Materiale avansate - Ceramică avansată

Introducere

Pentru producerea ceramicii tehnice se utilizeaza de cele mai deseori materii prime sintetice asa numitele materii verzi. Aceste materiale contin pe langa amestecul de pulberi ceramice si materie organica de legatura care este umeda. In prima faza se usuca aceste materii prime apoi se ard la temperaturi mari astfel excesul de material fiind indepartat. La final ceramica se sinterizeaza cu acest pas corpul ceramic obtinand rezistenta dorita.

Exista mai multe tipuri de cuptoare pentru utilizarea in industria ceramicii, ca de exemplu pentru: uscare, decarburare, aglomerare continua si sinterizare.

Uscarea

Intr-o masa ceramica formata se regaseste apa. Cu evaporarea apei are loc si o modificare a volumului asa numita contractie la uscare. Contractia la uscare ia amploare cu cat continutul de umezeala este mai mare. Depinde si de marimea granulelor, tipului de materie prima dar si a procesului de formare. Contractia poate sa aibe marimi diferite in functie de tipul ceramicii. Astfel de orientari sau asa numitele texturi, trebuie sa aibe retete bine calculate in functie de marimea si de geometria pieselor ceramice altfel putand lua nastere deformari sau chiar rupturi. Cele mai comune tipuri de cuptoare sunt cuptoarele cu curent de aer.

Arderea, decarburarea, separarea

Pentru a preintampina rezistenta la ruperea a materiei prime, se mai adauga pana la 50% vol., aditivi organici care se indeparteaza la final. Aceste procese se numesc ardere, decarburare si separare. Arderea, decarburarea respectiv separarea ceramicii si inlaturarea materiei organice de legatura, au loc in cuptoare de ardere, de decarburare si de separare. Acesta este un proces foarte critic de aceea este foarte important controlul temperaturii. Acest lucru depinde de marimea granulelor de materie prima. Profilul de temperatura, presiunea, atmosfera gazoasa si timpul trebuie sa fie bine calculate, pentru a asigura o difuziune a materialului de legatura fara a deteriora produsul finit. Foarte important este faza de inceput a procesului deoarece incalzirea se face foarte usor, pentru a preintampina o evaporare brusca a componentelor organice. Aceste procese de ardere, decarburare si separare incep la temperatura camerei si se incheie la temperaturi de 600°C. Oxigenul poate accelera aceste procese prin dezintegrarea materilor organice.

O varianta a arderi se numeste si cocsificare. Astfel particule de material sintetic se transforma in carbon, care ramane in structura si care la urmatoarea ardere impreuna cu substantele reactive adaugate, formeaza o matrice ceramica. Acest lucru necesita temperaturi de pana la 1000°C. Ca exemplu, aceasta metoda se foloseste la productia carburii de siliciu.

Pentru decarburarea ceramicii se utilizeaza des cuptoare de convectie, cuptoare care recircula gazul prin camera de ardere si care are legatura cu un arzator ulterior. Modelul INH este echipat cu mai multe valve de admisie a gazului pentru arderea, decarburarea si pentru separarea materiei prime. Sunt disponibile marimi diferite.

Cuptorul de tip INH poate fi actionat pana la temperaturi de 600°C. Continutul de oxigen poate fi redus sub 20ppm. Suplimentari directe de oxigen cat si umezirea gazului in cuptor, se pot face oricand. Continutul de oxigen se poate masura cu ajutorul unui senzor de ZrO2 . Cuptorul este controlat de o unitate de control programabila care contine 7 retete si 140 pasi programabili. Pasii introdusi sunt afisati pe un display. Optional mai poate fi montat un controler de la firma Stange

Pentru indepartarea materiilor organice din gazele de ardere, se utilizeaza des arzatoare post evacuare (imagine dreapta). La instalarea mai multor cuptoare se poate utiliza un arzator post evacuare de exemplu la doua cuptoare simetrice.

Folosirea cuptoarelor cu trecere continua pentru procesul de decarburare este de asemenea posibil.