Shrnutí: Keramické materiály. Charakteristika různých druhů keramiky, jejich složení, vlastnosti, rozlišovací znaky Druhy keramických materiálů a výrobků

Příběh

viz také

Odkazy

Rozdíl od běžné hlíny

Vlastnosti keramiky

Druhy

Jaké kuchyňské náčiní se vyrábí z keramiky?

Historie vzhledu keramiky v Rusku

Průhledná keramika

Podívejte se, co jsou "Keramické materiály" v jiných slovnících:

Keramika v Rusku

21.12.2021

) a jejich směsi s minerálními přísadami, vyráběné za působení vysoké teploty s následným ochlazením.

V užším smyslu slovo keramika označuje hlínu, která byla vypálena. Moderní použití termínu však rozšiřuje jeho význam na všechny anorganické nekovové materiály. Keramické materiály mohou mít průhlednou nebo částečně průhlednou strukturu, mohou pocházet ze skla (viz sklokeramika). Nejstarší keramika se používala jako keramika z hlíny nebo jejích směsí s jinými materiály. V současné době se keramika používá jako průmyslový materiál (strojírenství, výroba přístrojů, letecký průmysl atd.), jako stavební materiál, jako umělecký materiál, jako materiál široce používaný v lékařství a vědě. Ve 20. století vznikly nové keramické materiály pro použití v polovodičovém průmyslu a dalších oborech.

Slovo „keramika“ také pochází z indoevropského Kerry, což znamená teplo. Kde „keramika“ může být použito jako přídavné jméno popisující materiál, produkt nebo proces; nebo jakmile je podstatné jméno v množném čísle "hrnčířství".

Historicky byly keramické výrobky tvrdé, porézní a křehké. Studium keramiky vede k vývoji stále více nových metod k řešení těchto problémů se zaměřením na přednosti materiálů a také na jejich neobvyklá použití.

Keramika je známá již od starověku a je možná prvním materiálem vytvořeným člověkem. Vzhled keramiky je připisován mezolitu a neolitu. Různé druhy keramiky jsou terakota, majolika, fajáns, kamenina, porcelán, sklokeramika.

Podle původu slova keramika rozumíme takové výrobky, pro které jako hlavní surovina slouží hlína (v případě kaolinu), smíchaná se živcem, křemenem nebo vápnem. Tyto suroviny se smíchají a zpracují na hmotu, která se tvaruje buď volnou rukou nebo na talíři a následně se vypaluje.

Postupně se zdokonalováním výrobních procesů vznikaly jednotlivé druhy keramiky, lišící se v závislosti na výchovných vlastnostech střepu a žhavém žáru. Většina z nich se koná dodnes. Nejstarší druh je obyčejný keramický výrobek se zemitým, barevným a porézním střepem. Jedná se o typickou domáckou keramiku nebo výrobky, které byly zušlechtěny různými způsoby - ražením a rytím (např. Bucchero nero), tenkou krycí vrstvou (řecká keramika a římská Terra - sigillata), barevnou glazurou ("Hafnerkeramika" renesance). Zpočátku se keramika tvarovala ručně. Velkým pokrokem byl vynález hrnčířského kruhu ve třetím tisíciletí před naším letopočtem, který umožnil vyrábět keramiku s tenčími stěnami.

Koncem 16. století přešla keramika do Evropy majolika. Má porézní železný a vápenný střep, ale zároveň bílou fajánsovou hmotu nebo kachlovou hlínu, je pokryta dvěma glazurami: neprůhlednou s cínem a průhlednou lesklou olovnatou glazurou. Majolika pochází ze zaalpských zemí a nazývá se fajáns. Dekor byl před vypálením výrobku na teplotu cca 1000°C malován na majoliku na mokrou glazuru. Barvy pro malbu byly odebírány stejného chemického složení jako glazura, jejich podstatnou součástí však byly oxidy kovů, které odolávaly vysokým teplotám (tzv. žáruvzdorné barvy - modrá, zelená, žlutá a fialová). Od 18. století se začaly používat tzv. muflové barvy, které se nanášely na již vypálenou lazuru. S jejich pomocí, zejména na porcelánu, se dosahuje vysokých výsledků.

V 16. století se v Německu rozšířila výroba kamenného nádobí. Bílý (např. v Siegburgu) nebo malovaný (např. v Rerenu), velmi hustý střep se skládá z hlíny smíchané se živcem a dalšími látkami. Kamenina vypálená při teplotě 1200-1280 °C je velmi tvrdá a prakticky neporézní. V Holandsku ji po vzoru čínské keramiky začali vyrábět v červené barvě a stejný rys má i Bötgerova kamenina.

Kameninu vyráběl také Wedgwood v Anglii. Jemná fajáns jako zvláštní druh keramiky se zrodila v Anglii v první polovině 18. století s bílým porézním střepem pokrytým bílou glazurou. Podle síly střepu se dělí na měkkou tenkou fajáns s vysokým obsahem vápna, střední fajáns s nižším obsahem vápna a tvrdou fajáns bez vápna vůbec. Tento poslední ve složení a síle střepu často připomíná kameninu nebo porcelán.

Ve stavebnictví se hojně využívá cement – jeden z druhů keramiky, jehož surovinou je jíl a vápenec smíchaný s vodou.

Keramika je známá již od starověku a je možná prvním materiálem vytvořeným člověkem. V oblasti keramiky Rusko důstojně zaujímá přední místo ve světě, přestože v mezinárodní literatuře je otázka původu výroby porcelánu a keramiky často bagatelizována. Na příkladu vzhledu černé keramiky je archeologicky dokázáno, že již ve 3. tisíciletí př. Kr. E. černá leštěná keramika se používala pro rituální a ceremoniální účely. Významné škody na vývoji keramiky v Rusku způsobila pouze jedna mongolsko-tatarská invaze, která zničila mnoho úspěchů ruských hrnčířů 9.-12. století. Zmizely například dvouramenné amfory a vertikální lampy, zjednodušil se ornament, umění cloisonné emailu a glazury (nejjednodušší, žlutá, přežila jen v Novgorodu).

Teprve v 15. století pokračoval rozvoj keramiky na Rusi. V Rusku a v současné době, zejména ve venkovských oblastech, je každá keramická nádoba nepostradatelná. Jídlo v keramických nádobách je nejvoňavější a trvanlivější.

Zvláštní zájem byla a stále je výroba keramického nádobí na hrnčířském kruhu. V Moskvě se v 19. století objevil takzvaný kvas (nádoby na polévku z kyselého zelí, kaši, pivo, kvas nebo ovocný kvas).

