Elektronikai technológia 2.

Az előadások a következő témára: "Elektronikai technológia 2."— Előadás másolata:

1 Elektronikai technológia 2.
1.Alapanyagok technológiája: fémek, félvezetők, szigetelők. Műanyagok, kerámiák, lakkok. 2.Anyagok mechanikai, termikus tulajdonságai. 3.Korrózió.

2 Alapanyagok gyártása Fémkohászat Kerámiák gyártása
Vas, acél, alumínium, réz Kerámiák gyártása Kristályos, amorf, speciális kerámiák Kompozit (társított) anyagok feldolgozása Műanyagok előállítása és feldolgozása Hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagok, elasztomerek

3 Fémkohászat Vas- és acél gyártás Alumínium gyártás
Réz- és szinesfém kohászat

4 A fémkohászat főbb folyamatai
Érc előkészítés (törés, őrlés, szétválasztás) Nyers fém kinyerése A nyers fém finomítása Ötvözés Öntés kokillába

5 Vas- és acélgyártás Nyersvasgyártás Acélgyártás Az acélok utókezelése
A nagyolvasztó működése A nyersvas tulajdonságai Acélgyártás Konverteres Ívkemencés, indukciós kemencés Az acélok utókezelése Vákuumozás Műveletek öntés közben

6 Vas- és acélgyártás folyamata
Folyamat: a vasércek redukálása pirometallurgiai eljárással Kiinduló anyag: Mágnesvasérc (Fe3O4) % Vörösvasérc (Fe2O3) % Barnavasérc (2FeO.3H2O) 30-50% + Hulladékvas (FeS2 (pirit); CoAsS-kobaltit, (Fe,Ni)O(OH)(H2O)n-Fe-Ni-limonit) Végtermék: nyersvas

7 Az olvasztó működése: Adagolás: érc, koksz, salakképző anyag (mészkő, dolomit- CaO+MgO+SiO2+Al2O3- csökkenti az olvadási hőmérsékletet) Hőenergia ellátás: koksz (80%C+SiO2+...), befújt levegő ( Co) Folyamat: a vasoxid redukciója Fe2O3 → Fe + O Direkt: C → CO Indirekt: CO → CO2 Termék: nyersvas, kohósalak, torokgáz Indirekt redukció 3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 Direkt redukció: hasonló folyamatok, de a C redukál, miközben CO-vá alakul

8

9

10 A nyersvas összetétele
C% Mn% Si% S% P% Öntészeti 3,5-4,0 <1,0 1,5-3,0 <0,06 0,3-2,0 Acél-nyersvas 3,5-4,5 0,4-1,0 <1 <0,04 0,1-0,3 Acélgyártás: Konverteres (Bessemer, LD) Elektro-acélgyártás (ívfényes, indukciós) Folyamata: a nyersvas karbon tartalmának és a káros szennyezők koncentrációjának csökkentése. Si, Al adagolás az acélgyártás végső fázisában. Hatására a vasoxidból szilicium-dioxid vagy aluminium-oxid keletkezik, amely a salakba távozik. Öntéskor az acélban nem keletkeznek gázhólyagok – ez a csillapított acél Kiinduló anyag: Acélnyersvas Végtermék: ,25-0,3% C-tartalmú acél Előnyök: Szilárdság és szívósság növekedés Alakíthatóság javulás Új tulajdonságok Egyszerűen: az acél a vas és szén ötvözete, de csak kb.7% C tartalomig elemzik a fázis diagramot.

