1/2013

Uuden sukupolven keraamit huolehtivat itsestään

Erkki Levänen

Huokoisten keraamien suodatinsovellukset ovat Erkki
Leväsen ryhmän vahvaa osaamisalaa. Vasemmalla
suodatin kuumalle kaasulle, oikealla nesteelle.

Teollisuus valmistaa monipuolisista keraameista niin autojen katalysaattoreita kuin ihmisen varaosiakin. Uudet keraamit ovat lisäksi toiminnallisia, esimerkiksi itsestään puhdistuvia.

TTY:n materiaaliopin laitos kuuluu alan tutkimuksen pioneereihin. Ensimmäinen konepajakeraamien selvitys tehtiin jo 1987 emeritus professori Tapio Mäntylän johdolla. Samaan aikaan aloitettiin teollisuusyhteistyö muun muassa Tampellan kanssa.

– Kehitimme teollisuuden kanssa ensiksi painehiomakoneen hiomakiveä. Sen jälkeen laajensimme huokoisten keraamien tutkimusta kuuman kaasun suodattimiin. Ja kun opimme lisää huokoisista rakenteista, siirryimme puoliläpäiseviin keraamikalvoihin, membraaneihin. Ne soveltuivat hyvin metsäteollisuuden jätevesien suodatukseen, professori Erkki Levänen kertoo.

Ankarien olojen materiaali

Keraamit ovat epäorgaanisia, kahden tai useamman alkuaineen yhdisteitä. Useimmiten materiaalit ovat metallioksideja, nitridejä ja karbideja.

Keraamit kestävät erittäin hyvin lämpöä, mekaanista rasitusta sekä kulutusta, ja niillä on erityisiä sähköisiä, magneettisia ja optisia ominaisuuksia.

– Teollisuuden käyttämät tekniset keraamit peittoavat helposti kovuudessa karkaistun teräksen. Niille ei oikeastaan ole vaihtoehtoa, kun valitaan materiaaleja korkeisiin lämpötiloihin ja kemiallisesti aggressiivisiin ympäristöihin. Keraamit ovat äärioloissa vakaita siksi, että kemiallinen reaktio on niissä jo tapahtunut.

KUKA: Erkki Levänen

  • Diplomi-insinööri 1989, tekniikan lisensiaatti 1994, tekniikan tohtori 2004
  • Työskennellyt koko uransa ajan TTY:n materiaaliopin laitoksella: tutkija 1989–2004, vanhempi tutkija 2005–2012, professori 2012–
  • Suomen ainoan keraameihin keskittyvän professuurin haltija.
  • "Tässä iässä osaa iloita myös muiden onnistumisista, ja opettamisesta on tullut läheistä. Ryhmässäni on hyvä tekemisen meininki."
  • Pitkän linjan tutkija, jota ajaa ehtymätön uteliaisuus: "Mieltä vaivaava ongelma kypsyttää jollakin aikavälillä hypoteesin, minkä jälkeen seuraa maaninen vaihe laboratoriossa. Monesti käy niin, että onnistumisen tunteen synnyttää tiedon ennakkoluuloton soveltaminen, ei niinkään uuden keksiminen."

Perus- ja soveltavan tutkimuksen välimaastossa

TTY:n keraamitutkimukselle vahvaa työntöä antaa edelleen teollisuus. Tärkeä teollisuusyhteistyön areena juuri nyt on kansallinen, koneenrakennuksen strategisen huippuosaamisen FIMECC-keskittymä.

– Osallistumme FIMECCin Läpimurtomateriaalit-ohjelmaan, tutkimme Tekesin rahoituksen avulla sekä teemme lisäksi teollisuudelle tilaustutkimuksia. Uutta vauhtia ja syvyyttä osaamiseen haemme perustutkimuksesta, Levänen kuvaa ryhmänsä toimintaa.

Ryhmä on edelleen yksi maailman johtavista asiantuntijoista polton ja kaasutuksen keraamimateriaaleissa. Toinen kärkiosaamisala on keraamien kuluminen ja mekaaniset ominaisuudet. Tälle osaamiselle on kysyntää etenkin paperikoneiden valmistuksessa.