Historicky jsou keramické materiály neprůhledné díky svým strukturálním vlastnostem. Spékání částic o velikosti nanometrů však umožnilo vytvořit transparentní keramické materiály s vlastnostmi (rozsah vlnových délek provozního záření, disperze, index lomu) ležících mimo standardní rozsah hodnot pro optická skla.

opařená keramika

Nadace Wikimedia. 2010 .

Nekovové materiály ze žáruvzdorných anorganických sloučenin získaných slinováním, plazmochemickými a jinými metodami. K. m. mají vysokou teplotní odolnost, tepelnou odolnost, tvrdost, elektrickou izolaci a další cenné ... ... Encyklopedie techniky

keramické materiály Encyklopedie "Letectví"

keramické materiály- keramické materiály nekovové materiály ze žáruvzdorných anorganických sloučenin získaných slinováním, plazmochemickými a jinými metodami. K. m. mají vysokou teplotní odolnost, tepelnou odolnost, tvrdost, ... ... Encyklopedie "Letectví"

Hlavní článek: Optické materiály Vlnovod na bázi průhledné keramiky Průhledné keramické materiály materiály, které jsou průhledné pro elektromagnetické ... Wikipedia

Abrazivní keramické materiály- (brusiva) - látky zvýšené tvrdosti, používané v masivním nebo drceném stavu k mechanickému zpracování (broušení, řezání, broušení, ostření, leštění apod.) jiných materiálů. Přírodní abrazivní materiály - ......

Super tvrdé keramické materiály- - kompozitní keramické materiály získané zaváděním různých legovacích přísad a plniv do původního nitridu boru. Strukturu těchto materiálů tvoří pevně vázané drobné krystality, a proto jsou ... ... Encyklopedie pojmů, definic a vysvětlení stavebních materiálů

Keramické dlaždice a desky- - tenkostěnné výrobky z keramické hmoty a/nebo jiných anorganických materiálů. Poznámka 1. Keramické dlaždice a desky se používají hlavně pro podlahy a obklady stěn. Zpravidla se tvoří na ... ... Encyklopedie pojmů, definic a vysvětlení stavebních materiálů

Stavební materiály, keramika- - získané v procesu technologického zpracování nerostných surovin (hlavně hlíny), schopné po smíchání s vodou vytvořit plastické těsto, které má v sušeném stavu malou pevnost a po vypálení získává ... ... Encyklopedie pojmů, definic a vysvětlení stavebních materiálů

Keramické výrobky pro obklady- – jsou vyráběny glazované i neglazované. Patří sem lícové cihly a kobercové obkladové dlaždice. Cihlové a obkladové keramické kameny mají stupně pevnosti 75 100 125 150; absorpce vody 6…14 %. [Slovník stavebních materiálů a ... ... Encyklopedie pojmů, definic a vysvětlení stavebních materiálů

Druhy keramických materiálů. Keramické materiály patří mezi hlavní materiály, které mají rozhodující vliv na úroveň a konkurenceschopnost průmyslových výrobků. Tento vliv bude pokračovat i v blízké budoucnosti. Keramické materiály, které vstoupily do inženýrství a technologie na konci 60. let 20. století, způsobily skutečnou revoluci ve vědě o materiálech a v krátké době se staly podle všeho třetím průmyslovým materiálem po kovech a polymerech.

Keramické materiály byly první třídou materiálů, které soutěžily s kovy pro použití při vysokých teplotách.

Hlavními vývojáři a výrobci keramických materiálů jsou USA a Japonsko. V tabulce. 2.1 ukazuje klasifikaci hlavních typů keramických materiálů.

Studie provedená americkým Národním úřadem pro standardy ukázala, že použití keramických materiálů umožnilo do roku 2000 ušetřit zdroje země ve výši více než 3 miliard USD. Očekávaných úspor bylo dosaženo především využitím dopravy motory s díly vyrobenými z keramických materiálů, keramických řezných materiálů a optokeramiky pro přenos informací. Kromě přímých úspor použití keramických materiálů sníží spotřebu drahých a nedostatkových kovů: titan a tantal v kondenzátorech, wolfram a kobalt v řezných nástrojích, kobalt, chrom a nikl v tepelných motorech.

Výroba keramických materiálů. Keramická technologie zajišťuje tyto hlavní fáze: získání výchozích prášků, konsolidace prášků, tzn. výroba kompaktních materiálů, jejich zpracování a kontrola výrobků.

Při výrobě vysoce kvalitních keramických materiálů s vysokou stejnoměrností struktury se používají prášky surovin s velikostí částic do 1 μm. Proces získání tak vysokého stupně disperze vyžaduje hodně energie a je jedním z hlavních stupňů keramické technologie.

Charakteristika hlavních typů keramických materiálů

Funkční typ keramických materiálů	Použité vlastnosti	aplikace	Použitá připojení
Elektrokeramika	Elektrická vodivost, elektrické izolační, dielektrické a piezoelektrické vlastnosti	Integrované obvody, kondenzátory, vibrátory, zapalovače, topidla, termistory, tranzistory, filtry, solární panely, pevné elektrolyty	BeO, MgO, V2O3, ZnO, A1 2 0 3, Zr0 2, SiC, B 4 C, TiC, CdS, titanáty, Si 3 N 4
Magnetokeramika	Magnetické vlastnosti	Magnetické záznamové hlavy, magnetická média, magnety	Měkké a tvrdé magnetické ferity
Optokeramika	Transparentnost, polarizace, fluorescence	Vysokotlaké lampy, IR průhledná okna, laserové materiály, světlovody, optické paměťové prvky, obrazovky, modulátory	А1 2 0 3, MgO, Y 2 0 2, Si0 2, Zr0 2, T0 2, Y 2 0 3, Th0 2, ZnS, CdS
Chemokeramika	Absorpční a adsorpční kapacita, katalytická aktivita, odolnost proti korozi	Sorbenty, katalyzátory a jejich nosiče, elektrody, senzory vlhkosti plynu, prvky chemických reaktorů	ZnO, Fe 2 0 3, SnO, Si0 2, MgO, BaS, CeS, TiB 2, ZrB 2, A1 2 0 3, SiC, titanidy
Biokeramika	Biologická kompatibilita, odolnost proti biokorozi	Protézy zubů, kloubů	Oxidové systémy