11 Magnetic properties: α -ferrite is magnetic below 768 °C, austenite is non-magnetic Three types of ferrous alloys: • Iron: less than wt % C in α−ferrite at room T • Steels: wt % C (usually < 1 wt % ) α-ferrite + Fe3C at room T • Cast iron: wt % (usually < 4.5 wt %) α-ferrite - solid solution of C in BCC Fe • Stable form of iron at room temperature. • The maximum solubility of C is wt% • Transforms to FCC γ-austenite at 912 °C 􀂾 γ-austenite - solid solution of C in FCC Fe • The maximum solubility of C is 2.14 wt %. • Transforms to BCC δ-ferrite at 1395 °C • Is not stable below the eutectic temperature (727 ° C) unless cooled rapidly 􀂾 δ-ferrite solid solution of C in BCC Fe • The same structure as α-ferrite • Stable only at high T, above 1394 °C • Melts at 1538 °C 􀂾 Fe3C (iron carbide or cementite) • This intermetallic compound is metastable, it remains as a compound indefinitely at room T, but decomposes (very slowly, within several years) into α-Fe and C (graphite) at °C

12

13 Acél termékek (összetétel szerint): Ötvözetlen acélok
Alakformálás: Acélöntvény Tuskó öntés után hengerelt termékek Folyamatos öntés után rudak, csövek, idomacélok, huzalok Finomított, ötvözött tömbök Acél termékek (összetétel szerint): Ötvözetlen acélok Gyengén ötvözött acélok (ötvöző % < 5%) Erősen ötvözött acélok (ötvöző % > 5%) Ötvözők: Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, W, Co Felhasználás: Szerkezeti acélok Szerszám acélok Elektrotechnikai acélok

14

15 Elektrotechnikai acélok
Vas – kitűnő ferromágneses anyag, nagy a szaturációs indukciója. (miközben a Bs nem változik sokat, a Hc –akár több nagyságrendet!) lágymágneses (kis Hc ), keménymágneses (nagy Hc), speciális kis C- tartalmú és Si-tartalmú C 0,1 % , Si 0,8-4,8% (összadalék 1 %) (Si-adalékolás – ellenállás növelés, kisebb örvényáramok, veszteségek, de mechanikailag törékenyebb). Hőkezelés- „lágyítás”- védeni kell! Lemez 0,2-4mm állandó vagy alacsonyfrekvenciás mágneses terek (trafók, motorok) max= , Hc = A/m, (de adalékolással lehet akár max= !) (Fe+Ni 20-80%) Öntött : Fe-Ni-Al, Fe-Ni-Al-Co, (mágneses szemcsék nemmágneses Ni-Al kötőanyagban) Mások: Co-V, Cu-Ni-Fe (52% Co+11% V+37%Fe) –régi mágneses szalag Porkohászati: bárium ferrit BaO.6Fe2O3 és kobalt ferrit CoO.Fe2O3 Alkalmazás: állandó mágnesek. Plasztikusan deformálható, mágneses tárolók, szögletes hiszterézis, Mg-Mn-Ca, Ni-Fe-Co-Mo,.... További technológiai kutatások: nagyobb max, B max, Hc, stabilitás, frekvencia.

16 Az alumínium gyártás folyamatai
Érc: bauxit (Al2O3+Fe2O3+SiO2+H2O...)( Bauxit előkészítés: őrlés, vizes mosás (tisztítás), szárítás) Ebből hidrometallurgiai és pirometallurgiai eljárással timföldet (Al2O3) állítanak elő (Bauxit feldolgozás: Nátronlúgos kezelés Co-on, ekkor nátriumaluminát keletkezik - NaAl(OH)4 Vörösiszap leválasztás Hűlés után kristályos alumíniumhidroxid – Al(OH)3 keletkezik Ezt Co-on izzítva kapják a timföldet – Al2O3 ) A timföld elektrolízisével (elektrometallurgiai eljárással) választják le az alumíniumot (Folyamat: elektrolízis katód: grafit bélésű kád, anód: grafit rúd, elektrolit: maga a betét Betét: kriolit (Na3AlF6) + 6…8% Al2O3 Technológiai paraméterek: Hőmérséklet: Co Egyenáram: U=4…5 V; I= 50…250 kA ! Kiválások: Katódbélésen az alumínium olvadék Grafit anódon az oxigén (erős fogyás) Csapolás időszakosan (98,5…99,5% Al)

