Određivanje savojne čvrstoće keramičkih materijala

Sadržaj ovog završnog rada je određivanje savojne čvrstoće keramičkih materijala. Prikazan je pregled načina ispitivanja savojne čvrstoće keramičkih materijala prema normama i literaturi, izrađena naprava za ispitivanje savojne čvrstoće, provedeno ispitivanje savojne čvrstoće uzoraka aluminij oksidne keramike, provedena prateća ispitivanja te analizirani rezultati. U uvodnom poglavlju dan je sažet opis uporabe keramičkih materijala kroz povijest do današnjih dana, neke od bitnih prednosti nad ostalim materijalima, te slika budućnosti primjene keramike. Drugo poglavlje donosi ispitivanja savojne čvrstoće keramičkih materijala prema europskoj normi (DIN) EN 843-1 „Advanced technical ceramics – mechanical properties of monolithic ceramics at room temperature – part 1: determination of flexural strength“. [1] Treće poglavlje donosi detaljan opis keramike kao tehničkog materijala pri čemu je veliki naglasak na aluminij-oksidnoj keramici, njezinoj strukturi, svojstvima i primjeni. U četvrtom poglavlju iznesen je eksperimentalni dio zadatka – izrada naprave za ispitivanje savojne čvrstoće keramike, ispitivanje savojne čvrstoće na određenom broju uzoraka i analiza rezultata savojnog ispitivanja. Aluminij oksidna keramika je jedna od važnih tehničkih materijala s brojnim primjenama zbog niza prednosti poput otpornosti na trošenje, kemijske otpornosti, izolacijskih svojstava, bio-kompatibilnosti, tvrdoće i drugih mehaničkih svojstava. U ovom radu analizirana je savojna čvrstoća aluminij oksidne keramike. Dobiveni uzorci analizirani su po europskoj normi EN ISO 843-1. Zbog izrazito malih vrijednosti žilavosti keramike nije moguće vršiti mjerenje savojne čvrstoće vlačnim pokusom, pa je u svrhu provođenja ispitivanja nužno bilo konstruirati ispitnu napravu, te provesti analizu dobivenih rezultata. Za ispitivanje savojne čvrstoće primijenilo se savijanje u 3 točke, gdje su ispitivanju bili podvrgnuti uzorci aluminij-oksidne keramike kružnog presjeka. Ispitna naprava je izrađena na Fakultetu strojarstva i brodogradnje, na Katedri za eksperimentalnu mehaniku u više inačica, jer se pokazalo da u realnim uvjetima zbog nesavršenosti opreme nije moguće precizno mjerenje malih vrijednosti progiba uzoraka. Posljednja inačica oslonaca je omogućila precizno pozicioniranje i mjerenje progiba uzoraka. Uzorci se postavljaju u ispitnu napravu tako da se postave na dva oslonca (oblika valjka), te se primjenjuje sila opterećenja na sredini uzorka preko trećeg valjčića. Takva ispitna geometrija osigurava jednoliko raspoređeno opterećenje i uklanja utjecaj trenja između uzorka i oslonaca. Savojno ispitivanje se temelji na proračunu jednostavne grede, uz pretpostavku homogenosti materijala uzorka. Brojni faktori poput obrade uzorka, temperature i vlage u ispitnoj okolini, brzini opterećivanja silom, samog iznosa sile i oblika fragmenata uzorka nakon loma, utječu na dobivanje rezultata. Mjerenje se vršilo na kidalici s postavljenim uzorcima. Zadana je brzina opterećenja od 0,5 mm/min, kako bi mjerenje progiba video-ekstenzometrom bilo moguće. Postignuta sila opterećenja je u granicama vrijednosti od 330 – 430 N (srednje vrijednosti 376,6 N) za ispitani skup uzoraka, uz progib nastao savojnim opterećenjem u granicama vrijednosti 0,07 – 0,09 mm (srednje vrijednosti 0,079 mm), te savojnom čvrstoćom u granicama vrijednosti od 290 – 360 MPa (srednje vrijednosti 306,9 MPa), što u potpunosti odgovara vrijednostima za aluminij oksidnu keramiku