Kerámia mázfejlesztés néhány eredménye a padlólapoktól a műszaki kerámiákig Puskás Nikoletta Témavezető: Dr. Gömze A. László Kerámia- és Szilikátmérnöki Tanszék Miskolci Egyetem PhD hallgatók anyagtudományi napja V. Veszprém, 2005. November 21.

Bevezetés Disszertáció témája: Műszaki kerámiák mázazása. Ehhez kapcsolódóan: mázakkal kapcsolatos PhD hallgatói / oktatói / kutatói (KK munkák) tevékenységem során elért néhány vizsgálati eredmény bemutatása, ismertetése.

Kerámia mázakkal szembeni általános kritériumok az alkalmazás során A biztonsági utasítás betartása mellett az egészségre ne legyen ártalmas A máz a felületre történő felhordáskor (mázazáskor) is és „olvadt” állapotban (égetéskor) is nedvesítse az alapkerámiát Hevítés és hűlés során az alapkerámiával közel azonos legyen a hőtágulási együtthatója - a maradó feszültségek elkerülése érdekében Az égetés után kellő mértékben kötődjön – tapadjon - a máz az alapkerámia anyagához (tapadószilárdság!)

A kész – kiégetett - mázbevonattal szemben támasztott legfontosabb követelmények jó tapadás az alapkerámiához, pórusmentesség, nagy felületi keménység, nagy kopásállóság, jó kémiai ellenálló képesség – kémiai rezisztencia, nagy felületi simaság, hő-sokk állóság, felhasználás szerint megkívánt villamos tulajdonságok, megfelelő esztétikai megjelenés, esztétikai érték növelés

Porcelán mázak fejlesztése (Herendi Porcelán-manufaktúra megbíz.) Feladat: Mikro- és makrokeménység növelése, Tapadószilárdság javítása, Fehérség – transzparencia – megtartása, biztosítása Elvégzett vizsgálatok: Karcvizsgálat Mikro- és makrokeménység mérés Mikroszerkezet elemzés (SEM)

Vizsgálati eredmények Legjobb tapadószilárdsághoz tartozó karcvizsgálati diagram: Fn=91N Legjobb mikrokeménység: 705 HVM

Karcnyom SEM felvétele

Padlólap-máz fejlesztése (Zalakerámia Rt.-vel közös kutatási project) Feladat: Fagyállóság (élettartam) növelése Mikro- és makrokeménység növelése (kopásállóság javítása) Hőfizikai tulajdonságok feltárása – hevítéskor keletkező mázolvadék nedvesítő hatásának javítása Alkotó komponensek hatásmechanizmusának feltárása Elvégzett vizsgálatok: Hevítőmikroszkópos vizsgálat Mikro- és makrokeménység mérés Koptatás Mikroszerkezet elemzés (SEM)

Padlólapokhoz használt (kifejlesztett) mázak, frittek A vizsgált anyag jele Alkotó oxid Mérték- egység M1 M2 M3 M4 M5 M6 F1 F2 F3 F4 MgO tömeg% 2,37 2,95 2,17 1,50 1,28 1,34 2,27 1,53 2,84 2,13 CaO 9,32 2,80 9,49 6,24 11,66 3,34 3,43 13,33 8,06 11,23 Al2O3 14,58 20,29 18,10 23,24 23,43 22,11 18,23 8,31 6,04 7,54 SiO2 49,71 53,10 53,84 54,58 46,60 63,30 60,63 63,24 64,69 59,8 K2O 0,97 4,44 3,64 0,86 1,98 2,57 4,68 3,22 2,32 3,89 TiO2 - 0,93 0,62 0,20 0,37 Fe2O3 1,96 0,67 0,59 ZnO 13,94 7,65 8,26 5,63 8,04 4,30 8,34 14,71 7,73 BaO Na2O 9,07 8,73 4,47 7,92 9,96 9,24 7,62

Néhány tipikus hevítőmikroszkópos vizsgálati eredmény M5 és M6 jelű máz F1 és F2 jelű fritt

Vizsgálati eredmények - különbségek A kiemelt anyagok összetétele Alkotó oxidok Mérték- egység M5 M6 F1 F2 MgO tömeg% 1,28 1,34 2,27 1,53 CaO 11,66 3,34 3,43 13,33 Al2O3 23,43 22,11 18,23 8,31 SiO2 46,60 63,30 60,63 63,24 K2O 1,98 2,57 4,68 3,22 TiO2 - 0,93 0,62 0,20 Fe2O3 1,96 0,67 0,59 ZnO 8,04 4,30 8,34 BaO Na2O 9,96 9,24

Vizsgálati eredmények - alumínium-oxid tartalom hatása a padlólap-mázak Mohs-féle keménységére

Vizsgálati eredmények - alumínium-oxid tartalom hatása a padlólap-mázak PEI-kopásállóságára

Műszaki kerámia mázak fejlesztése (Cerlux Kft Műszaki kerámia mázak fejlesztése (Cerlux Kft.-vel közös kutatási project) Feladat: Mázfejlesztés alumínium-oxid műszaki kerámiákhoz terülési tulajdonságok javítása Hőtágulási együtthatók különbségéből adódó repedések megszüntetése Mikrokeménység növelése GPa nagyságrendig Polírozott felület kiváltása Elvégzett vizsgálatok: Hevítőmikroszkópos vizsgálatok Mikro- és makrokeménység mérés Kopásállósági vizsgálat Karcvizsgálat Mikroszerkezet elemzés