17 Anyagmérleg: 4 t bauxit - 2 t timföld -1 t alumínium
Energia igény: kWh/ 1 t kohóalumínium kWh/ 1 t finomított alumínium Öntvények , Rudak, csövek, Lemez, szalag, fólia Alakos munkadarabok (kovácsolás, folyatás, lemezalakítások) Előnyök: jó hő- és elektromos vezető, korrózióálló, könnyű

18 Alumínium huzal : adalék tartalma nem több, mint 0,5% .
Ha 0,001%, a fajlagos ellenállás  0,0263 .m ! Könnyen hengerelhető –fólia (kondenzátorok) Forrasztás – oxid eltávolítása. Ötvözetek: Al+ Cu2%+ Mg 1,4-1,5%+Si 0.5-1,2%+Fe 0.3%+Ni0,8% - magashőmérsékletű, turborektív hajtóművek , dugattyúk Al+ Si % - silumin, kerekek, szerkezetek, jól önthető

19 A RÉZ, EZÜST ÉS ARANY GYAKORISÁG ÉS ELŐFORDULÁS
Viszonylag ritkák, de az emberiség által régen felhasznált fémek (jól dúsulnak, könnyen kinyerhetők); Elemi állapotban is előfordulnak (Au), kvarc vagy pirit ásványokban, de a Cu és Ag esetén az ércek fontosabbak; A tengervíz Au tartalma 4 μg/l ( t Au/Földközi tenger); CuFeS2 – kalkopirit, CuCO3∙Cu(OH)2 – malachit, Ag2S – argentit ELŐÁLLÍTÁS Cu: szulfidos ércek pörkölése + SiO2 (Fe2(SiO3)3-ba viszi a vasat) 2CuFeS2 →Cu2S + Fe2O3 + 3SO2 (pörkölés, O °C) 2Cu2S + 3O2 →2Cu2O + 2SO2 (részleges oxidálás) 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 Ag: Pb-, Zn-, Cu-gyártás melléktermékeként vagy ciánlúgozással 4Ag + 8NaOH + O2 + 2H2O →4Na[Ag(CN)2] + 4NaOH majd Zn-kel cementálás Au: fizikai tulajdonságai alapján különítik el a meddőtől (aranymosás, amalgámozás) illetve ciánlúgozással

20 Réz előállítás Érc: kalkopirit (CuFeS2)
Ebből őrléssel, tisztítással és pirometallurgiai eljárással komplex oldatot állítanak elő (Cu2S, FeS, Fe3O4) Az olvadékból nyert kéneskő-ből leválasztják a rezet A nyers rezet elektrolízissel finomítják Elektrolitréz – villamos vezetékek Csövek, rúdak, szalagok Öntvények Alakos munkadarabok Előnyök: jó vezető, ellenáll az oxidációnak, sokoldalúan használható

21 A réz vagy alumínium alaphuzalokból, úgynevezett huzalhúzással azaz üregben való többszöri áthúzással készülnek az erek gyártására felhasznált huzalok. Ezek legkisebb átmérője 0,02mm is lehet. A technológiai okokból szükséges lágyítást gyártás közben végzik el. A lágyítás hőmérséklete alumínium húzása esetén °C, míg a réznél °C lehetséges. A hidegen húzott huzal úgy készül, hogy az alaphuzalt megfelelően kiképzett, fokozatosan szűkülő nyílású húzószerszám sorozaton húzzák át. A húzószerszám anyaga keményfém, vagy gyémánt lehet.

