che 09: sklo keramika tvrde materialy
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
SKLO – KERAMIKA – TVRDÉ MATERIÁLY
CHE 09
Jan Grégr & Martin Slavík
Katedra chemie FP TUL: http://www.kch.tul.cz
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
SKLO – KERAMIKA – TVRDÉ MATERIÁLY
CHE 09
Katedra chemie FP TUL: http://www.kch.tul.cz
Obsah přednášky: Sklo, struktura, vlastnosti, výroba, typy skel Keramika, typy a použitelnost keramiky Tvrdé materiály syntetické a přírodní, slinuté karbidy
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Sklo
Charakteristika skelného stavu Sklo je amorfní pevná látka, která vzniká obvykle ztuhnutím taveniny bez krystalizace
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Sklo
Graf z předchozí stránky pro závislost hustoty na teplotě
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Struktura skla
Skelná síť na rozdíl od krystalů nemá pravidelné uspořádání na delší vzdálenost
křemen křemenné sklo běžné sklo
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Struktura skla
Skelná síť na rozdíl od krystalů nemá pravidelné uspořádání na delší vzdálenost
Mřížka krystalu
Křemenné sklo
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Struktura skla
Křemičitanová síť je nepravidelná, kationty zaujímají místo v prostoru mezi tetraedry, povrchové skupiny obsahují koncové –OH skupiny.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Látky tvořící skla
• prvky S, Se
• oxidy - B2O3, SiO2, GeO2
• boritany a křemičitany - Na2B4O7, Na2O-CaO-SiO2
• fluoridy - BeF2, BaF2-AlF3-LaF3-ZrF4
• sulfidy a selenidy - As2S3, As-Se-Ge
• organické polymery - polystyren, PMMA
• jiné látky - glycerin, některé kovy a slitiny
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Křemičitá skla
Suroviny
• Vsázka - směs sklářského kmene a vratných skleněných střepů, která je nakládána do sklářské pece
• Hlavní suroviny - písek, soda, potaš, vápenec
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Sklo je vlastně podchlazená kapalina a jeho vlastnosti jsou
popisovány teplotní závislostí viskozity skloviny.
Při zvyšování teploty viskozita klesá, naopak tedy roste
tekutost (fluidita) skla.
Teplotní průběh viskozity je charakteristickou vlastností
dané skloviny.
Na jejím základě je možné definovat teploty pro tváření
skla, chlazení skleněných výrobků a teplotní obor
použitelnosti skla.
Teplota použitelnosti skla
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
!!!!!!!!!
Důležitou hodnotou teplotním průběhu viskozity skla je tzv.
transformační teplota označovaná tg. Při této teplotě viskozita
dosahuje hodnoty 1012,3 Pa.s.
Okolo této teploty jsou definovány spodní a horní teplota
chlazení pro skleněný výrobek.
Zhruba při hodnotě viskozity 1010 Pa.s se nachází tzv.
dilatometrický bod měknutí, tj. teplota, při níž se začíná
skleněný výrobek samovolně deformovat.
Musíme si také uvědomit, že skleněné výrobky si po změně
teploty zachovávají určité vnitřní pnutí a stačí nepatrné
škrábnutí na vhodném místě a dojde k prasknutí výrobku (nádobky, v níž provádíme pokus).
Teplota použitelnosti skla
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Vlastnosti skel používaných v laboratořích
1
2
3
45 6
7
8
9
1 10
2
3
45 6
7
8
9
11
Teplota použitelnosti skla
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Tavicí pece
a) Kontinuální tavicí pece různé konstrukce s výkonem 3 až 1000 tun skla za den
Otop: plyn, elektrická energie
Tavicí teploty: 1350 až přes 1600 ºC
b) Pánvové pece Pánve ze šamotu o obsahu 50 až 1000 kg skloviny Použití: maloobjemové výroby - ruční tvarování, umělecká výroba, bižuterie, barevná a zakalená skla c) Speciální pece - indukční, odporové, silitové Tavení malých množství speciálních skel pro optiku a elektrotechniku v kelímcích z keramiky nebo slitin platiny
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Tvarování skloviny
Hlavní roli hraje viskozita a rychlost krystalizace
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Ploché sklo Float
Teplotní vztažné body plochého skla
Tepelné vlastnosti plochého skla
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
a) Křemenné sklo (SiO2)
Výroba tavením velmi čistého křemene
v grafitových kelímcích ve vakuu při teplotách kolem 2000 oC
Výborné chemické, elektrické a optické vlastnosti,
teplotní odolnost, drahé
Použití: materiál pro extrémní pracovní podmínky
v technice a chemii
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
b) Ploché a obalové sklo
Nejlevnější a nejrozšířenější typ skla.
