Structura și performanțele materialelor ceramice

MATERIALE CERAMICE - STRUCTURA, PROPRIETATI

SI MODALITATI DE OBTINERE

1. CARACTERIZAREA MATERIALELOR CERAMICE

Materialele ceramice sunt de naturã anorganica si nemetalica, fiind obtinute prin combinarea unuia sau mai multor metale cu un nemetal, de unde si denumirea de ceramice. Din punct de vedere al aparitiei ele pot fi traditionale sau ceramice tehnice. Materialele ceramice traditionale include ceramicele arse sticla, portelanul, caramida si betonul. Orice solid anorganic nemetalic utilizat la temperaturi inalte, este un material ceramic tehnic, cu precizarea ca materialele ceramice tehnice cuprind oxizii unor metale, borurile, carburile si halogenurile cu utilitate industriala. Cele mai larg utilizate ceramice avansate sunt sticlele modificate, silicoaluminatii, bioxidul de zirconiu si altele. Folosita ca atare sau inglobata in materiale compozite, ceramica tehnica este considerata al treilea material din punct de vedere al importantei; ponderea cea mai mare o detin industria electronica, calculatoarele, constructiile de masini, aeronautica, tribologia, biotehnica, etc.

Trei caracteristici fac din materialele ceramice materiale ale viitorului :

- resursele naturale aparent inepuizabile ;

- obtinerea produselor la cotele finale, evitandu-se prelucrarile mecanice ;

- proprietatile lor spectaculoase.

2. STUCTURA MATERIALELOR CERAMICE

Materialele ceramice pot fi solide cristaline, dar si necristaline.

2.1 Structura cristalina

In cazul aparitiei cristalinitatii, se formeaza retele tridimensionale avand la baza prezenta legaturilor de tip ionic sau covalent, cristalele fiind ionice sau covalente dupa cum se intrepatrund sau nu straturile electronice exterioare.

Cristalele formate din ioni de marimi diferite si de naturi diferite uniti prin puterea atractiei electrostatice sunt specifice multor oxizi si halogenuri si sunt de tipul NaCl adica anionii sunt dispusi in sistemul cu fete centrate, iar cationii mai mici in pozitiile interstitiale octaedrice.

Fig. 2.1 Structura cristalina de tip NaCl pentru un material ceramic: ● Na+, ○ Cl - .

Fig. 2.2 Structura de tip CsCl pentru un material ceramic.

Rezulta de fapt doua structuri de tip CFC intrepatrunse, colturile uneia ocupand pozitiile (1/2 0 0 ) ale celeilalte ca in figura 2.1.

Daca ionii au aproximativ aceeasi dimensiune se formeaza cristale cu structura CsCl, rezultand structuri de tip CVC ca in figura 2.2.

Cristalele covalente difera prin aceea ca toate legaturile care pornesc de la un atom sunt spatial dirijate, relatia unghiurilor depinzand de numarul si tipul de electroni implicati in interschimb ca si de substratul electronic pe care se regasesc.

Sistemele de cristalizare sunt si de aceasta data asemanatoare metalelor de tip cub, tetragonal cu volum centrat. Defectele structurale regasite in ceramice sunt aceleasi ca in metale (vacante, dislocatii, limite, etc.) dar numarul planelor de alunecare este mai mic, iar vectorul Burgers necesar producerii dislocatiilor mult mai mare, de unde si deosebirile fundamentale intre cele doua tipuri de materiale, ceramicele fiind fragile si avand plasticitate redusa.

UNIVERSITATEA TEHNICA ‘GH. ASACHI’ IASI

FACULTATEA DE MECANICA