22 Rézhuzalok. A kis keresztmetszetű huzalok az elektrotechnikai kapcsoló- és vezerlő elemek tekercseinek alapanyagát képezik, a nagyobb keresztmetszetű huzalok pedig gyenge- es erősáram vezetékhuzalként széles körben nyernek alkalmazást. Továbbá villamos ipari (motortekercselési) célra alkalmaznak lapos és négyszögszelvényű csupasz huzalokat. Az elektromos vezetékhuzalok fajlagos elektromos vezetőképessége 2 mm-és lágy huzalon 20°C-on mérve: min. 58 MS/ m. Speciális termék az ezüsttel mikro ötvözött rézhuzal, amely nagy szilárdsága és magas újrakristályosodási hőmérséklete révén különösen alkalmas légvezetékekhez, es 3-400°C munkahőmérsékletű villanymotorok tekercselésére. Vonatkozó szabványok: EN12166 Anyagminőségek: DIN 1787, 17666 MSZ 64-1 BS 2873 Mechanikai es villamos tulajdonságok: DIN 40500/4 MSZ 64/5 Mérettűresek: DIN 1757 MSZ 1567, 1568, 4956, 7801

23 ÖTVÖZETEK: intersticiós: kevés, az atomok mérete, a rácstípus fontos
Szubstituciós szilárdoldatot alkotó elemek példái: Réz + Ni %, + Zn -39 %ig sárgaréz (ha több –kétfázisú lesz) + Mn -100%, Cd -3,7%, +Ni44%, Mn1% - konstantán (ρk=20 ρr !) +Sn 3-10% -ónbronzok (zöldes patina=oxid), Cu+6%Sn+8%Cd, +Sn 6,5% +P 0,15% +Al 6-10%+ Ni 1-6% + Fe 1-5% alumíniumbronzok, (alpakka) CuNi10Fe1Mn – kopásálló pénzérmék DE: eutektika –heterofázisú anyag, további ötvözetek is(lásd vas példája) Sárgaréz huzalok A kétalkotós sárgaréz huzalok az ipar egész területén felhasználhatók: különböző alkatrészek, szegecsek, csavarok készülnek belőlük. Az ólommal ötvözött háromalkotós sárgarezek jól megmunkálhatók forgácsoló eljárással, ezért különböző alkatrészek, szerelvények készülnek belőlük. A sárgaréz huzalok külön csoportja a szilíciumot tartalmazó forrasztóhuzal (SG-CuZn40Si), amelyet szintén széles körben alkalmaznak.

24 Bronz

25 Kétalkotós sárgaréz huzalok:
Vonatkozó szabványok: Anyagminőségek: EN 12166 DIN 1733, 17660 MSZ 770-1 ASTM B 134 BS 2873 Mechanikai tulajdonságok: EN 12166 DIN 17677 MSZ 770/5 Mérettűresek: EN 12166 DIN 1757 MSZ 4956, 7801 ASTM B 250

26 Az így elkészült réz vagy alumínium huzalok alkalmasak különféle kábel ér szerkezetek összeállítására, melyek lehetnek tömör, vagy sodrott kivitelűek. Például ha a húzás utolsó fázisában végtermékként kapott 1,38mm átmérőjű réz huzalt PVC szigetelő anyaggal leszigetelünk egy H07V-U 1x1,5mm2 (MCu) típusú tömör erű vezetéket kapunk. Amennyiben 0,25mm átmérőjű huzalokból 30 szálat összesodrunk és azt szigeteljük le hasonló módon akkor H07V-K 1x1,5 mm2 (Mkh) típusú sodrott erű hajlékony vezeték lesz a termékünk A kábel ér szerkezeteinek kialakítását elsosorban a felhasználói igények és a gyártási technológia határozza meg. Tömör ereket gyártanak azon kábelekhez, melyek beszerelés után rögzített állapotban fix helyen látják el funkciójukat például a lakásunk falaiban húzódó vezetékek többsége ilyen H07V-U (MCu). Sodrott erekkel azok a termékek készülnek ahol fontos a hajlékonyság, illetve a kábel használata során mozgásnak, rázkódásnak van kitéve. Ezek közé tartozik a H05VV-F (MT) mellyel a háztartási gépeink vannak csatlakoztatva a fali konnektorhoz.