Po technické stránce pouze průměrné vlastnosti ve všech oblastech
Použití: výroba lahví, levné užitkové sklo, ploché okenní a automobilové sklo
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
c) Křišťálová skla
Český (draselný) nebo olovnatý křišťál.
Průměrné vlastnosti,
užitkové a dekorativní sklo
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
d) Tepelně odolná skla (boritokřemičitá skla) Velmi dobrá chemická odolnost, dobrá teplotní odolnost Použití: varné sklo v domácnosti, laboratorní nádobí, chemické aparatury, průmyslová dopravní potrubí Obchodní značky: Simax (Kavalier Sázava, ČR), Pyrex, Duran
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Tepelná odolnost skla závisí jednak na vlastnostech skla
(součinitel teplotní roztažnosti, pevnost a modul pružnosti),
jednak na stejnorodosti skla, jakosti povrchu, tloušťce stěny,
ale i na velikosti a tvaru nádoby, tedy na výrobku samotném.
Teoreticky můžeme tepelnou odolnost skla vypočítat podle
vztahu:
kde je tepelná odolnost ve stupních Celsia,
s je pevnost skla v tahu,
k je Poissonova konstanta,
je součinitel teplotní roztažnosti a
E – modul pružnosti.
.(1– )
.t
E
s k
t
Tepelná odolnost skel
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
!
Protože pevnost skla je při měření poměrně obtížně
reprodukovatelná, je pro technickou praxi využíván
zjednodušený empirický vzorec:
když hodnota tepelné roztažnosti je vyjádřena v hodnotách
mm/m·ºC.
Dá se tedy říci, že teplotní odolnost je nepřímo závislá na
teplotní roztažnosti skla.
Uvedený vzorec platí pro tloušťku stěny 1 mm. Závislost na
tloušťce stěny je potom dána vztahem:
když a je tloušťka stěny v mm.
1000t
1a
tt
a
Tepelná odolnost skel
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
e) Skleněná vlákna Speciální boritokřemičitá skla nebo čedič Význačné vlastnosti: chemická odolnost, teplotní odolnost (speciální vlákna Al2O3-SiO2 až do 1600 °C), vysoký elektrický odpor (E-sklo) Použití: nekonečné vlákno (E-sklo) pro skleněné tkaniny, izolace v elektrotechnice, sklolamináty, filtrační tkaniny, výztuž pneumatik a lepenek, skleněná vata ve stavebnictví pro tepelné a akustické izolace
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
f) Optická a speciální skla Několik set druhů skel velmi rozmanitého složení (i fluoridová a chalkogenidová skla) Použití: optická zařízení a přístroje, brýle, filtry, optoelektronika, elektronika a elektrotechnika
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní typy skel
g) Skelně krystalické hmoty (sklokeramika) Vyrábí se řízenou krystalizací speciálních skel nebo hornin různých chemických složení, typická velmi jemnozrnná krystalizace Význačné vlastnosti: Řada speciálních vlastností u skel nedosažitelných (pevnost, teplotní odolnost, elektrické vlastnosti, oděruvzdornost) Použití: varné nádobí, vařidlové desky, výměníky tepla, teleskopická zrcadla, hlavice raket, tavený čedič a petrositaly pro potrubí, dlažby a obkladové materiály ve stavebnictví
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Obecné vlastnosti skel
Díky rychlému zatuhnutí vnitřní struktury je povrch skel tvrdší než vnitřní část, ve většině výrobků existuje vnitřní pnutí. Skleněné výrobky jsou proto málo odolné proti teplotním šokům a po povrchovém poškození ztrácejí pevnost.