Termokeramika	Tepelná odolnost, tepelná odolnost, požární odolnost, tepelná vodivost, koeficient tepelné roztažnosti (CTE), tepelná kapacita	Žáruvzdorné materiály, tepelné trubky, vyzdívky vysokoteplotních reaktorů, elektrody pro metalurgii, tepelné výměníky, tepelná ochrana	SiC, TiC, В4С, TiB 2, ZrB 2, Si 3 N 4, BeS, CeS, BeO, MgO, Zr0 2, A1 2 0 3, TiO, kompozitní materiály
mechanokeramika	Tvrdost, pevnost, modul pružnosti, lomová houževnatost, odolnost proti opotřebení, tribologické vlastnosti, CTE, tepelná odolnost	Části tepelných motorů; těsnicí, kluzné a třecí části; řezací nástroj; lisovací nástroje, vodítka a další díly odolné proti opotřebení	Si 3 N 4, Zr0 2, SiC, TiB 2, ZnB 2, TiC, TiN, WC, B 4 C, A1 2 0 3, BN, kompozitní materiály
jaderná keramika	Radiační odolnost, tepelná odolnost, tepelná odolnost, průřez záchytu neutronů, požární odolnost, radioaktivita	Jaderné palivo, obložení reaktorů, stínící materiály, absorbéry záření, absorbéry neutronů	U0 2, U0 2, Pu0 2, UC, US, ThS, SiC, B 4 C, A1 2 0 3, BeO
supravodivé keramika	Elektrický drát a most	Elektrické vedení, magnetogasdynamické generátory, zásobníky energie, integrované obvody, maglev kolejová doprava, elektrická vozidla	Oxidové systémy: La-Ba-Cu-O; La-Sr-Cu-O; Y-Ba-Cu-0

Broušení vyráběné mechanicky pomocí mlecích médií a tayuka rozprašováním materiálu určeného k mletí v kapalném stavu, depozicí na studené povrchy z plynné fáze, vibračním kavitačním účinkem na částice v kapalině, pomocí samo se šířící vysokoteplotní syntézy a jiné metody.

Pro ultrajemné mletí (částice menší než 1 mikron) jsou nejslibnější vibrační mlýny nebo atritory.

Konsolidace keramických materiálů sestává z procesů formování a slinování. Existují tři hlavní skupiny metod formování:

lisování působením tlakového tlaku, při kterém dochází ke zhutnění prášku v důsledku snížení pórovitosti;
lisování plastů vytlačováním tyčí a trubek přes náustek (extruze) formovacích hmot s plastifikátory zvyšujícími jejich tekutost;
kluzné lití pro výrobu tenkostěnných výrobků libovolného složitého tvaru, ve kterých se pro formování používají tekuté suspenze prášků.

S přechodem od lisování k lisování plastů a lití do licí se možnosti výroby tvarově složitých výrobků zvyšují, ale proces sušení výrobků a odstraňování změkčovadel z keramického materiálu se komplikuje. Proto se pro výrobu produktů relativně jednoduché formy dává přednost lisování a složitějšímu - vytlačování a lití.

Při slinování se jednotlivé částice prášků mění v monolit a vznikají konečné vlastnosti keramiky. Proces slinování je doprovázen snížením pórovitosti a smrštěním.

Při výrobě keramických materiálů se používají pece pro slinování za atmosférického tlaku, horké izostatické lisovny (gasostat), lisy pro horké lisování s lisovací silou až 1500 kN. Teplota slinování v závislosti na složení může být 2000...2200 °C.

Často se používají kombinované způsoby konsolidace, které kombinují formování se slinováním a v některých případech i syntézu výsledné sloučeniny se současným formováním a slinováním.

Zpracování keramických materiálů a jejich kontrola kvality jsou hlavními složkami bilance nákladů na keramické výrobky.

Podle některých zpráv jsou náklady na suroviny a konsolidaci pouze 11 % (u kovů 43 %), zatímco zpracování představuje 38 % (u kovů 43 %) a kontrola 51 % (u kovů 14 %).

K hlavním metodám zpracování keramických materiálů zahrnují tepelné zpracování a rozměrovou povrchovou úpravu.

Tepelné zpracování keramických materiálů se provádí za účelem krystalizace mezikrystalové skleněné fáze. Současně se zvyšuje tvrdost a lomová houževnatost materiálu o 20...30%.

Většina keramických materiálů se obtížně obrábí. Proto je hlavní podmínkou pro keramickou technologii získání prakticky hotových výrobků při konsolidaci. Pro konečnou úpravu povrchů keramických výrobků se používá abrazivní zpracování diamantovými kotouči, elektrochemické, ultrazvukové a laserové zpracování. Efektivní je použití ochranných nátěrů, které umožňují eliminovat nejmenší povrchové vady - nerovnosti, rizika atp.

Ke kontrole kvality výroby keramických dílů se nejčastěji používá rentgenová a ultrazvuková defektoskopie.

Vzhledem k tomu, že většina keramických materiálů má nízkou viskozitu a plasticitu, a tudíž nízkou odolnost proti praskání, používají se k certifikaci výrobků metody lomové mechaniky se stanovením faktoru intenzity napětí. Ke k. Současně je vykreslen diagram ukazující kinetiku růstu defektu.

Kvantitativně je lomová houževnatost krystalické keramiky a skla přibližně 1...2 MPa/m |/2, zatímco u kovů hodnoty /G| C je mnohem vyšší (více než 40 MPa/m |/2). Pevnost chemických meziatomových vazeb, díky nimž mají keramické materiály vysokou tvrdost, chemickou a tepelnou odolnost, zároveň určuje jejich nízkou plastickou deformační schopnost a sklon ke křehkému lomu.

Existují dva možné přístupy ke zvýšení lomové houževnatosti keramických materiálů. Jedna z nich, tradiční, je spojena se zdokonalováním metod mletí a čištění prášků, jejich zhutňování a slinování. Druhým přístupem je inhibice růstu trhlin při zatížení. Existuje několik způsobů, jak tento problém vyřešit. Jeden z nich je založen na skutečnosti, že v některých keramických materiálech, například v oxidu zirkoničitém Zr0 2, dochází pod tlakem k přeskupení krystalové struktury. Původní tetragonální struktura Zr0 2 se stává monoklinickou a má o 3...5 % větší objem.

Rozpínáním zrna Zr0 2 stlačují trhlinu a ta ztrácí schopnost se šířit (obr. 2.1, A). V tomto případě se odolnost proti křehkému lomu zvyšuje na 15 MPa/m |/2.

Druhý způsob (obr. 2.1, b) spočívá ve vytvoření kompozitního materiálu zavedením vláken do keramiky z odolnějšího

Rýže. 2.1. Zpevňování konstrukční keramiky vměstky Zr0 2 (a), vlákna (b) a mikrotrhliny (c):

/ - tetragonální Zr0 2 ; 2 - monolitický Zr0 2

keramický materiál, jako je karbid křemíku SiC. Rozvíjející se trhlina narazí na své cestě s vláknem a dále se nešíří. Lomová odolnost sklokeramiky s vlákny SiC se zvyšuje na 20 MPa/m |/2, čímž se podstatně blíží odpovídajícím hodnotám pro kovy.