27 A TITÁN ÉS VEGYÜLETEI GYAKORISÁG ÉS ELŐFORDULÁS
A 9. leggyakoribb elem, önálló oxidos feldúsulásai ismertek. TiO2 – rutil, FeTiO3 – ilmenit ELŐÁLLÍTÁS Nehézségek: oxigénhez való affinitás, reakcióképesség a N,H, és C-nel Kroll eljárás: klór-metallurgia (900 °C) TiO C + 2Cl2 → TiCl CO FeTiO C + 7Cl2 → 2TiCl4 + 2FeCl CO A TiCl4 és FeCl3 frakcionált desztillációval szétválasztható, majd Ar atmoszférában Mg-mal redukálható: TiCl Mg → Ti + 2MgCl2 ( °C) FELHASZNÁLÁS szerkezeti anyag (Ti, Ti-Al ötvözet: korrózióálló, kis sűrűségű (repülőgépipar, rakéta és űrtechnika, vegyipari berendezések)

28 A VANÁDIUM ÉS VEGYÜLETEI
GYAKORISÁG ÉS ELŐFORDULÁS mint páratlan rendszámú elem, ritkább a szomszédainál (Harkins-Oddó szabály); gyakran más ércek kísérőjeként fordul elő PbCl2∙2Pb3(VO4)2 – vanadinit, K2(UO2)2(VO4)2∙3H2O – karnotit, kőolajokban, élőlényekben (tuniciták, gombák) is feldúsulhat ELŐÁLLÍTÁS V-érc +Na2CO3 +NaCl (800 °C) →NaVO3 (kioldás +H2SO4)→V2O5 vas jelenlétében Al-mal, vagy FeSi-mal redukálják → ferrovanádium VCl5 redukciója H2-nel vagy Mg-mal; V2O5 redukciója Ca-mal FELHASZNÁLÁS acélötvöző (V4C3 képződése, a vas C tartalmával: kopás- és hőállóság)

29

30 A KRÓM, MOLIBDÉN ÉS VOLFRÁM
GYAKORISÁG ÉS ELŐFORDULÁS a Cr előfordulási gyakorisága hasonló a vanádium és a klór gyakoriságához, a Mo és a W gyakorisága 2 nagyságrenddel kisebb. ércei: FeCr2O4 – kromit; MoS2 – molibdenit; Ca(Mo,W)O4 – powellit; CaWO4 – schelit, (Fe,Mn)WO4 – wolframit ELŐÁLLÍTÁS ferrokróm ötvözőanyag előállítása (elektromos kemencében) FeCrO4 + 4C → Fe + Cr + 4CO alacsony C.-tartalmú ferrokróm előállításához a reakciót FeSi-mal végzik. tiszta Cr előállítás FeCrO4 + 8NaOH + 3,5 O2 → 4Na2CrO4 + Fe2O3 + 4H2O (1100 °C) Na2CrO C → Cr2O3 + Na2CO3 + CO Cr2O Al → 2Cr + Al2O3 Cr-bevonatok (galvanizálás): Cr2O3 kénsavas oldásával nyert oldatok elektrolízise Mo előállítása MoS2 (pörkölés) →MoO3 (H2, Al) → Mo + H2O W előállítás wolframit +NaOH (ömlesztés) → wolframát (sav) →WO3 (H2) →W porkohászat (magas op. miatt nem olvasztható meg, sajtolással tömörítik)

31 Egyéb szinesfémek Magnézium: Cink (horgany, Zn) Ólom Ón Nikkel
Eljárások: Általában dúsítás, tisztítás, pörkölés Kiválasztás elektrolízissel Magnézium: Alapanyag: magnezit ásvány (MgCO3) vagy tengervízi sók (MgCl2) kiválása A MgCl2 elektrolízisével állítható elő a Mg Előnyök: Ötvözve kiváló tulajdonságú könnyűfém Az alumínium ötvözetekben hasznos ötvöző