Chemická odolnost křemičitých skel je větší vůči kyselému prostředí, rozpouštějí se v kyselině fluorovodíkové za vzniku plynného SiF4. V roztocích alkalických hydroxidů se rozpouštějí za vzniku křemičitanů. Při delší tepelné expozici může dojít k odskelnění.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Charakteristika keramiky
Keramika je anorganický nekovový materiál s heterogenní strukturou, tvořenou krystalickými a někdy i skelnými látkami o různém složení a uspořádání. Obsahuje obvykle i póry
zrna pór
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Výroba keramiky
• mletí - většinou nutné velmi jemné
• tvarování - lití, lisování
• sušení - pomalé, velmi důležité
• tepelné zpracování - při 1000 až 1400 °C v komorových nebo tunelových pecích, oxidová keramika až 1700 °C, probíhají chemické a fyzikální reakce (slinování)
• Na vlastnosti produktu mají prvořadý vliv chemické a mineralogické složení surovin, velikost částic a kvalita jejich povrchu.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Suroviny pro výrobu keramiky
Běžná keramika plastické suroviny - kaolin, jíly a hlíny, které umožňují tvarování plastického těsta ostřiva - křemen, korund a kalcinovaný jíl (šamot), snižující smrštění při sušení a výpalu taviva - živce, tvoří taveninu při výpalu (urychlují reakce) Technická a oxidová keramika křemičitany, oxidy, nitridy atd. s organickými plastifikátory
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní druhy keramiky
a) Porcelán Bílý průsvitný materiál, pochází z Číny, v ČR velká tradice Podmínkou je kvalitní kaolin, dále obsahuje křemen a živec Glazura vyrovnává povrch, zlepšuje vzhled a umožňuje barvení Použití: Tvrdý porcelán - stolní nádobí (Karlovarský porcelán), chemické a elektrotechnické účely Měkký porcelán - dekorační výrobky, některé stolní nádobí
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní druhy keramiky
b) Pórovina Blízká porcelánu, ale pórovitá, nasákavá Použití: obkládačky, užitkové a dekorační předměty, zdravotní keramika (Diturvit)
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní druhy keramiky
c) Kamenina Hutná keramika, obvykle zbarvená hnědě až žlutě, hlavní surovinou kameninové jíly místo kaolínu, možnost výroby velkých výrobků Použití: kanalizační trouby, dlaždice, elektrické izolátory, chemické provozní nádoby a domácí
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní druhy keramiky
d) Cihlářské výrobky Základem barevně se pálící jíly a hlíny, důležitá pevnost a mrazuvzdornost Použití: cihly, krytina
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Hlavní druhy keramiky
e) Technická (elektrotechnická) keramika Řada typů, výjimečné elektrické vlastnosti, vysoká pevnost Použití: elektrotechnika (dielektrika, piezokeramika, ferrity)
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
f) Oxidová keramika Téměř čisté žáruvzdorné oxidy (Al2O3, BeO, MgO, ZrO2, ThO2), speciální postupy výroby Vlastnosti: extrémně vysoké mechanické pevnosti, žárovzdornost (max. teplota použití ThO2 2700°C), vysoká tvrdost, chemická odolnost Použití: nejběžnější slinutý korund, konstrukční materiály pro vysoké teploty, plátky pro obrábění kovů, izolátory zapalovacích svíček
Hlavní druhy keramiky
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
g) Žáruvzdorná keramika pro průmyslové pece Typická hrubozrnná struktura, kombinace žáruvzdorných oxidů z přírodních surovin Hlavní typy: Dinas - téměř čistý SiO2 z křemenců Šamot - hlavně mullit (3 Al2O3 . 2 SiO2) z jílů Sillimanit - mullit ze sillimanitu "Magnezit" - MgO z přírodního magnezitu Chrommagnezit - MgO, Cr2O3, Al2O3 z chromitu a magnezitu Zirkonsilikát - tavené materiály se ZrO2, SiO2, (Al2O3) Vlastnosti: žárovzdornost, dobrá až výborná mechanická pevnost, různá tepelná vodivost a porozita (podle účelu) Použití: stavba pecí v hutnictví, sklářství, výrobě keramiky a maltovin