Třetím způsobem je, že pomocí speciálních technologií je celý keramický materiál penetrován mikrotrhlinami (obr. 2.1, Obr. PROTI). Když se hlavní trhlina setká s mikrotrhlinou, úhel na špičce trhliny se zvětší, trhlina se otupí a dále se nešíří.

Zvláště zajímavá je fyzikálně-chemická metoda pro zvýšení spolehlivosti keramických materiálů. Byl implementován pro jeden z nejslibnějších keramických materiálů na bázi nitridu křemíku Si 3 N 4 . Metoda je založena na vytvoření určitého stechiometrického složení tuhých roztoků oxidů kovů v nitridu křemíku, tzv. sialony. Příkladem vysokopevnostní keramiky vytvořené v tomto systému jsou sialony o složení Si^^Ai^Ng^O^, kde X - počet substituovaných atomů křemíku, dusíku v nitridu křemíku, v rozmezí od 0 do 4,2. Důležitou vlastností sialonové keramiky je odolnost proti oxidaci za vysokých teplot, která je mnohem vyšší než u nitridu křemíku.

Vlastnosti a použití keramických materiálů. V V moderním strojírenství se neustále zvyšuje používání keramických materiálů. Liší se chemickým složením a fyzikálními a mechanickými vlastnostmi. Keramické materiály mohou pracovat při vysokých teplotách - 1600 ... 2500 ° C (žáruvzdorné oceli 800 ... I 200 ° C, molybden - 1 500 ° C, wolfram - 1 800 ° C), mají hustotu 2 -3krát menší než u tepelně odolných materiálů, tvrdost blízká diamantu, vynikající dielektrické vlastnosti, vysoká chemická odolnost. Zásoby surovin pro výrobu keramiky na zemi jsou nevyčerpatelné. Části plynových turbín a dieselových motorů, palivové články jaderných reaktorů, lehké pancéřování a prvky tepelné ochrany kosmických lodí, tenkostěnné plováky a kontejnery pro hlubokomořská zařízení, řezné desky a zařízení pro tváření kovů za tepla, plunžry a těsnicí kroužky v čerpadla pro čerpání agresivních médií jsou vyrobena z keramických materiálů. , prvky vysoce přesných gyroskopů a počítačových desek, ložiska, permanentní magnety atd.

Použití keramických materiálů v automobilových motorech umožní zvýšit provozní teplotu ve válcích z I 200 na 1 600 °C při současném snížení tepelných ztrát, snížení spotřeby paliva a zlepšení výkonu. Při výrobě výrobků z keramických materiálů nelze jednoduše nahradit kovové díly keramickými. Zvláštní pozornost by měla být věnována podmínkám jejich práce a působícím zatížením, protože všechny části jsou vyrobeny jako celek a to může snížit pevnost celé konstrukce. Navíc nemá žádnou plastickou deformaci a má nízkou rázovou houževnatost.

Jsou formulovány hlavní požadavky, které je třeba vzít v úvahu při navrhování keramických dílů.

V zatížených oblastech by keramický díl neměl mít koncentrátory napětí. V keramických konstrukcích prakticky nepoužívají šroubové spoje, snaží se do nich nevrtat otvory, dělat římsy, drážky, aby se zabránilo mikrotrhlinám. V místech styku keramiky a kovu se instalují tlumicí podložky.

Kovové a keramické části jednoho výrobku musí mít stejný koeficient tepelné roztažnosti, jinak umožňují instalaci kompenzačních těsnění a zohledňují přechodné procesy při zahřívání nebo ochlazování.

Keramika má tepelnou kapacitu 2x větší než kov, což způsobuje tepelné deformace a pnutí. Je vysoce žádoucí, aby teplota keramické části v celém objemu byla stejná. Nejpříznivěji jsou vnímána tlaková napětí. Při nepřítomnosti zatížení by v keramických dílech neměla zůstávat zbytková napětí jeho polymerace.

V současné době se používají keramické materiály na bázi nitridu křemíku - nitridy křemíku vázané, slinuté a za tepla lisované s legujícími přísadami. Reakčně vázaný nitrid křemíku má relativně nízkou pevnost ve srovnání s jinými materiály, ale části komplexního profilu z něj vyrobené vykazují trvale nízké smrštění. Za tepla lisovaný nitrid křemíku pro maximální pevnost. Vlastnosti keramických materiálů výrazně závisí na provozních parametrech a technologii jejich výroby. Byly vyvinuty keramické kompozice, které svými výkonnostními charakteristikami mohou nahradit žáruvzdorné oceli, ale vývoj v oblasti složení a technologií jejich výroby pokračuje. Zásadní nevýhodou keramických materiálů je jejich křehkost a složitost zpracování. Keramické materiály fungují špatně při mechanickém nebo tepelném šoku, stejně jako při cyklických podmínkách zatížení. Vyznačují se vysokou citlivostí na řezy. Keramické materiály mají zároveň vysokou tepelnou odolnost, vynikající odolnost proti korozi a tepelnou vodivost, díky čemuž jsou vhodné pro použití jako prvky tepelné ochrany.

Při teplotách nad 1 000 °C jsou keramické materiály pevnější než jakékoli slitiny včetně superslitin a jejich odolnost proti tečení a žáru je vyšší. Mezi hlavní oblasti použití keramických materiálů patří řezné nástroje, části spalovacích motorů a motorů s plynovou turbínou atd.

Řezací keramický nástroj.Řezné keramické materiály se vyznačují vysokou tvrdostí, včetně zahřátí, odolností proti opotřebení, chemickou inertností vůči většině kovů během procesu řezání. Podle komplexu těchto vlastností keramické materiály výrazně předčí tradiční řezné materiály - rychlořezné oceli a tvrdé slitiny (tab. 2.2).

Vysoké vlastnosti řezných keramických materiálů umožnily výrazně zvýšit rychlost obrábění oceli a litiny (tab. 2.3).

Pro výrobu řezných nástrojů se používají keramické materiály na bázi oxidu hlinitého s přídavkem

Stůl A cca 2.2

Srovnávací hodnoty vlastností nástrojových materiálů

oxid zirkoničitý, karbidy a nitridy titanu, jakož i na bázi bezkyslíkatých sloučenin - nitrid boru s kubickou mřížkou (p-BN), obvykle nazývaný kubický nitrid boru, a nitrid křemíku Si 3 N 4 . Řezné prvky na bázi kubického nitridu boru, v závislosti na technologii výroby, vyráběné pod názvy elbor, borazon, kompozit 09 a další, mají tvrdost blízkou diamantovému nástroji a zůstávají odolné vůči zahřátí na vzduchu až do 1 400 °C. Na rozdíl od diamantových nástrojů je kubický nitrid boru chemicky inertní vůči slitinám na bázi železa. Lze jej použít pro hrubé a dokončovací soustružení kalených ocelí a litin téměř libovolné tvrdosti.