Keraamit ajetaan töihin

Koska keraamit eivät reagoi ja liukene ihmisen elimistössä, ne soveltuvat elävää kudosta korvaaviksi ja hoitaviksi biomateriaaleiksi. Kulumista hyvin kestäviä oksidikeraameja käytetään tekolonkkanivelissä. Huokoinen keraami taas sopii implantin kiinnityspinnaksi.

Nykyisin keraameilta odotetaan myös toiminnallisuutta.

– Toiminnallisuus tarkoittaa esimerkiksi matalaa kitkaa, kykyä muuntautua ympäristön mukaan, lian tai veden hylkimistä tai antibakteerisuutta. Keraameihin osataan liittää jo yksittäisiä toiminnallisia ominaisuuksia, haastetta on vielä usean toiminnan yhdistämisessä, Levänen kertoo.

TTY:llä on aloitettu funktionaalisten keraamien valmistaminen kiinalaisyhteistyössä Suomen Akatemian rahoittamassa projektissa.

– Valmistamme toiminnallisuutta lisääviä raaka-ainejauheita yhdistämällä toisiinsa muun muassa oksidinanopartikkeleita, antibakteerisia aineita ja fotokatalyyttisia materiaaleja. Jauheita voidaan käyttää pinnoitteina tai niistä voidaan valmistaa kappaleita, Levänen kertoo.

Toisessa, EU:n rahoittamassa projektissa kehitetään rakennusteollisuudelle uutta, palamatonta keraamipohjaista eristemateriaalia.


Teksti: Päivi Eskelinen
Kuva: Petri Laitinen

 


Kerro kaverille
Suomalaisen insinöörityön puolesta
Suomalaisen insinöörityön puolesta
1/2013
Suomalaisen insinöörityön puolesta
Uusi menetelmä paperiteollisuuden kustannusjahtiin
Uusi menetelmä paperiteollisuuden kustannusjahtiin
1/2013
Uusi menetelmä paperiteollisuuden kustannusjahtiin
Tampereella luodaan kontinkäsittelyn tulevaisuutta
Tampereella luodaan kontinkäsittelyn tulevaisuutta
1/2013
Tampereella luodaan kontinkäsittelyn tulevaisuutta
SHOKit tarvitsevat uutta aloitusta
SHOKit tarvitsevat uutta aloitusta
1/2013
SHOKit tarvitsevat uutta aloitusta
Kampusareena tiivistää yliopiston ja yritysten yhteistyötä
Kampusareena tiivistää yliopiston ja yritysten yhteistyötä
1/2013
Kampusareena tiivistää yliopiston ja yritysten yhteistyötä
Jaakko Astola Millennium-teknologiapalkinnon palkintolautakuntaan
Jaakko Astola Millennium-teknologiapalkinnon palkintolautakuntaan
1/2013
Jaakko Astola Millennium-teknologiapalkinnon palkintolautakuntaan
Anne-Mari Järvelin johtamaan TTY:n kumppanuuksia
Anne-Mari Järvelin johtamaan TTY:n kumppanuuksia
1/2013
Anne-Mari Järvelin johtamaan TTY:n kumppanuuksia
Sinivalkoruutu vaihtui punavalkoraitaan
Sinivalkoruutu vaihtui punavalkoraitaan
1/2013
Sinivalkoruutu vaihtui punavalkoraitaan
Tampereen teekkareiden maihinnousu Helsinkiin
Tampereen teekkareiden maihinnousu Helsinkiin
1/2013
Tampereen teekkareiden maihinnousu Helsinkiin
Edutech: Kilpailukykyä kokonaisuuksien hallinnalla
Edutech: Kilpailukykyä kokonaisuuksien hallinnalla
1/2013
Edutech: Kilpailukykyä kokonaisuuksien hallinnalla
TTY uudisti verkkosivunsa
TTY uudisti verkkosivunsa
1/2013
TTY uudisti verkkosivunsa

Tampereen teknillinen yliopisto on teknologisen kehityksen tiennäyttäjä sekä tutkimusmaailman ja elinkeinoelämän yhteistyökumppani. Yliopistosta valmistuu haluttuja osaajia yhteiskunnan eri aloille.

Käyntiosoite:
Korkeakoulunkatu 10,
33720 Tampere

Postiosoite:
PL 527, 33101 Tampere

Puhelinvaihde:
03 311 511
ma–pe kello 8–16.15
kesällä ma–pe 8–15.45

Virallinen sähköpostiosoite:
tty.asiointi@tut.fi