Hlavní druhy keramiky
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Rozsah použitelnosti keramiky
1 - šamot, 2 - sillimanit, 3 - chrommagnezit,
4,5 - dinas, 6 - magnezit
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Neoxidová žárovzdorná keramika
Karbid křemíku a nitrid křemíku, karbid bóru a nitrid bóru jsou nejdůležitějšími zástupci tzv. neoxidové keramiky. Neoxidová keramika je chemicky velmi stálá za vysokých teplot. Výjimkou je špatná odolnost proti oxidační atmosféře, v ostatních směrech je jejich chemická odolnost vynikající. Materiály obsahující sloučeniny křemíku mohou být do 1600oC použity i v oxidační atmosféře, díky vytvářené pasivační vrstvě SiO2 na jejich povrchu. Pro technické použití jsou zvláště důležité jejich mechanické vlastnosti, vysoká pevnost a tvrdost, ve kterých převyšují vlastnosti oxidové keramiky, zejména při teplotách nad 1000oC.
SiC Si3N4 B4C BN
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
TVRDÉ MATERIÁLY Tvrdé materiály , které se používají v technické praxi můžeme rozdělit na a Synteticky je připravován umělý diamant a korund a především karbidy, boridy, nitridy a silicidy kovů
synteticky připravované
přírodní materiály
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Tvrdost materiálů
Tvrdost kovů je mechanická vlastnost materiálu, vyjadřující odpor proti vnikání (zkušebního) tělesa do povrchu. Měří se přístroji zvanými tvrdoměry. Hodnoty tvrdosti jsou buď bez jednotek, nebo mají jednotku MPa. Zkoušky tvrdosti rozdělujeme na zkoušky vrypové, vnikací a odrazové. Běžné zkušební metody: Vickers – vtlačování diamantového jehlanu s vrcholovým úhlem 136° předepsanou silou, měří se velikost úhlopříčky vzniklého důlku. Rockwell – vtlačování diamantového kužele s vrcholovým úhlem 120° nebo kuličky o průměru 1/16“ předepsanou silou do povrchu. Měří se trvalá hloubka vtisku. Brinell – vtlačování kuliček o různém průměru předepsanou silou do povrchu. Měří se průměr vtisku.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Tvrdost materiálů
Tvrdost materiálů souvisí s vazebnými silami v materiálu čím jsou stavební částice blíž k sobě (vyšší energie vazby) a čím je struktura materiálu hustší
Diamant Křemen
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Tvrdost materiálů
Mohsova stupnice tvrdosti vyjadřuje schopnost jednoho materiálu rýpat do druhého. Byla vytvořena německým mineralogem Friedrichem Mohsem a slouží pro určení tvrdosti látek. Stupnice není rovnoměrná.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
diamant
korund
topaz fluorit
vápenec
apatit
mastek
sůl kamenná živec
křemen
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Karbid křemíku
byl objeven náhodně v roce 1891 a označen názvem carborundum, podle toho, že jeho tvrdost v Mohsově stupnici 9,5 leží mezi tvrdostí C carbon (diamant) a Al2O3 corundum. Průmyslově se vyrábí reakcí velmi čistého křemenného písku s uhlíkem (koksem nebo antracitem) v elektrické odporové peci (2200-2400oC) SiO2 + 3 C = SiC + 2 CO. Technické využití pro SiC bylo původně jako vynikající brusivo, díky jeho tvrdosti a také zvláštní lámavosti při které vznikají velmi ostré řezné hrany. Možnosti jeho využití jsou však mnohem širší. I přes poměrně vysokou cenu má karbid křemíku význam jako žáruvzdorný výrobek, k rozkladu dochází teprve při 2700oC, přičemž se využívá jeho vynikajících vlastností, jako vysoké tepelné vodivosti, tvrdosti a mechanické pevnosti.