CENTRI I ODELJENJA
Novi materijali i nanotehnologije
Poluprovodnici i senzori
Robotika, mehatronika
Metalne konstrukcije u građevinarstvu

ENGLISH

Digital repository of ITS SASA

Funkcionalno gradijentni materijali

 

Funkcionalno gradijentni materijali (FGM) su višeslojni materijali u kojima postoji kontinualna ili diskontinualna promena hemijskog sastava i/ili mikrostrukture (veličina zrna, gustina/poroznost) kroz definisano geometrijsko rastojanje. Gradijenti mogu biti kontinualni na mikroskopskom nivou, ili mogu sadržati gradijentne laminate metala, keramika ili polimera. Za procesiranje FGMa koriste se različite tehnike, kojima je moguće kontrolisati kako sastav, tako i strukturu. Stalni napredak u metodama procesiranja omogućio je da se konceptom gradijentnih materijala kreiraju novi sistemi i reše različiti inženjerski problemi. Posle više decenija istraživanja i razvoja, FGM čine klasu atraktivnih materijala u kojima je moguće kreirati gradijent osobina koji je nemoguće postići kod bilo kog od prostorno homogenih materijala. Danas je moguće kreirati FGM sa gradijentom električnih i/ili magnetnih osobina sa izuzetnim mehaničkim i termičkim karakteristikama. Tehnologija funkcionalno gradijentnih materijala se uspešno koristi za proizvodnju elektronskih komponenata (piezoelektričnih keramika, termoelektričnih poluprovodnika...), elektrohemijskih komponenata (gorivih ćelija, sistema za konverziju energije...), kao i biomaterijala.

U Institutu tehničkih nauka SANU bavimo se kreiranjem i karakterizacijom barijum titanat-stanatnih (BaTi1-xSnxO3, BTS) funkcionalno gradijentnih materijala sa uniaksijalnim gradijentom dielektričnih i feroelektričnih karakteristika.

Već više od 10 godina BTS FGM se koriste u industriji poluprovodnika za proizvodnju različitih elektronskih komponenata kao što su: kondenzatori, termistori, kompjuterske memorije i savitljivi pretvarači (prekidači); pri čemu su se naučnici bavili problemom savijanja i mehaničkog naprezanja u ovim komponentama.

U okviru naše istraživačke grupe akcenat je na proučavanju električnih karakteristika BTS FGM u funkciji koncentracionog gradijenta, kao i na utvrđivanju uticaja mikrostrukture na električne karakteristike. Do sada smo uspeli da variranjem koncentracionog gradijenta Ti/Sn (tj. kombinovanjem broja slojeva i sadržaja kalaja po svakom od slojeva) kreiramo FGM koji imaju maksimum dielektrične konstante u željenom temperaturskom intervalu, kao i da menjamo širinu temperaturskog intervala u kome dielektrična konstanta ima maksimum.

Pri procesiranju FGM osnovni cilj je formirati keramički materijal sa adekvatnom mikrostrukturom tj. veličinom zrna i gustinom. Proizvodnja FGM upotrebom prahova može da bude praćena značajnim problemima usled deformacije komponenata. Tačnije, tokom termičkog tretmana FGM, gradijentni slojevi (različitog hemijskog sastava) se skupljaju različitim brzinama, dostižu različite procente skupljanja i, naravno, različite finalne gustine. Usled te pojave može doći do savijanja, delaminacije, nastanka pukotina i različitih mikrostrukturnih ošećenja u sinterovanom FGM. Zbog toga je neophodno predvideti proces sinterovanja za svaki od slojeva unutar FGM i kreirati strategiju sinterovanja koja će omogućiti pripremu kvalitetnog FGM, bez bilo koje od navedenih deformacija. U okviru naše grupe, za modelovanje procesa sinterovanja FGM koristimo koncept master sintering krive (MSC).

Novi izazov za nas trenutno je kreiranje FGM sa gradijentom poroznosti a na bazi hidroksiapatita. Ovakvi biokeramički materijali imaju potencijalnu primenu u reparaciji koštanih oštećenja.

 

SEM mikrografija BTS2.5/BTS5/BTS7/BTS10 FGMa.
Konusni oblik je posledica različitog skupljanja slojeva;
ne postoje defekti u strukturi.
In situ snimak sinterovanja BTS2.5/BTS5/BTS7/BTS10 FGMa

Značajnije publikacije

 

 

 

 
   
Copyright © 2007 Institut tehničkih nauka Srpske akademije nauka i umetnosti