Keramické břitové destičky se používají k vybavení různých fréz, soustružnických nástrojů, vyvrtávacích hlav a speciálních nástrojů.

keramické motory. Z druhého termodynamického zákona vyplývá, že pro zvýšení účinnosti jakéhokoli termodynamického procesu je nutné zvýšit teplotu na vstupu do měniče energie: účinnost = 1 - T2/Tb Kde T t A T 2- teplota na vstupu a výstupu z měniče energie. Čím vyšší je teplota T a tím větší účinnost.

Maximální povolené teploty jsou určeny tepelnou odolností materiálu. Konstrukční keramické materiály umožňují použití vyšších teplot ve srovnání s kovy, a proto jsou perspektivními materiály pro spalovací motory a motory s plynovou turbínou. Kromě vyšší účinnosti motorů díky zvýšení provozní teploty jsou výhodami keramických materiálů nízká hustota a tepelná vodivost, zvýšená

Tabulka 2.3

Srovnávací hodnoty řezné rychlosti při soustružení keramických nástrojů a tvrdokovových nástrojů

tepelná odolnost a odolnost proti opotřebení. Při použití keramických materiálů se navíc snižují nebo eliminují náklady na chladicí systém.

V technologii výroby keramických motorů přitom zůstává řada nevyřešených problémů. Jedná se především o problematiku zajištění spolehlivosti, odolnosti proti tepelným šokům a vývoj metod spojování keramických dílů s kovem a plastem.

Nejefektivnější využití keramických materiálů pro výrobu dieselových adiabatických pístových motorů s keramickou izolací a vysokoteplotních motorů s plynovou turbínou.

Konstrukční materiály adiabatických motorů musí být stabilní v rozsahu pracovních teplot 1300 ... 1500 K, mít pevnost v ohybu o "zg nejméně 800 MPa a faktor intenzity napětí nejméně 8 MPam |/2. Tyto požadavky nejlépe splňují keramické materiály na bázi oxidu zirkoničitého Zr0 2 a nitridu křemíku. Nejrozsáhlejší práce na keramických motorech se provádějí v Japonsku a USA. Japonská společnost lsuzu motors ltd. zvládl výrobu předkomorového a ventilového mechanismu adiabatického motoru, Nissan Motors Ltd. - oběžná kola turbodmychadel, Mazda Motors Ltd. - předkomůrka a tlačné prsty.

Cammin Engine Company (USA) zvládla alternativní verzi nákladního motoru s plazmovým povlakem Zr0 2 aplikovaným na korunu pístu, vnitřní povrch válce, vstupní a výstupní kanály. Spotřeba paliva na 100 km trati byla více než 30 %.

Společnost lsuzu motors sro oznámila úspěšný vývoj keramického motoru, který běží na benzín a naftu. Automobil s takovým motorem vyvine rychlost až 150 km/h, účinnost spalování paliva je o 30...50 % vyšší než u běžných motorů a hmotnost je o 30 % nižší.

Konstrukční keramický materiál pro motory s plynovou turbínou na rozdíl od adiabatického motoru nevyžaduje nízkou tepelnou vodivost. Vzhledem k tomu, že keramické díly motorů s plynovou turbínou pracují při vyšších teplotách, musí si udržet pevnost na úrovni 600 MPa při teplotách do 1670 K (v budoucnu až 1920 K) s plastickou deformací maximálně 1 % po dobu 500 hodin. provozu. Nitridy křemíku a karbidy křemíku s vysokou tepelnou odolností se používají jako materiál pro tak kritické části motorů s plynovou turbínou, jako je spalovací komora, části ventilů, rotor turbodmychadla, stator.

Zlepšení výkonnostních charakteristik leteckých motorů není možné bez použití keramických materiálů.

Keramické materiály pro speciální účely. Mezi keramické materiály pro speciální účely patří supravodivá keramika, keramika pro výrobu nádob s radioaktivním odpadem, pancéřová ochrana vojenské techniky a tepelná ochrana hlavic raket a kosmických lodí.

Kontejnery pro skladování radioaktivního odpadu. Jedním z limitujících faktorů rozvoje jaderné energetiky je složitost ukládání radioaktivních odpadů. Pro výrobu nádob se používají keramické materiály na bázi oxidů B 2 O 3 a karbidů boru B 4 C ve směsi s oxidy olova PbO nebo sloučeninami typu 2PbO PbS0 4 . Po slinování tvoří takové směsi hutnou keramiku s nízkou pórovitostí. Vyznačuje se silnou absorpční schopností vzhledem k jaderným částicím – neutronům a y-kvantům.

Nárazuvzdorné pancéřové keramické materiály. Poprvé byly tyto materiály použity v letectví americké armády během války ve Vietnamu. Od té doby stále roste použití pancíře z keramických materiálů v kombinaci s dalšími materiály pro ochranu pozemních bojových vozidel, lodí, letadel a vrtulníků v armádách různých zemí. Podle různých odhadů je nárůst používání keramické pancéřové ochrany asi 5 ... 7 % ročně. Zároveň došlo k nárůstu výroby kompozitních brnění pro individuální ochranu pořádkových složek, a to v důsledku nárůstu kriminality a teroristických činů.

Keramické materiály jsou ze své podstaty křehké. Avšak při vysoké míře zatížení, například v případě výbušného nárazu, kdy tato rychlost překročí rychlost pohybu dislokací v kovu, nebudou plastické vlastnosti kovů hrát žádnou roli a kov bude jako křehká jako keramika. V tomto konkrétním případě jsou keramické materiály podstatně pevnější než kov.

Důležitými vlastnostmi keramických materiálů, které vedly k jejich použití jako pancíře, jsou vysoká tvrdost, modul pružnosti, teplota tavení (rozkladu) při hustotě, která je 2–3krát nižší než hustota materiálů. Zachování pevnosti při zahřátí umožňuje použití keramických materiálů pro střely prorážející pancíř.

Jako kritérium M vhodnost materiálu pro pancéřovou ochranu lze použít následující poměr:

Kde E - modul pružnosti, GPa; H až - Knoopova tvrdost, GPa; o - mezní pevnost v tahu, MPa; T t - teplota tání, K; p - hustota, g / cm 3.

V tabulce. 2.4 ukazuje hlavní vlastnosti široce používaných pancéřových keramických materiálů v porovnání s vlastnostmi pancéřové oceli. Nejvyšší ochranné vlastnosti mají materiály na bázi karbidu boru. Jejich hromadné aplikaci brání vysoká cena lisovací metody. Proto se dlaždice z karbidu boru používají, když je nutné výrazně snížit množství pancéřové ochrany, například pro ochranu sedadel a automatických řídicích systémů vrtulníků, posádky a vojáků. K ochraně proti těžkým pancéřovým a pancéřovým granátům se používají keramické materiály z borid titanu, které mají nejvyšší tvrdost a modul pružnosti.

