A kerámiaipar struktúrája napjainkban Magyarországon

Tudomány Ünnepe a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 számú projekt keretében Miskolc, 2012. november 28.

A 21. század lehetőségei a kerámiák kutatása és fejlesztése területén

Gömze A. László, Kerámia- és Szilikátmérnöki Intézeti Tanszék Miskolci Egyetem Tel.: +36 30 746 2714 [email protected]

http://keramia.uni-miskolc.hu

„A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”


A kerámiaipar struktúrája napjainkban Magyarországon Építőanyagipar Trianon óta a legalacsonyabb (2011--ben 2008(2011 2008-hoz viszonyítva 30 % körüli, amelyből export 4242-48%)

Műszaki kerámiák Folyamatosan növekszik (a növekedés motorja az export, amely több, mint 90%.)

Biokerámiák Ugrásszerűen növekszik (elsősorban hazai felhasználásra alapozva)

2011-ben a kerámiaipar árbevétele mintegy 106 2011106--108 % volt 20082008-hoz viszonyítva.. viszonyítva „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”

1


Kutatási és fejlesztési lehetőségek az építési kerámiák területén Hőszigetelés növelése, passzív házak építőanyagai • Magas pórustérfogatú kerámiák és kerámia habok • Ioncserés felületkezelt építési teherhordó üvegek Bányarétegződések hatásának feltárása • A gyártástechnológiára és technológiai műveletekre • A gyártott termék vagy termékek fizikai és mechanikai tulajdonságaira Alapanyag és technológia együttes hatásának kutatása, fejlesztése „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”


Kutatási és fejlesztési lehetőségek a műszaki kerámiák területén Az anyagtudomány egyik legdinamikusabban fejlődő területe • A periódusos rendszer 88 eleme rendelkezik kerámia módosulattal, és egymással különböző kombinációkban új kerámia anyagokat létrehozni • Becslések szerint a ma ismert kerámia módosulatok és kombinációk száma:: száma N= 1018 . Új kerámia kompozitok fejlesztése fémekkel és polimerekkel Polimerek és bioanyagok által generált műszaki kerámiák Kerámia bázisú heterohetero-modulusú és heterohetero-viszkózus komplex anyagok Hibrid anyagok „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”

2


A hetero hetero--modulusú anyagok előnyei (IOP Conf Conf.. Series: Materials Science and Engineering 18 (2011) DOI:10.1088/1757DOI:10.1088/1757-899X/18/8/082001.)

• Egyszerre több Young modulussal rendelkeznek • Magas töréssel szembeni tolerancia • Képesség a repedésterjedés során kialakuló rugalmas energia tárolására és elnyelésére • Jó hősokk hősokk--állóság „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”


A hetero hetero--modulusú és heterohetero-viszkózus komplex anyagok előnyei (Építőanyag, 62. (2010.) pp. 9898-101.)

• Magas törési és deformációs tolerancia • Képesség Képesség:: • elnyelni és egyenletesen elosztani az ütközési energiát • relaxálni az ütközés során ébredő mechanikai feszült feszült-ségeket


3


Néhány kiváló dinamikai szilárdsággal bíró komplex anyagszerkezet

Gépkocsi gumiköpeny

Aszfaltkeverék Hetero-modulusú és Heterohetero--viszkózus hetero részecskékből kialakított kerámia



Kerámiák területén végzett kutatásaim fő célja A komplex anyagszerkezetek mechanikai tulajdonságaira alapozva alacsony testsűrűségű új kerámiák és kerámia kompozitok kifejlesztése néhány olyan extrém tulajdonsággal, mint: mint: • Dinamikai szilárdság • Keménység, • Hősokk-állóság


4


Kutatásaim fő iránya • Kerámia bázisú hetero-modulusú és hetero-viszkózus komplex anyagrendszerek kifejlesztése szállító járművek és repüléstechnikai eszközök védelmére fémekkel történő nagy sebességű ütközések esetén. u ≥ 1000 m/s. m/s • Nagy porozitású, alacsony sűrűségű, kerámiák és kerámia habok kifejlesztése könnyűfém ötvözetekkel erősített, megnövelt dinamikai szilárdságú és hősokk hősokk--állóságú, alacsony testsűrűségű hetero hetero--modulusú kerámia kompozitok előállításához előállításához..



A kerámia kompozitok tipikus tönkremenetele nagy sebességű (u≥ (u≥1000 m/sec) ütközések során (Proceeding of XIth Khariton’s Topical Scientific Readings, Readings, Sarov Sarov,, 2009, pp. 324324-328.)

Typical destruction of ceramic composites (L=3 mm) during high speed collision

Typical destruction of ceramic composites (L=4 mm) during high speed collisions


5


A nagy sebességű ütközések energiaelnyelése a heterohetero-modulusú és heteroheteroviszkózusú komplex anyagrendszerekben (Proceeding of XIth Khariton’s Topical Scientific Readings, Readings, Sarov Sarov,, 2009, pp. 324324-328.)