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Karbid křemíku Používá se v pecích pro destilaci zinku a pro výrobu pouzder a vypalovacích pomůcek v keramickém průmyslu a při výrobě ocelí. Cihly z karbidu (karborundové cihly) jsou pojeny jílem nebo nitridem křemíku Si3N4. Budoucnost keramiky z karbidu křemíku se očekává v jejím použití při výrobě teplotně vysoce namáhaných částí strojů a zařízení, jako v plynových turbínách a vznětových motorech. Díly mohou bez chlazení pracovat až do teploty 1400oC a jsou o 60% lehčí jako vysokoteplotní slitiny z kovů.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Nitrid křemíku
Nitrid křemíku má při použití na keramiku podobné vlastnosti jako karbid křemíku a může být použit ve stejných oborech. Prášek Si3N4 se vyrábí termicky reakcí elementárního křemíku s plynným dusíkem při 1200-1400 oC, 3 Si + 2 N2 = Si3N4
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Karbid bóru
Karbid bóru se vyrábí rozkladem oxidu boritého uhlíkem v elektrické odporové peci při 2400 oC, 2 B2O3 + 7 C = B4C + 6 CO. Karbid bóru vznikající tímto procesem je tvořen hrubými tvrdými zrny a je vhodný pro použití v brusných prostředcích a jako výchozí materiál pro výrobu kovových boridů. Jemný disperzní prach karbidu bóru se získává reakcí oxidu boritého s hořčíkem nebo hliníkem za přítomnosti uhlíku. Tento se zpracovává na keramické výrobky, které nacházejí použití při výrobě pancéřových desek a ochranných štítech bojových letadel, nebo v jaderných elektrárnách jako stínicí materiál pro neutrony. Jako zajímavost: karbid boru a borid beryllia byly zjištěny jako nejúčinnější materiály v neprůstřelných vestách.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Nitrid bóru
Nitrid bóru existuje jako hexagonální modifikace s krystalovou strukturou podobnou grafitu a jako kubická modifikace se strukturou diamantu. Hexagonální nitrid bóru BN, má vlastnosti podobné grafitu a používá se jako vysokoteplotní mazivo nebo rozpojovací prostředek při lití kovů (je však elektricky nevodivý!). Tavicí tyglíky z tohoto nitridu boru se používají pro vysoce čisté kovy nebo polovodiče a jako žáruvzdorné vyložení plazmových hořáků, raketových trysek a spalovacích komor. Kubický nitrid bóru (Borazon) se vyrábí z hexagonálního BN vysokotlakou syntézou při 5000 až 9000 MPa a 1500 až 2200oC. Kubický nitrid boru je po diamantu nejtvrdší známou látkou. Používá se jako brusný prostředek, kde vzhledem ke své lepší chemické stálosti při vysokých teplotách může nahradit diamant.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Slinuté karbidy, nitridy, boridy a silicidy
Technicky důležité tvrdé hmoty se dají rozdělit do dvou skupin, na kovové a nekovové. Do nekovových tvrdých hmot zahrnujeme diamant, korund (Al2O3) a ostatní tvrdé materiály jako karbid křemíku a karbid bóru, které byly uvedeny v předchozí části. Následující část uvádí karbidy, nitridy, boridy a silicidy kovů. Podle vyráběného množství, jsou z této skupiny látek nejdůležitější karbid wolframu WC (odhadovaná světová produkce 18 000 t) a karbid titanu TiC (1 500 t). Vyráběná množství ostatních slinutých karbidů jsou menší než množství karbidu titanu.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Slinuté materiály