Pro hromadnou výrobu keramických materiálů je nejslibnější relativně levný oxid hlinitý. Keramické materiály na jeho bázi se používají k ochraně živé síly, pozemní a námořní vojenské techniky.

Podává Morgan M. Ltd. (USA), karbid boru o tloušťce 6,5 mm nebo deska z oxidu hlinitého o tloušťce 8 mm zastaví kulku 7,62 mm letící rychlostí více než 800 m/s při výstřelu na blízko. Pro dosažení stejného efektu

Tabulka 2.4

Vlastnosti rázuvzdorných keramických materiálů

ocelový pancíř by měl mít tloušťku 20 mm, přičemž jeho hmotnost bude 4krát větší než u keramického.

Nejúčinnější použití kompozitního pancíře, skládajícího se z několika heterogenních vrstev. Vnější keramická vrstva vnímá hlavní rázovou a tepelnou zátěž, je rozdrcena na malé částice a rozptyluje kinetickou energii střely. Zbytková kinetická energie střely je absorbována pružnou deformací podkladu, kterým může být ocel, dural nebo kevlarová tkanina v několika vrstvách. Je efektivní pokrýt keramickou vrstvu tavitelným inertním materiálem, který hraje roli jakéhosi maziva a poněkud mění směr střely, což zajišťuje odraz. Provedení keramického pancéřového panelu je znázorněno na Obr. 2.2. Pancéřový panel se skládá ze samostatných sériově zapojených keramických desek o rozměrech 50x50 nebo 100x100 mm. K ochraně proti pancéřovým střelám ráže 12 mm se používají pláty A1 2 0 3 o tloušťce 12 mm a 35 vrstvách kevlaru a proti střelám ráže 7,62 mm, které jsou ve výzbroji NATO , pláty A1 2 0 3 o tloušťce 6 mm a 12 vrstvách kevlaru.

Během války v Perském zálivu prokázalo široké použití keramického pancíře vyrobeného z Al 2 0 3, SiC a B 4 C americkou armádou jeho vysokou účinnost. Pro pancéřovou ochranu je perspektivní i použití materiálů na bázi AIN, TiB a polyamidových pryskyřic vyztužených keramickými vlákny.

Keramické materiály v raketovém a kosmickém inženýrství. Při létání v hustých vrstvách atmosféry potřebují hlavice raket, kosmických lodí, opakovaně použitelných vozidel, zahřáté na vysokou teplotu, spolehlivou tepelnou ochranu. Materiály tepelné ochrany musí

Rýže. 2.2.

a b - součásti pancéřového panelu pro ochranu proti pancéřovým střelám různých ráží; V - fragment pancéřového panelu sestaveného z prvků a a b; já- průbojná střela ráže 12,7 mm; 2- ráže střely 7,62 mm; 3 - ochranný

povlak je částečně odstraněn, aby měl vysokou tepelnou odolnost a pevnost v kombinaci s minimálními hodnotami koeficientu tepelné roztažnosti, tepelné vodivosti a hustoty.

Výzkumné centrum NASA (NASA Ames Research Center) vyvinulo kompozice tepelně stínících vláknitých keramických desek určených pro opakovaně použitelné kosmické lodě.

Pro zvýšení pevnosti, odrazivosti a ablativních vlastností vnějšího povrchu tepelně stínících materiálů jsou tyto materiály pokryty vrstvou smaltu o tloušťce asi 300 µm. Smalt obsahující SiC nebo 94 % Si0 2 a 6 % B 2 0 3 je nanesen jako skluz na povrch a následně sintrován při teplotě 1470 K. Povlakované desky se používají na nejvíce vyhřívaných místech kosmických lodí, balistických střel a nadzvukových letadel . Vydrží až 500 desetiminutových žhavení v plazmatu elektrického oblouku o teplotě 1670 K. Varianty systému keramické tepelné ochrany čelních ploch letadel jsou na Obr. 2.3.

Obkladová vrstva chrání tepelně izolační vrstvu před ablativní a erozivní destrukcí a vnímá hlavní tepelné zatížení.

Radiotransparentní keramické materiály. Pro vývoj moderní rádiové, elektronické a výpočetní techniky jsou potřeba materiály na bázi oxidu hlinitého, nitridů boru, křemíku, s provozní teplotou do 3 000 °C, se stabilními hodnotami dielektrické konstanty a nízkými dielektrickými ztrátami s tangens dielektrické ztráty tg 8 = 0, 0001 ...0,0002.

Mezi takové materiály patří čistý oxid hlinitý, za tepla lisovaný nitrid boru, keramické materiály TSM 303 a ARP-3, slinutý nitrid boru, sklokeramika D-2, křemenné keramické materiály, čistý nitrid křemíku atd.

Rádiově transparentní materiály musí mít soubor vlastností: stálost dielektrických charakteristik v celém rozsahu provozních teplot, tepelná stabilita, eroze

Rýže. 2.3.

/ - keramický materiál na bázi SiC nebo SijN 4 ; 2 - tepelná izolace; 3 - slinutý keramický materiál

odolnost, vysoká kvalita povrchu, odolnost proti ionizujícímu záření atd. Hrají roli konstrukčního materiálu, ze kterého jsou vyrobeny nosné radiotransparentní konstrukční prvky. Protože se pórovitost oxidové keramiky může měnit v rozmezí 0...90 %, umožňuje to získat materiály zásadně odlišné ve vlastnostech ze stejného oxidu.

Materiály získané strukturovací metodou, například z oxidu zirkoničitého, se při vystavení tepelnému toku jakékoli intenzity vůbec nezničí.

Příkladem strukturování je také výroba sklokeramiky, při které se volí optimální poměr krystalické a amorfní fáze. Změnou chemického složení a struktury je možné získat celé třídy sklokeramiky s požadovanými vlastnostmi.

Dalším směrem výroby radiotransparentních materiálů je použití dopantů. Zejména přidání několika procent oxidů hořčíku a boru do oxidu hlinitého zvyšuje jeho tepelnou odolnost a rázovou houževnatost při nulové absorpci vlhkosti faktorem 2–3. Zavedení 2...5% oxidu chromitého do křemenného keramického materiálu zvyšuje integrální stupeň emisivity 2-3x a 2x zpomaluje útlum rádiového signálu při vysokých teplotách.

Třetím směrem ve vývoji radiotransparentních materiálů je vývoj nitridových materiálů a kompozic na nich založených, zejména nitridů boru, křemíku a hliníku.

