Fémek, kerámiák és társított rendszereik

1. Bevezetés

A kerámiaipar története a kezdetektől napjainkig. Hagyományos és korszerű kerámiai anyagok. A korszerű műszaki kerámiák fontosabb tulajdonságainak és alkalmazási területeinek áttekintése. A tárgy kapcsolódása korábbi ismeretekhez, kulcskérdések (kémiai, fizikai, technológiai, alkalmazástechnikai vonatkozások).

2. A korszerű műszaki kerámiák főbb típusai, alkalmazási területei

A kerámiák típusai kémiai összetételük alapján: oxid-, nitrid-, karbid- és egyéb bázisú kerámiák. Funkcionális és szerkezeti kerámiák. Tömbi kerámiák, kerámia bevonatok, rétegek, filmek. Monolit és összetett (kompozit) kerámiai anyagok. A kerámiai anyagok összehasonlítása más szerkezeti anyagokkal (fémek, műanyagok).

Szerkezeti és magas hőmérsékleten használatos kerámia anyagok (megmunkáló szerszámok, robbanómotor alkatrészek, hővédő bevonatok, rakétatechnikai és nukleáris alkalmazások stb.). Elektrokerámiák. Szupravezető anyagok. Kerámia alapú érzékelők. Optikai és számítástechnikai alkalmazások. Biokerámiák.

3. A korszerű műszaki kerámiák előállítása

A kémiai összetétel, a mikroszerkezet és a tulajdonságok kapcsolata. Az alapanyagokkal szembeni követelmények. Kerámia alapanyagok szintézise fizikai és kémiai eljárásokkal. A szintézis hagyományos és korszerű módszerei. Alapanyagok előállítása különleges körülmények között. Az alapanyagok (szemcsés anyagok, porok, kolloid rendszerek) jellemzésének fontosabb módszerei. A tömbi és a felületi tulajdonságok szerepe. Mikro-, illetve nanoméretű szemcsékből álló kerámiai alapanyagok: előnyök és hátrányok.

Tömör kerámiatestek előállítása. A formázási és hőkezelési adalékanyagok szerepe, típusai, az adalékolás célszerű módszerei. Diszperz rendszerek mechanikája, deformációs viselkedés a formázás során. Formázási és hőkezelési (zsugorítási, szinterelési) eljárások. A szinterelés anyagszerkezeti és kinetikai vonatkozásai. Szinterelés különleges körülmények között (termikus plazmában, robbantással stb.). A tömör kerámiák utómegmunkálása. Kerámia rétegek és bevonatok kialakítása (porszórás, PVD, CVD, PACVD stb.).

4. Szerkezet és tulajdonságok

A mikroszkopikus és a makroszkopikus szerkezet kapcsolata. Amorf és kristályos kerámiák. Mikro- és nanoszerkezetű kerámiák. A fizikai, termikus és mechanikai tulajdonságok mérése és értékelése. Kémiai és felületkémiai sajátságok meghatározása és szerepe. Elektromos jellemzők mérése. Optikai sajátságok vizsgálata. A biomkompatibilitás meghatározása. Gyártási hibalehetőségek. Megbízhatósági elemzések.

5. Társított és összetett rendszerek

Kerámia rétegszerkezetek. Kerámia-kerámia társított anyagi rendszerek. Kerámia-fém társított anyagok. Egyéb, kerámiabázisú kompozit anyagok. Előre tervezett tulajdonságú anyagi rendszerek előállításának lehetőségei. Minőségbiztosítás, minőségellenőrzés.

A különböző szerkezeti és funkcionális anyagok közötti “verseny”. A korszerű műszaki kerámiák komparatív előnyei és hátrányai. Kerámiai anyagok életút elemzése. Az újrafeldolgozás műszaki és gazdasági vonatkozásai. Különleges, csak kerámiai anyagokkal kielégíthető felhasználói igények. A kerámiai anyagok alkalmazásának gazdasági vonatkozásai. A korszerű műszaki kerámiák hazai előállításának és felhasználásának áttekintése.

6. A fémes anyagok anyagtudománya

A tudatos anyagtervezés alapjai a felhasználási igényektől a kész konstrukcióig.

7. Fémtani alapok I.-II.

A fémek helye a periódusos rendszerben. A fémek elektronszerkezete, az átmeneti fémek elektronszerkezetének sajátosságai. A fémes kötés jellegzetességei és a fémes anyagok tulajdonságai közötti kapcsolat. A fémes anyagok rácstípusai, ideális szerkezet – reális szerkezet. Rácshibák (0-, 1-, 2- és 3-dimenziós rácshibák).

8. Fémtani alapok III.-IV.

A rácshibák szerepe a fémes anyagokban alakítás, hőhatás vagy egyéb környezeti hatásra bekövetkező folyamatokban (alakváltozási mechanizmusok, diffúzió, interkrisztallin korrózió stb.).

Két- és többalkotós rendszerek egyensúlyi állapota. Az egyensúlyi állapotban megjelenő fázisok jellemzése: színfém, szilárd oldat, intermetallikus fázisok. Homogén és heterogén szerkezeti elemek.

9. Fémtani alapok V.-VI.

Nem egyensúlyi átalakulások fémes anyagokban. Az átalakulási diagramok. Avrami analízis. A fémes anyagok amorf állapota.

A fémes anyagok szerkezet- és szövetvizsgálatának sajátosságai. Kvantitatív metallográfia alapjai.

10. Fémes anyagok mechanikai jellemzői

A fémes anyagok terhelhetősége, a terhelhetőség kritériumai, mérőszámai. A szakítóvizsgálat, mint alapvető információforrás.

A fémes anyagok szilárdságát meghatározó tényezők: az ötvözők, a hibasűrűség, a szemcseméret, a kiválások, anyagemlékezés és TRIP-mechanizmus.

11. Fémes anyagok alakváltozása és korróziója

A külső feltételek hatása az alakváltozás jellegére: alakváltozási térképek. Kis- és nagy hőmérsékleten alkalmazható szerkezeti anyagok: olajtávvezetékek anyagaitól a turbinalapát anyagáig.

A fémes anyagok korróziója levegőben, vizes közegben és extrém körülmények között. A korróziós mechanizmusok és a korrózióval szemben fokozottan ellenálló fémes szerkezeti anyagok tervezésének alapjai.

12. Fémmátrixú kompozitok (MMC)

Az MMC-k kialakulása, típusai. A mátrix és az erősítő fázis közötti kapcsolat jellege és szerepe. Az MMC-k előállításának alapvető technológiái.

13. Az MMC-k viselkedése terhelés hatására és egyéb környezeti változásokra

Fém-fém, fém-kerámia MMC-k. Felületbevonatolt fémek, mint az MMC egyik legfontosabb képviselője.

14. A fémek és az MMC-k fejlődési irányai.