Slinuté materiály jsou slitiny sestavené z velmi tvrdých a vysokotajících kovových karbidů, pojených nížetajícími kovy skupiny železa, především kobaltem. K výrobě slinutých materiálů se používají postupy práškové metalurgie, které jsou obdobné keramickým postupům. Nejdříve se mokrým mletím v kulových mlýnech vyrobí jemná disperze karbidu s pojivou kovovou fází. Po oddělení mlecí kapaliny následuje vakuové sušení a vylisování tvaru. Výlisek se poprvé slinuje při 900 až 1150oC, materiál se opracuje a konečné slinování probíhá při 1400 až 1700oC, za velmi nízkého tlaku a ve vodíkové atmosféře.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Karbidy kovů
Karbid wolframu, WC je technicky nejdůležitějším kovovým karbidem. Hlavní použití WC je ve slinutých materiálech (tvrdokovech), které se používají při obrábění kovů. Pro speciální použití se v malých množstvích vyrábějí ještě karbidy zirkonia ZrC, hafnia HfC, vanadu VC, tantalu TaC, niobu NbC, chromu Cr3C2 a molybdenu Mo2C. Karbid tantalu TaC má technický význam jako slinutý karbid v řezných materiálech ve směsi s jinými karbidy.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Karbidy kovů Karbid titanu, TiC se vyrábí z čistého TiO2 a sazí v indukční peci při 2000 až 2200oC. Karbid titanu má ze všech kovových karbidů největší tvrdost, ale samotný se používá jen málo, protože je příliš křehký. Jeho hlavní použití je proto pro tvrdokovy (slinuté karbidy). Řezné materiály jsou slinuté karbidy soustavy WC-Co a jsou určeny k obrábění litiny, mědi a jejích slitin, hliníku a jeho slitin, plastických hmot a skla. Slinuté karbidy soustavy WC-TiC-Co se používá k obrábění ocelí, v této soustavě se vedle TiC používá TaC, WC-TiC-TaC-Co. Objem kobaltu je podle složení a použití od 4 do 20%.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Nitridy kovů
Nitridy kovů jsou ze stejných kovů jako předchozí karbidy (TiN, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN, CrN, Cr2N, Mo2N, W2N) a mají rovněž podobné vlastnosti jako odpovídající karbidy. Jejich ekonomický význam je menší. Malá technická využitelnost nitridů je také způsobena jejich špatnou smáčivostí kovy skupiny železa (kobaltem), která ztěžuje výrobu slinutých materiálů. Využívají se jen některé speciální vlastnosti, např. lanthanu a yttria jako supravodiče s vysokou kritickou teplotou (35 K, event. 93 K).
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Boridy kovů
Boridy kovů lze rovněž připravit ze stejných kovů jako karbidy. Boridy se vyznačují vysokými body tání (i přes 3000oC), dobrou elektrickou vodivostí a chemickou stálostí, jsou ale těžko opracovatelné. Jejich širšímu využití brání také to, že se nedají zpracovat jako karbidy spojujícím kovem na slinuté materiály. Technicky se využívají pouze borid titanu TiB2 a boridy chromu CrB a CrB2 a to jako materiál na turbínové lopatky, vnitřní povrchy spalovacích komor, raketových trysek a odtavovacích štítů.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Silicidy kovů
Silicidy kovů lze rovněž připravit ze stejných kovů jako karbidy nebo nitridy. Mají nižší teplotu tání, nižší tvrdost a navíc jsou ještě velmi křehké a nehodí se proto do slinutých materiálů. Mají nejmenší technické využití. Mají vysokou chemickou stálost např. proti oxidaci. Z disilicidu molybdenu MoSi2 se zhotovují elektrické topné dráty se kterými je možno pracovat na vzduchu až do teploty 1600oC.
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Přírodní tvrdé materiály
Diamant – nejtvrdší přírodní materiál, vyrábí se i uměle z grafitu za vysokých tlaků. Pro technické účely se používá jako brusivo i leštivo pro tvrdší materiály (opracování drahých kamenů, skel).
Kat
edra
ch
emie
FP
TU
L |
ww
w.k
ch.tul.cz
Přírodní tvrdé materiály
Korund – Al2O3 – druhý nejtvrdší přírodní materiál, vyrábí se též uměle Větší krystaly – červené rubíny, modré safíry se používají jako drahé kameny Jako brusivo se používá tmavý smirek