Nitrid boru má nejlepší dielektrické vlastnosti ze všech v současnosti známých materiálů pracujících při teplotách do 2000 °C, i když má relativně nízkou pevnost a tvrdost. Na jeho základě se vyrábí například sibonit s obsahem nitridu boru a oxidu křemičitého. Změnou jejich poměru a disperze je možné získat řadu nových materiálů, které spojují výhody nitridu boru a křemenné keramiky.

Nejnovějším směrem ve vývoji radiotransparentních materiálů je tvorba kompozitních materiálů, zejména keramických materiálů impregnovaných organickými a anorganickými látkami, pryskyřicemi a solemi. Spojují dobré dielektrické vlastnosti při vysokých teplotách díky použití keramického základu a vysokou pevnost a houževnatost díky pojivu.

V závislosti na účelu a provozních vlastnostech výrobku jsou pro něj vyvinuty vhodné radiotransparentní keramické materiály. Dielektrická konstanta křemenných keramických materiálů roste monotónně s rostoucí teplotou až do 1500 °C a v rozmezí 1500...1700 °C prudce roste.

se zvýší o 18 %, což je spojeno s tavením materiálu, doprovázeným zvýšením jeho hustoty na teoretickou hodnotu (2210 kg/m 3 při 20 °C). Po roztavení zůstává materiál radiotransparentní a jeho dielektrická konstanta se při teplotě 2500 °C zvýší na 4,3. Vzhledem k tomu, že podle provozních podmínek by změna neměla přesáhnout 10 %, jsou křemenné keramické materiály vhodné pro provozní teploty do 1 350 °C a oxid hlinitý - do 815 °C. S nárůstem pórovitosti objemově od 5 do 20 % klesá dielektrická konstanta přímo úměrně s poklesem hustoty keramiky. Dielektrická ztrátová tangens tg6 křemenných keramických materiálů je 0,0002 - 0,0004 při pokojové teplotě a frekvenci 10 Hz. Se zvýšením teploty na 1 000 °C se tg 6 zvyšuje na 0,005.

Nitrid boru je zatím jediným materiálem, jehož tg5 zůstává pod 0,001 při teplotách do 1500 °C. Navíc změna tg8 slinutého nitridu boru v rozmezí 20 ... 1350 ”C nepřesahuje 3 %, u křemenných keramických materiálů je tato hodnota 10 %.

Byla zvládnuta technologie pro syntézu vysoce aktivního prášku nitridu boru schopného slinovat při teplotách nad 1 600 °C za vzniku dostatečně pevných obrobků. Takové materiály mají nečistoty do 1 % a mají izotropní strukturu. Jsou dobrými izolanty - měrný objemový odpor při pokojové teplotě není menší než 1 10 14 Ohm cm. Působením pulzu jaderného záření se tg 8 v nitridu boru zvyšuje na 0,01 a v křemenné keramice se nemění. Slinutý nitrid boru se díky své vynikající tepelné odolnosti používá jako konstrukční materiál, i když má spíše nízkou pevnost.

Materiály na bázi nitridu boru, zejména lisované za tepla, mají vysokou tepelnou vodivost, zatímco křemenné keramické materiály jsou blíže tepelným izolantům. Jeho tepelná vodivost v závislosti na pórovitosti kolísá při teplotě 600 ... 700 K v rozmezí 0,2 ... 1,0 W / (m K). Vysoká tepelná vodivost může být jak výhodou materiálu (čím vyšší tepelná vodivost, tím nižší tepelné namáhání), tak nevýhodou, pokud radiotransparentní materiál plní i funkce tepelného stínění. U materiálů na bázi nitridu boru a keramických materiálů na bázi oxidu hlinitého se s rostoucí teplotou tepelná vodivost snižuje.

Pro křemenné keramické materiály a sklokeramiku D-2 má rozhodující význam sklovitá, amorfní fáze.

Optimální design produktů působících na souši, ve vodě, ve vzduchu i ve vesmíru umožňuje širší využití radiotransparentních materiálů.

Podle složení a vlastností se keramické výrobky dělí na druhy, druhy a odrůdy.

Určuje se druh keramiky

složení a poměr jednotlivých fází

Jejich zpracování, zejména jemnost mletí,

složení glazury,

teplota a doba vypalování.

Složení hmot všech druhů keramiky zahrnuje plastické jílové látky (jíl, kaolin), ředidla (křemen, křemičitý písek), nivy (živec, pegmatit, perlit, kostní popel atd.) Při vypalování tvarovaných výrobků jako výsledek složitých fyzikálních a chemických přeměn a interakcí složek hmot a glazur se utváří jejich struktura.

Podle charakteru struktury se keramika dělí na hrubou a jemnou.

Výrobky z hrubé keramiky (keramika, cihla, kachle) mají porézní hrubozrnný střep nehomogenní struktury, zbarvený přírodními nečistotami do žlutohnědých barev.

Jemnokeramické výrobky se vyznačují jemnozrnnými bílými nebo světlými, slinutými nebo jemně porézními střepy homogenní struktury.

Podle stupně slinování (hustoty) střepu se rozlišují keramické výrobky:

Husté, slinuté s nasákavostí menší než 5 % - porcelán, jemné kamenické výrobky, poloporcelán;

Porézní s nasákavostí více než 5 % - fajáns, majolika, keramika.

V závislosti na struktuře existují:

Hrubý má porézní, hrubozrnný střep ve lomu heterogenní struktury, zbarvený přírodními nečistotami do žlutohnědých barev (pórovitost 5-30%) - keramika - keramika, cihla, kachle. Hrubá keramika zahrnuje mnoho stavebních keramických materiálů, jako jsou lícové cihly.

Jemná keramika se vyznačuje jemnozrnnými bílými nebo světlými, slinutými sklovitými nebo jemně porézními střepy homogenní struktury (poréznost<5%) - фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика, керметы.

Zvláštní skupinou je tzv. vysoce porézní keramika (pórovitost 30-90 %), kam obvykle patří tepelně izolační keramické materiály.

Vlastnosti keramických výrobků závisí jak na složení použitých hmot, tak na technologických vlastnostech jejich výroby.

Keramika je potřebná tam, kde je vyžadována vysoká odolnost vůči vnějším vlivům: vysoká teplota, otěr, agresivní média atd.

Neměnnost struktury a vlastností je zajištěna silnými chemickými vazbami.

Keramika se díky jedinečnosti svých vlastností dočkala zaslouženého uznání v různých odvětvích techniky.

Fyzikální a mechanické vlastnosti keramiky jsou určeny povahou chemické vazby a krystalovou strukturou.

V závislosti na účelu keramiky je získání specifikovaných vlastností výrobků dosaženo výběrem surovin a přísad a technologických vlastností.