32 PLATINAFÉMEK Ru – Rh Pd Os – Ir – Pt – GYAKORISÁG, ELŐFORDULÁS
Igen ritka elemek ≤ 10-7%-ban fordulnak elő; Mégis a Pt több ezer év óta ismert, a többi csak éve; Elemi állapotban, vagy a Ni, Cu, Ag szulfidos, arzenides ércei kísérőjeként fordulnak elő. ELŐÁLLÍTÁS Nyers réz/nikkel (anód) kénsavas közegben elektrolízissel végzett tisztítása során az anódiszapba kerülnek a nemesebb fémek; Az anódiszap nyers fémkeverék elválasztása komplexeik eltérő sajátságai alapján ioncserés és folyadék-extrakciós módszerekkel lehetséges; Vizes kloridokból Zn-poros cementálással, kloro-komplexek hőbontásával, vagy H2-nel való redukcióval;

33 Ha a rendszert alkotó komponensek szilárdfázisban nem oldódnak, akkor azok eutektikumot alkotnak.
Eutektikum: heterogén anyag, amely mikroszkopikus részecskékből áll, de mégsem tekinthető mechanikai keveréknek, mivel a fázisok bonyolult fizikai-kémia kölcsönhatásban állnak. Au – Si rendszerben: 31% Si – 69% Au, 370 C-on dermedő eutektikum. Pb-Sn forraszanyagok: eutektikumok: Kemény forraszok: réz-cink, vagy ezüst ötvözetekből készülnek (54% Cu, 46% Zn, vagy 70% Ag, 26% Cu, 4% Zn). Ólommentes forraszok: 217 C olvadáspontú ón-ezüst-réz ötvözet (95,5% Sn, 3,8% Ag, 0,7% Cu).

34 Mechanikai tulajdonságok
Alakváltozás: szilárdság, képlékenység, feszültségek, folyáshatár, szakítószilárdság Feszültség:  = F/S (N/m2 =Paskal) ennek komponnsei – tenzort alkotnak F11, F12,.... Deformáció: nyújtás, összenyomás, nyírás , statikus és dinamikus Fajlagos hosszváltozás: ε= Δl/l Hooke törvény:  = E ε , azaz Δl/l = (1/E) .( F/S), E –rugalmassági (Young) modulus Cu: 12, N/m2, 1/G a csúsztató rugalmassági tényező Δd/d=-μ Δl/l , μ – Poisson-szám μ=0.33 (Cu) Függenek: az ötvözéstől, hőkezeléstől, mechanikai kezeléstől (diszlokációk száma) Mikrokeménység: mérése (Vickers, Brinell prizma) Szennyezők hatása a réz ellenállásának és szakítószilárdságára változására.

35

36 Termikus tulajdonságok
Hőkapacitás, fajlagos hőkapacitás: c=dQ/dT, J/kg.K (Debye-hőmérséklet felett Cv =3R, R-univerzális gázállandó) (Cu – 0,385 kJ/kg.K, Al- 0,896 kJ/kg.K, H2O – 4,14kJ/kg.K) Hőtágulás: Δl=l0 αl ΔT, térfogat növekedése. (Al – 23, K-1, Cu – 16, üveg – 8,1, PVC – 80, invár – 0,5 !) Hővezetés: w = -k . dT/dx (elektronok és fononok) (Cu -384 W/m.K, üveg – 0,7, PVC – 0,17 , berill kerámia 200 !)