A, N, M: alapkerámiák jelölése Kísérleti anyagok elem\m% A N M Mg 2,5 1,61 1,66 Al 77,53 87,03 83,87 Si 13,54 8,92 10,09 K 0,68 0,36 0,52 Ca 5,74 1,38 2,88 elem\m% alap máz hozzáadott anyag Mg 2,99 2,1 Al 15,85 78 Si 63,34 11,8 K 4,88 - Ca 12,95 1 Ba 4,9 Cr 1,7 Fe A, N, M: alapkerámiák jelölése Átvéve: Rigó Antal – Kovács Ernő István: Magas olvadáspontú és nagy mikrokeménységű mázak fejlesztése alumínium-oxid bázisú műszaki kerámiákhoz, TDK dolgozat, 2005.

Mázazott próbatestek 3 féle alapkerámia 40 mm átmérő, kb. 8 mm magasság 1100°C-os „zsengélő” égetés 7 féle összetételű máz magas Al2O3 tartalmú anyag bekeverése: 0, 5, 10, …, 30 %-ban mártásos technológia 1320°C-os mázas égetés

Kopásállóság növelése Átvéve: Rigó Antal – Kovács Ernő István: Magas olvadáspontú és nagy mikrokeménységű mázak fejlesztése alumínium-oxid bázisú műszaki kerámiákhoz, TDK dolgozat, 2005.

Keménység növelése Átvéve: Rigó Antal – Kovács Ernő István: Magas olvadáspontú és nagy mikrokeménységű mázak fejlesztése alumínium-oxid bázisú műszaki kerámiákhoz, TDK dolgozat, 2005.

Tapadószilárdság növelése 0% hozzáadott anyag tartalmú máz karcvizsgálati diagramja az A jelű alapkerámián Kritikus nyomóerő: Fn=68N Átvéve: Rigó Antal – Kovács Ernő István: Magas olvadáspontú és nagy mikrokeménységű mázak fejlesztése alumínium-oxid bázisú műszaki kerámiákhoz, TDK dolgozat, 2005.

Tapadószilárdság növelése 30% hozzáadott anyag tartalmú máz karcvizsgálati diagramja az N jelű alapkerámián Kritikus nyomóerő: Fn=122N Legnagyobb mikrokeménység: 1190 HVM Átvéve: Rigó Antal – Kovács Ernő István: Magas olvadáspontú és nagy mikrokeménységű mázak fejlesztése alumínium-oxid bázisú műszaki kerámiákhoz, TDK dolgozat, 2005.

Mikroszerkezet elemzés (SEM) A jelű próbatest keresztmetszetének SEM felvételei (0% és 30% hozzáadott anyag tartalom)

Mikroszerkezet elemzés (SEM, EDS) A 0% alapker. határréteg máz Mg 2,5 1,61 2,99 Al 77,53 57,78 15,85 Si 13,54 32,34 63,34 K 0,68 1,43 4,88 Ca 5,74 6,85 12,95 A 30% alapker. határréteg máz Mg 2,22 1,91 0,38 Al 77,41 61 28,51 Si 8,82 27 51,17 K 1,32 1,28 3,8 Ca 6,61 6,74 11,11 Ba 2,81 1,38 3,73 Cr 0,81 0,68 1,31

Hevítőmikroszkópos vizsgálat 1300°C 0% 5% 30%

Összegzés I. Sikerült a korábbinál nagyobb keménységű és jobb tapadószilárdságú mázat létrehozni a H P számára, a kívánt fehérség és transzparencia megtartása mellett. Az alumínium-oxid tartalom növelésével sikerült növelni a jelenleg használatos padlólap-mázak mikrokeménységét és kopásállóságát. Hevítőmikroszkópos vizsgálatokkal sikerült föltárni az egyes komponensek (oxidok) hatását a padlólap-mázak olvadási és nedvesítési tulajdonságaira.

Összegzés II. A magas alumínium-oxid kerámiák számára sikerült olyan mázat kifejleszteni, amely alkalmas az egyébként csak nagy költséggel előállítható polírozott felületek kiváltására. A korábbi kerámia (porcelán) mázak tapadószilárdságra jellemző legnagyobb kritikus nyomóerőt sikerült 92N-ról 122N-ra növelni, amely a tapadószilárdság több mint 30%-os javulása Sikerült megszüntetni a műszaki kerámia alaptestek és az alkalmazott mázak eltérő hőtágulási együtthatójából származó mikro- és makro mázrepedéseket. Ismereteim szerint elsőként sikerült előállítani olyan, viszonylag alacsony hőmérsékleten (1350°C) kiégethető kerámia mázat, amelynek mikrokeménysége meghaladja az 1150 HVM értéket. A hevítőmikroszkópos vizsgálatok jól mutatják, hogy az általunk kifejlesztett máz égetési hőmérséklete még jelentős mértékben növelhető, lehetőséget biztosítva ezáltal a magasabb szinterelési hőmérsékletű műszaki kerámiákkal történő együttégetésre.

KÖSZÖNJÜK A FIGYELMET! Puskás Nikoletta doktorandusz femniki@uni-miskolc.hu Dr. Gömze A László témavezető femgomze@uni-miskolc.hu Kerámia-és Szilikátmérnöki Tanszék Miskolci Egyetem