Vật liệu gốm

Vật liệu gốm là vật liệu phi kim loại, vô cơ được sản xuất khi nung phôi ép từ bột.
Những vật liệu gốm hiện đại gọi là gốm kỹ thuật hay gốm công suất cao, được dùng trong ngành chế tạo máy càng ngày càng nhiều dưới dạng bộ phận lắp ráp và trong kỹ thuật sản xuất dưới dạng dụng cụ (Hình 1). Chúng đảm nhận những nhiệm vụ riêng biệt mà chỉ có chúng mới có đặc tính đáp ứng được.

1.Tính chất vật liệu gốm
Những vật liệu gốm có một số đặc tính chung làm chúng khác hẳn với thép.
Những tính chất ưu điểm là:
• Độ cứng và độ bền nén cao.
• Bề mặt có tính trượt với độ bền mài mòn cao.
• Độ bền nhiệt cao đến khoảng 15000C.
• Độ bền ăn mòn và độ bền chịu hóa chất.
• Tỉ trọng thấp từ khoảng 2kg/dm3 đến 4kg/dm3.
• Đa số có tính cách điện.
Tuy nhiên vật liệu gốm không thể biến dạng và dễ vỡ khi bị va chạm mạnh. Chúng không thể chịu được ứng suất tăng vọt thí dụ như ở vết khía và không chịu được ứng suất kéo cao.

Vì những đặc tính này mà các cấu kiện bằng vật liệu gốm hoặc đáp ứng được nhiệm vụ đặc biệt (Hình 2) hoặc làm cấu kiện đặc biệt lắp vào cụm lắp ráp (Hình 3). Ở đấy, những cấu kiện này đảm nhận nhiệm vụ chống hao mòn hay hoạt động ở nhiệt độ cao.

2.Sản xuất

Việc sản xuất vật liệu gốm bắt đầu từ các nguyên tố gốc dưới dạng bột và bao gồm nhiều giai đoạn sản xuất (Hình 4):
1. Nghiền và trộn bột nguyên thủy thành khối gốc (khối lượng ban đầu)
2. Tạo hình phôi thô (mẫu ép thô, bánh ép tươi).Mẫu này có thể hoàn thành bằng ép khuôn hay bằng đúc áp lực và đùn ép dạng bột nhão.
3. Nung phôi thành cấu kiện gốm ở nhiệt độ từ 14000C đến 25000C. Ở giai đoạn này dạng bột được nung kết trở thành cấu kiện.
4. Gia công sau cùng những cấu kiện bằng phương pháp mài, nếu có yêu cầu bề mặt trượt láng.
3.Các loại gốm và ứng dụng
Gốm thạch anh (gốm silicat)
Vật liệu gốm này, cũng được gọi là sứ công nghiệp hay sứ kỹ thuật, được nung với hợp chất gồm 50 % ôxít nhôm (Al2O3), 25 % cát thạch anh (SiO2), và 25 % tràng thạch (KAlSi3O8).
Sứ kỹ thuật có sứ thô màu trắng và đặc. Vật liệu này có độ bền cơ học tốt, chịu đựng được nhiều hóa chất và có khả năng cách điện rất cao. Ứng dụng chính là bộ phận cách điện trong máy móc, thiết bị gia nhiệt (máy sưởi nhỏ/thiết bị nung) bằng điện, công tắc và đèn (Hình 1).

Gốm ôxít
Ôxit nhôm (Al 2O3) được thiêu kết thật đặc là loại vật liệu gốm quan trọng nhất. Gốm này có độ bền ép cao, độ cứng và độ bền mài mòn cũng như chịu được nhiệt độ cao và có khả năng dẫn nhiệt khá. Nó được gia công làm đầu phun sợi, đĩa đệm kín, bộ phận dẫn sợi, bánh xe uốn, vành đệm kín trượt và mảnh cắt (Hình 2).

Cả zirikon ôxit (ZrO 2) thực hiện bằng thiêu kết ép cũng được dùng cho các ứng dụng tương tự. Gốm không thuộc ôxít. Những vật liệu gốm không thuộc nguồn ôxít là silic cacbua và silic nitrua. Gốm silic cacbua (SiC) ngoài độ cứng cao, độ bền mài mòn và độ chịu nhiệt cao còn có độ giãn nở thấp, khả năng dẫn nhiệt cao và khả năng chống ăn mòn tốt nhất chống axít và trong kim loại lỏng (nóng chảy). Vật liệu này được chế biến thành ống bảo vệ nhiệt kế và lớp bọc bồn nóng chảy cho kim loại nhôm, thanh nung và vòng đệm trượt kín (Hình 3).

Gốm silic nitrua (Si 3N4) bao hàm sự kết hợp độc nhất của độ cứng, độ bền mài mòn, độ bền chịu nhiệt cao, độ bền chống ăn mòn của hóa chất cũng như độ bền ép lớn và độ dai tạm đủ. Gốm silic nitrua có thể ứng dụng làm cấu kiện chịu tải cơ học cao và chuyển động nhanh, thí dụ như vòng trượt, vòng bi ổ lăn, vật thể lăn và dụng cụ gia công gang đúc (Hình 4).

Gốm than. Vật liệu kết hợp từ carbon với silic cacbua liên kết độ bền nhiệt độ cao cùng với độ bền kéo, độ bền nén và độ bền hao mòn cực đại. Với vật liệu này người ta có thể sản xuất đĩa thắng công suất cao (Hình 2 trang 275).
4.Tráng gốm (phủ gốm)
Tráng gốm được ứng dụng khi cấu kiện bằng thép với độ bền và độ dai cao nhưng cần các tính chất của bề mặt gốm: độ cứng và độ bền ép cực cao, độ bền mài mòn, độ bền chống ăn mòn của hóa chất và tính cách điện. Bề mặt gốm thường hay được phủ lớp từ hợp chất của ôxít nhôm và titan đioxít (TiO 2). Chúng được phủ bằng phương pháp phun plasma thí dụ trên con lăn, bộ dẫn sợi, trục cán (Hình 5).