37 Üvegek és amorf rétegek

38 Üvegek és amorf rétegek
Kvarcüveg: SiO2 Szilikátüvegek: kvarchomok SiO2, szóda Na2CO3, hamuzsír K2CO3, mészkő CaCO3, dolomit CaCO3·MgCO3, nátriumszulfát Na2SO4, bórax Na2B4O7, földpát Al2O3·6SiO2·K2O és további anyagok. A szilikátüvegek színét a megfelelő adalékok adják: a CaO kék színt, a Cr2O3 zöld, a MnO2 barna, az UO3 sárga színt kölcsönöz az üvegnek. (Edények:: SiO2 -55 %, Na2O- 16%, K2O- 2%, B2O3 2%, Al2O3- 19%, TiO2 4%) Üvegkerámia: SiO2 -56%, MgO- 15%, Al2O3- 20%, TiO2 -9% Technológia: örlés-keverés-olvsztás-formázás-hűtés (sík üveg – Guardian-Orosháza) Borátok, germanátok, fluoridok, Kalkogenidek: S,Se, Te-tartalmú anyagok Az amorf Si:H rétegekhez hasonlóan előállíthatók hidrogénezett szénrétegek (C:H), illetve bonyolultabb a-Si1-xCx:H, a-SixN1-x:H, a-Si1-xGex:H rétegek, rétegstruktúrák is. Amorf fém rétegek – hűtés K/s ! (Au-Si19%)

39 Kábelkiöntő masszaként alkalmazzák a kompaundokat.
Ezeket gyanták és töltők, plasztifikátorok keverékéből állítják elő . Hetinax papírból (szövetból-textolit) és bakelitgyantából rétegezett lemezanyag Kerámiák: többfázisú rendszer, amely a kristályos fázis mellett üvegszerű anyagokat és gázokat tartalmaz. Épitészeti, villamosipari,…… A kerámiák komponensei: természetes anyagok (kvarc, timföld), valamint egy sor oxid, fém karbonát. Oxid kerámiák, karbid, nitrid, borid, szilicid. Technológia: A finom szemcséjű port vizzel vagy folyékony szerves anyagokkal (polivinil szesz , parafin ) plasztifikálják. Kaolin: SiO2+Al2O3+H2O Préselés - szárítás – égetés ( C) (eltávolítjuk a vizet-maradnak a pórusok). Tűzálló (samott) tégla: SiO2 95%, CaO 3%, Al2O3 2%) Tmax = 1700 C. T növekedése „denszifikálja” a kerámiát, üveg fázis jelenik meg – csempe, porcelán. Gipsz: CaSO H2O = kristályos hidrát CaCO3, SiO2, agyag +…+ égetés = cement +H2O= di- tri- tetrakalcium szilikátok, aluminátok (3CaO+SiO2), ( 3CaO. Al2O3) = kristályos hidrátok +kö = beton

40 Az Al2O3-SiO2- CaO háromalkotós rendszer
portland cement CaO Az Al2O3-SiO2- CaO háromalkotós rendszer

41 Szigetelő porcelán. Alapanyagok: speciális agyagok, kvarchomok (SiO2) és földpát (Al2O3·6SiO2·K2O). Az égetés közben az agyag elveszti kristályos vizét, és reakcióba lépve a kvarchomokkal megalkotja a kristályos alapfázist, (3Al2O3·2SiO2) a mullitot. A kristályszemcsék közti réseket üvegszerű fázis tölti ki, amely a földpát olvadásakor keletkezik. Az üvegszerű fázis jelenléte biztosítja a porcelán nagy sűrűségét, vízhatlanságát, eléggé jó elektromos és mechanikai paramétereit.

42 Az alumínium-oxid kerámiák egyik fajtája a polikor, amely különösen tömör szerkezettel rendelkezik (sűrűsége megközelíti a tömör Al2O3 sűrűségét). A közönséges kerámiától eltérően a polikor áttetsző színű, ezért egyes speciális világítótestek gyártásában alkalmazzák. A nemfémes anyagok között a berillium-oxid (BeO) a legjobb hővezető (hővezetési tényezője egyenlő W/(m·K)), és hővezetése szer nagyobb, mint az üvegeké. De a BeO por toxikus! Steatit kerámia: egy természetes anyag – a talk (zsírkő) (3MgO·4SiO2·H2O) – alapján kapják, amely magas képlékenységgel rendelkezik. Ezen kívül még BaCO3 vagy CaCO3 karbonátokat tartalmaz. A kerámia égetésénél ez esetben MgO·SiO2 anyag keletkezik, a zsugorodás kicsi, dielektromos paraméterek jók. Villamossági porcelán paraméterei: Sűrűség kg / m3 Szakítási szilárdság, ( )x 105 N / m2 Fajlagos ellenállás, 1011 – 1012 Ohm·m Dielektromos permittivitás 7 – 8 Átütési feszültség, MV / m

