim radnim uslovima.

6

- Laboratorijski pribor

Laboratorijski pribor od alumina keramike primjenjuje se kod ispitivanja procesa sinterovanja, kalcinacije, topljenja stakla, rasta kristala i drugih kristala gdje se zahtjeva visoka otpornost na uticaje agresivnih medija i rad na visokim temperaturama u oksidacionim i jako redukcionim atmosferama.

Slika 7: Laboratoriski pribor

- Keramički elementi za tekstilnu industriju

Vođice za niti i svi ostali dijelovi koji su izloženi habanju izrađuju se od alumina keramike.

Slika 8: Vođice i klizači

Odlikuju se izvanrednom otpornošću na habanje i glatkim dodirnim površinama, te ne dolazi do oštećenja nagomilavanja i zapetljavanja tekstilnih niti.

7

- Keramika u elektrotehnici

Pod pojmom elektronska keramika podrazumijevamo sve keramičke proizvode čije električne, magnetne pa i optičke, ponekad i mehaničke, osobine mogu da se koriste za elektronske ili električne primjene.Razlika između elektonske i električne keramike je velika, kako po materijalima koji se koriste, osobinama, namjenama, cijeni, serijama i ukupnom učešću u suvremenoj keramici. Elektromehanička keramika je od steatita, kordijerita, porculana, i sličnih materijala. Pored ovog izraza javlja se i izraz mikroelektronska keramika pod kojim podrazumijevamo keramiku u integrisanim kolima.Značaj i uloga suvremene keramike u elektronici, posebno mikroelektronici je u tome što većina elektroničkih uređaja danas nije zamisliva bez keramičih materijala i komponenata. Sve primjene mikroelektronike zasnovane su na keramičkim materijalima. Suvremena keramika u elektronici omogućava minijaturizaciju.Osobine električne, optičke, magnetne, suvremene keramike su: dielektričnost, elektronska polarizacija, elektroprovodljivost, piezoelektričnost, električni histerezis, električni otpor i dr. Optičke osobine keramike su: boja, providnost, mogućnost odbijanja svijetlosti i dr. Magnetne osobine su: permeabilnost, magnetni histerezis, koercetivnost i dr.Veoma je mala uloga suvremene keramike, ali među suvremenom keramikom i elektronikom postoji veoma jaka i neraskidiva međusobna uslovljenost, interaktivnost i recipročan utjecaj. Kao što elektronika ne može bez suvremene keramike, tako ni keramički materijala nema bez elektronike koja je ugrađena u sve tehničko – tehnološke procese i uređaje kojima se brže, jeftinije i uspješnije proizvode suvremeni keramički proizvodi. Keramika u elektronici ima i niz prednosti pred drugim materijalima kao npr.: laku hibridizaciju, stabilnost u raznim nepovoljnim uslovima, vatrostalnost, električnost u kompozitima, visoku dielektričnost, otpornost na upijanje vlage što i omogućava njenu masovnu primjenu u elektronici.Na slijedećoj slici je prikazan primjer primjene keramike kod izrade kondenzatora, što je i najčešći primjer primjene u elektronici.

Slika 9: Keramički kondenzatori

Kako keramika ima veoma veliki električni otpor, otporna je na visoke temperature i ima dobru termalnu provodljivost, stoga se keramika primjenjuje u izradi elemenata koji u svojoj primjeni moraju imati navedena svojstva. Tu posebno treba spomenuti keramičke otpornike bez kojih niti jedan elektronski sklop ne bi bio moguć. Keramički otpornici najviše se koriste u visko naponskim sklopovima. U proizvodnji tih elemenata najviše se koristi