• •

Complex material has several Young’s modulus (E=var E=var..) and viscosity (η=var =var..) Flying (hit) object has inhomogeneous density (ρ≠ ρ≠const const..)

u2 2

n

∑ ρ ⋅V i

i =1

i

M

K

j =1

k =1

=WH + W p + Ws + E j ∑ A3 j ⋅ l3 j +η k ∑ A4 k ⋅ l4 k object; [kg/m3]

ρi: density of the „i-th” component of flying A1j and A2j: surface of fractures of „j-th” Young’s modulus component of hetero-modulus body [m2] A3j: surface of deformed „j-th” Young’s modulus component of hetero-modulus body [m2] Ej: The Young’s modulus of the „j-th” component of hetero-modulus body ; [N/m2] i=1, 2, …, n: n: the number of different density components of flying object j=1, 2, …, n: n: the number of different Young’s modulus components of hetero-modulus body l1j and l2j: deep and „movement” of fractures of „j-th” Young’s modulus component of hetero-modulus body [m] l3j: Size of deformation of „j-th” Young’s modulus component of hetero-modulus body [m] RPj and RSj: the pressure and shear strength of „j-th” Young’s modulus component of hetero-modulus body [N/m2] Vi: volume of „i-th” component of flying object [m3] „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”


A nagy sebességű ütközés során ébredő mechanikai feszültség relaxációja a hetero--modulusú és heterohetero hetero-viszkózusú komplex anyagrendszerekben (Thesises of XIIIth Khariton’s Topical Scientific Readings, Readings, Sarov Sarov,, 2011, pp. 160160-162.)

τ = C 1e

+ C +

2

e

   η1 +   2η e nτ  

   η1 −   2η enτ  

−

τ η η

1 2

−

η 4η

η 4η

e

0 1 2

e

nτ

0 1 2

nτ

2

−

2

η η

−

1

η η

1

+1+ nτ − n

γ

2

nτ n

+ 1 + nτ − n

γ

2

nτ n

γ

 η  1 + η 

γ

 η  1 + η 

1 2

  

1 2

     t       t   

+

+

0

+ 1 + nτ − n

γ

 η  1 + η 

1 2

  

η1, η2 and ηe: viscosities of elastic-viscous-plastic, elastic-viscous parts and effective viscosity of the hybrid hetero-modulus and hetero-viscous body;[Pas] τ0 and τ : static yield point of body and shear stress developed during deformation and destruction in the material [Pa] nτ and nγ: stress relaxation time and delay time of elastic deformation [s] C1 and C2: constants of integration; [-]


6


A hetero hetero--modulusú könnyűfémmel impregnált kerámia kompozitok előnyei •

Having multiple values of Young’s modulus therefore these composite materials have ability to absorb and dissipate the elastic energy during crack propagation. propagation.

•

Thanking to ceramic particles these material compositions have better hardness and wear resistancy.



A hetero hetero--modulusú könnyűfémmel impregnált kerámia kompozitok előnyei

•

Due to metallic parts these heteromodulus composite materials have much higher thermal conductivities and better thermal shock resistances resistances.


7


Az IGREX Kft. által kidolgozott módszer nagy sűrűségű, extrém dinamikai szilárdságú , cc-Si3N4 gyémántszemcsékkel erősített Al2O3 CMC előállítására (IOP Conf Conf.. Series: Materials Science and Engineering 18 (2011) DOI:10.1088/1757DOI:10.1088/1757-899X/18/8/082001.)

•

Selection of acceptable ceramic raw materials for matrix.

•

Selection of additives for reinforcements.

•

Preparing the mixtures of raw materials and additives.

•

Shaping and forming specimens from the mixtures.

•

Sintering the formed specimens.

•

Examination of the quality of the sintered specimens with high dynamic strength.

Forming method to achieve high density CMCs



A nagy sebességű tömörítő szerszámmal történő alakadási módszer számos meglévő berendezésre is adaptálható

(Így például a Prof. Bragov és csoportja által használt készülékre; State University of Nizhny Novgorod; Russia) Russia) „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”

8


Náhány módszer habok és kompozitok előállítására •

There are several methods to produce foams, cellular materials and low density, high porosity composites.

Pore

Metal Impregnation of the molten metal



Az IGREX Kft. által kifejlesztett , fémötvözetek impregnálására szolgáló, nagy porozitású SiCSiC-Si3N4 ikerkristályú kerámia kompozit tipikus anyagszerkezete


9


Az IGREX Kft. által kifejlesztett , fémötvözetek impregnálására szolgáló, SiC hab anyagszerkezete



Nedvesítési problémák a könnyűfém ötvözetek kerámia mátrixba történő impregnálásakor Pressure less impregnation method

Molten metal θ

Materi al

Materi Pore al

P Pressure impregnation method

Contact angle „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”

10


Nem megfelelő nedvesítés során kialakuló tipikus mikroszerkezet a könnyűfém ötvözet Al2O3 kerámia mátrixba történő impregnálásakor Könnyűfém

Al2O3 „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”


Műszaki kerámiák fejlesztési és alkalmazási lehetőségei termikus és termo--mechanikus tulajdonságaik alapján termo

Átvéve: I. Shabalin professzor ic-cmtp2 Konferencián (Miskolc-Lillafüred, 2012. október 8-12.) elhangzott előadásából „A felsőoktatás minőségének javítása kiválósági központok fejlesztésére alapozva a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területein”

11


Műszaki kerámiák fejlesztési és alkalmazási lehetőségei elektromos és dielektromos tulajdonságaik alapján



Műszaki kerámiák fejlesztési és alkalmazási lehetőségei mágneses és villamos vezetési tulajdonságaik alapján


12


Műszaki kerámiák fejlesztési és alkalmazási lehetőségei optikai tulajdonságaik alapján



Műszaki kerámiák fejlesztési és alkalmazási lehetőségei nukleáris és kémiai tulajdonságaik alapján


13


Műszaki kerámiák fejlesztési és alkalmazási lehetőségei mechanikai tulajdonságaik alapján



Köszönöm megtisztelő figyelmüket! Gömze A. László, Kerámia- és Szilikátmérnöki Intézeti Tanszék Miskolci Egyetem Tel.: +36 30 746 2714 [email protected]

http://keramia.uni-miskolc.hu


14

A kerámiaipar struktúrája napjainkban Magyarországon

Recommend Documents