43 Kompozit: két vagy több anyag keveréke, kombinációja, amelyek lehetnek szervesek és/vagy szervetlenek, fémek, dielektrikumok, stb. A kompozit : mátrix + egy-, két- vagy háromdimenziós komponensek (üveg+szén, kerámia+fém,….) Szakítószilárdság függvénye a szálak irányától egy szállal erősített kompozitban.

44 FÉLVEZETŐK – külön téma.

45 Polimerek, gyanták A polimer szénhidrogének között a legismertebbek:
a polietilén , a polisztirol és a polivinil-klorid, illetve poli(tetrafluor-etilén)-teflon H H etilen C C H H H H    C  C    H Cl n vinil-klorid (H2C=CHCl) polimerizációja F F    C  C  C   F F n Szilíciumszerves polimerek Epoxigyanták molekulái epoxi-gyűrűket tartalmaznak: O / \ H2C  CH        Si O SiOSi Paraméterek: lágyulási T, keménység, vezetőképesség, oldékonyság, képlékenység

46

47 KORRÓZIÓ – AZ ANYAGOK LEROMLÁSA
Alkotók reakcióí, polimer láncok széttörése, feloldódás és duzzadás : kerámiák és polimerek vegyi reakciói Elektrokémiai alapok: anód és katódreakciók -galvánkorrózió -repedéses korrózió -szemcsehatármenti korrózió -szelektív kilugozás -eróziós korrózió Fémek és ötvözetek oxidációja Al – maga oxidál és megvédi magát: Al2O3 !

48 107,87 g Ag kicsapódásához 1 A x 96500 s kell, vagy arányosan...
GALVANIZÁLÁS – fordított korrózió? – a fém ionokat kivonjuk az elektrolitból, hozzáadva elektronokat: Mn+ + n e-  M0 Kiszámíthatjuk a töltést: Egy mol atomra 6x = 1Faraday =96,5 C elektron kell. 107,87 g Ag kicsapódásához 1 A x s kell, vagy arányosan... Galvanikus cella: Zn-Cu 1,1V a nyitott áramkörben Elektródpotenciál : M-oldat Mérés: a hidrogén elektrodához képest ( a víz bomlása) H – H : 0 Fe-H : +0,44V, Cu-H:+0,34 Al –H: -1,66 anód katód M ionok e 2H2O + 2e-  H2 + 2(OH)- , O2 +2H2O + 4 e- = 4 (OH)- Vas oldódik: FeFe3+ , Fe3++ OH-  Fe(OH)3 - rozsda

49

50 Korrózióvédelem A vas megvédése: ötvözés Fe+Cr, Al, Si. Bevonatok: festék, elektrokémia, foszfátozás (H2PO4+Fe), műanyag Szerves: olcsó, hajlékony, de: nem hőálló, puha Fém (nemes): deformálható, oldatlan, termikusan stabil, de: repedéskor korrózió+ Kerámia: höálló, kemény, nincs kontaktpotenciál, de: törékeny, termikusan szigetel (huzalok melegedése....)

51 Lakkok: átitatás, fedés, ragasztás.
Meleg vagy hideg szárítás (polimerizálódás) Alap: természetes olajok, szintetikus, cellulóz szarmazékok Zománcok: lakk + töltő (TiO2, ZnO,....