8

aluminij-oksidna keramika, kao i za izradu izolatora u električnoj industriji, izolatore peći, izolatore svjećica kod sistema paljenja motora.Keramika je također našla primjenu kao izolatori u visokonaponskoj mreži.Razvoj u ovoj oblasti je dinamičan, jer su i gubici električne energije u primarnoj i sekundarnoj mreži velike.Suvremena keramika se u prijenosu i distribuciji energije počinje primjenjivati zamijenjujući čelična jezgra nadzemnih vodova, koji su tad istovremeno i jeftiniji. U ovaj kompleks primjene keramike ulazi i automatizacija proizvodnje i potrošnje električne energije.Od ove keramike se izrađuju podzemni vodovi koji su potpuno otporni na djelovanje vlage i vode, na kemikalije i koroziju.Primjena keramike u energetici je i njena upotreba u svrhu konverzacije i čuvanje energije, termalne, a naročito električne. U većini postupaka skladištenja koristi se suvremena keramika: silicij – staklena matrica, gorivna ćelija, akumulator, superprovodljivi magneti.

- Keramika u medicini

Već je rečeno da sve keramičke materijale u ovoj upotrebi dijelimo na inertne, materijale sa osobinom resporcije i površinske aktivne. Neki od keramičkih materijala , ovisno od toga što njima želimo postići, imaju samo neke od ovih osobina, a neki sve te osobine. Iz mnogih keramičkih materijala izdvojeni su oni na kojima su istraživanja najviše koncentrirana, a to su: ugljik, alumina, hidroksiapatit, kalcijumfosfat, trinatrijumfosfat, specifične staklene komponenete i različiti kompoziti i prevlake.

Primjena keramike u medicini možemo podijeliti u 7 područja i to:1. Ortopedske primjene keramike (koštani elementi, tetive i ligamenti)2. Dentalne upotrebe i alveolarne rekonstrukcije3. Kardiovaskularne upotrebe keramike4. Perkutane i dermatološke upotrebe keramike5. Hirurške upotrebe keramike6. Biotehničke upotrebe (biočipovi, biokompijutori i sl.) keramike7. Ostale upotrebe keramike

- Ortopedske primjene keramike

Ovo je najčešće spominjana i najviše korištena upotreba keramike u oblasti medicine. Boun implant (implantati kostiju) u koljeno, zglobove, proteze za kukove, kao ortopedske pločice ili šipke za unutrašnju stabilizaciju u lomovima drugih kostiju, kao trake za premoštavanje kod obnavljanja i zamjenu tetive i ligamenata, kao granule za istrošena koštana tkiva. U ovoj upotrebi keramika se ne koristi samo kao zamjena ili nadomiještavanje istrošenih tkiva kostiju, već ima i pomoćnu ulogu u srastanju kostiju poslije lomova ili operacija tetiva i ligamenata poslije njihova prsnuća. U ovim primjenama keramika je uspiješno zamijenila metale i druge materijale. Kada se u tkivo organizma implantira bilo koji materijal svi materijali dobijaju odgovor od tkiva tj. nijedan materijal nije potpuno inertan. Postoje 4 tipa reakcije organizma od kojih svaki traži različite materijale da bi ugrađena proteza u muskulatorno – skeletnom sistemu uspiješno izvršila svoju funkciju.Većina keramički materijala u ortopedskim upotrebama pokazuje da su mnogo krući od kosti i da imaju malu jačinu otpornosti na lom. Zato je jedan od pravaca za dobijanje materijala

9

analognih kostima da se poveća ukočenost tih materijala kao što je sintetički polimer. Može se postići da mehaničke osobine materija budu čak i superiornije od materijala kosti.Na slijedećim slikama ćemo prikazati nekoliko primjera primjene keramike u medicini:

Slika 10: Vještačka i prirodna bočna kost (kuk) i Keramički kuk

Slika 11: Razne vrste keramičkih Slika 12: Karlični zglob Implatant glavica

10

Slika 13: Koljeno zglob Slika 14: Razne vrste keramičkih zglobova

Slika 15: Ilustracija vještačkog Slika 16: Ilustracija rada srčanog Koljena zaliska

Keramika je u dentalnim primjenama najstarija od svih sintetičkih materijala. Danas je to svakodnevnica da se materijali od keramike ugrađuju u ljudsko tijelo.Keramika je također našla primjenu i u kardiovaskularnoj medicini, dijelovi srca ili cijelo srce, dijelovi veći i manji krvnih sudova.Na slijedećim slikama su prikazani izgledi zalistaka i proteze kod srca.

11

Slika 17: Srčani zalizak Slika 18: Umjetni mitralni zalizak Zamijenjen protezom

Slika 19: Vještački srčani zalizak

Vidna je upotreba keramike kod izrade pejsmejkera. Keramika se isto tako primjenjuje kod očnih usadaka. Nedostatak ovih usadaka je cijena samog usadka i još nekih popratnih radnji kao što su bušenje rupice za čep, viještačko oko i drugo.

Slika 20: Grafički bočni prikaz koraljnog usadka

12

- Ostale primjene keramike

Keramika je zbog svojih osobina pronašla veliku primjenu u izradi elemenata za kupaonice, kuhinjskog posuđa, građevinskog materijala, zidnih i podnih elemenata itd. Najbolji prikaz keramike dat je na slici gdje se jasno vidi broj tvrtki koje u izradi elemenata koriste keramiku kao osnovni materijal.

Slika 22: Primjena keramike u ostalim branšama

Trend primjene keramike će se nastaviti, zbog činjenice da iste imaju dobre osobine. Keramika je našla primjenu u svim sferama ljudskog privređivanja i za očekivati je da se taj vid primjene poveća.Primjena u mašinskoj industriji, pa i automobilskoj je u usponu i stalno je u rastu. Keramika je posebno pogodna na mjestima gdje se radi na visokim temperaturama, kemikalijama i plinovima, što dovodi do efikasnosti rada postrojenja. Upotreba keramičkih toplotnih izmjenjivača svugdje gdje je moguće obnavljanje otpadne toplote pokazuje veliku korist.Imamo primjenu keramike u fisijskim reaktorima i to kao gorivo, pregradno zidovi, obloge za zaštitu, rotori vakuum pumpi, kontejneri za nuklearni otpad, cijevi i reaktori i sl.

13

ZAKLJUČAK

Primjena keramike je jedan veoma bitan faktor, kada govorimo o primjeni keramike kao materijalu budućnosti.Veliki akcenat se stavlja na kontrolu dimenzija i oblika gotovih komada. Treba uzeti u obzir da je keramika veoma krt materijal pa iz tog razloga treba posebnu pažnju obratiti na kontrolu pukotina keramičkih dijelova, posebno onih koji rade na mjestima sa velikim opterećenjem.Keramički materijali postepeno nalaze sve širu primjenu u mašinskoj industriji kao i u ostalim oblastima tehnike jer zadovoljavaju dosta kriterija koji se od njih traže.Sve nam ovo govori da će keramika u veoma skoroj budućnosti osigurati svoje mjesto u svim granama nauke industrije i tehnike.

14

LITERATURA

1. Prof. Dr. Fuad Ćatović NAUKA O MATERIJALIMA NOVI MATERIJALI

Mostar – Bihać, 2001 god. 2. www.azom.com

15

SADRŽAJ

Uvod…………………………………………………………………………………………....2Zaptivni prstenovi, konstrukcioni dijelovi pumpi i ventila…………………………………….3Dizne za različite namjene……………………………………………………………………..4Izrada ležišta i ventila………………………………………………………………………….4Keramička tijela za miješanje i mljevenje……………………………………………………..6Visoko temperaturni zaštitni i izolacioni dijelovi…………………………………………...…6Laboratorijski pribor…………………………………………………………………………...7Keramički elementi za tekstilnu industriju…………………………………………………….7Keramika u elektrotehnici……………………………………………………………………...8Keramika u medicini…………………………………………………………………………...9Ortopedske primjene keramike………………………………………………………………...9Ostale primjene keramike…………………………………………………………………….13Zaključak……………………………………………………………………………………...14Literatura……………………………………………………………………………………...15

16