Mezi hlavní vlastnosti patří hustota, mechanická pevnost, tvrdost, pórovitost, tepelná stabilita, chemická odolnost, bělost, průsvitnost, rychlost šíření zvukových vln.

Keramika se vyznačuje vysokou tvrdostí, tuhostí, relativně vysokou pevností v tlaku a nedostatkem tažnosti.

Tvrdost. I porézní hrnčířská hlína poškrábe sklo, protože. obsahuje částice křemene (podle Mohs 7) Technická keramika obsahuje oxid hlinitý (podle Mohs 9) - safír, rubín. Tato vlastnost se nejvíce využívá u abrazivních keramických materiálů - karbid křemíku, oxid hlinitý, bor a nitrid uhlíku - tvrdé a supertvrdé materiály.

Mechanická síla- jedna z nejdůležitějších vlastností, na které závisí trvanlivost výrobku. Má poměrně vysokou pevnost. Pevnost je vysoce závislá na poréznosti keramiky. hliněný hrnec, porcelánový hrnek s tenkými stěnami… Měrná mechanická pevnost, tedy poměr vynaložené síly k jednotce tloušťky dna, se určuje metodou volného pádu ocelové kuličky po dně výrobku. U fajánse je vyšší než u porcelánu. Rázová houževnatost kyvadlové metody je naopak u kameniny nižší než u porcelánu.

Dobře snáší tlaková namáhání, hůře než ohyb a velmi špatná tahová namáhání (35-350 MPa, obyčejná cihla 5 MPa, drát z klavírní oceli 3100 MPa, kůže 40 MPa, lidský vlas 190 MPa). Při návrhu tvaru výrobku se tvar počítá tak, aby síly vznikající při provozu vedly k tlakovému nebo ohybovému namáhání (obrázek).

Hustota b závisí na složení a pórovitosti porcelánu je 2,25-2,4 g / cm³ a fajáns - 1,92-1,96 g / cm³.

Pórovitost určuje se metodou absorpce vody, která je u porcelánu 0,01-0,2 %, u fajánse 9-12 %.

Ohnivzdornost - odolnost vůči vysokým teplotám.Požadováno v pecích a jednotkách pro tavení kovů. T 1000-3000. Při T více než 1000 je pevnější než jakékoli slitiny. Záleží na složení, tzn. na bod tání jeho hlavních složek. Ne všechny keramické materiály jsou žáruvzdorné, veškerá stavební keramika, keramika pro domácnost - nízké provozní teploty. Oheň vydrží, ale glazurový povlak bude pokryt cementem.

Žáruvzdornost je vlastnost keramických materiálů a výrobků odolávat vysokým teplotám bez roztavení. Indikátor (kvantitativní míra) žáruvzdornosti je teplota, při které se vzorek daného materiálu ve tvaru trojbokého komolého jehlanu (běžně označovaného jako „kužel“) vlivem vlastní gravitace deformuje, přičemž dotýkající se keramické podpěry horní částí.

Odolnost vůči teplu charakterizuje schopnost produktu odolávat náhlým změnám teploty. Pro glazované dlaždice = 125-150 C, což znamená možnost prudkého poklesu z této teploty na 20 C bez praskání.

Tepelně odolné materiály musí mít nízký teplotní koeficient. lin. ext., vysoká tepelná vodivost a pevnost srsti.

Tepelně nejodolnější je křemenná keramika, keramika na bázi cordieritu, spodumenu.

Porcelán a kamenina jsou tepelně nejodolnější z umělecké keramiky – vyrábí se z nich konvice a šálky. Tepelný odpor porcelánových výrobků je vyšší než u kameniny. Takže v souladu se současnými GOST 28390-89 a 28391-89 by tepelná odolnost porcelánových výrobků měla být 185 ° C, fajáns - od 125 ° C (pro bezbarvé glazury) a 115 ° C (pro barevné glazury).

Chemické vazby v keramice jsou velmi pevné, proto se keramika vyznačuje také vysokými body tání a chemickou odolností.

Keramika tpl., ° С

Karbid titanu TiC 3120

Borid titanu TiB2 2980

Karbid wolframu WC ~2850

Oxid hlinitý Al2O3 2050

Oxid chromitý Cr2O3 1990

Torsterit 2MgO SiO2 1830

Mullit 3Al2O3 2SiO2 1810

Oxid křemičitý (cristobalit) 1715

Oxid titaničitý TiO2 1605

Nedostatek volných elektronů je důvodem, proč keramika bývá špatnými vodiči elektřiny a tepla. Proto je keramika široce používána v elektrotechnice jako dielektrika.

Potřeby vakuové technologie v keramice jsou spojeny především s jejími vysokými dielektrickými vlastnostmi, vysokou chemickou odolností (včetně vysokých teplot) a vysokou teplotní odolností.

nedostatek hygroskopičnosti u většiny materiálů,

dobré elektrické (piezoelektrické, feroelektrické)

a magnetické vlastnosti s dostatečnou mechanickou pevností, výkonnostní stabilitou a spolehlivostí,

odolnost vůči vysokoenergetickému záření a použití dosti levných a snadno dostupných surovin zajistilo jejich široké uplatnění v různých oborech.

Hygroskopicita - keramika je produkt šetrný k životnímu prostředí a má kapilární strukturu, která umožňuje stěně "dýchat". Stěna z takového materiálu plní funkci přirozené klimatizace: absorbuje vlhkost, když je jí nadbytek, a odevzdává ji, když je jí nedostatek, a udržuje zdravou rovnováhu teploty a vlhkosti v obývacím pokoji. Povrch stěny zůstává v kteroukoli roční dobu suchý, což zase zabraňuje tvorbě hub a plísní.
V Evropě je keramický blok dobře známý a oblíbený. Dnes je více než polovina budov postavena z tohoto materiálu. Nyní tento materiál přišel na ruský trh a s jistotou pokračuje ve svém dobývání díky svým nesporným výhodám.

Estetické vlastnosti Keramické materiály je obtížné jednoznačně charakterizovat, protože složení, povrchová struktura a způsoby zdobení jsou příliš odlišné.

U keramiky a terakoty hraje důležitou roli textura povrchu a teplé tóny přírodních přírodních barev. terakotová barva.

Dekorativnost majoliky, fajánse, porcelánu je spojena především s lazurováním a malbou. Fajáns - hmatatelná tloušťka, drsnost formy, porcelánově elegantní chlad, průsvitnost.

Při hodnocení estetických vlastností keramických výrobků lze zdůraznit jejich plasticitu a přirozenost forem, rozmanitost textur a barev, tedy vysoké dekorativní možnosti.

Keramika je jedním z nejekologičtějších materiálů.

Bělost je schopnost materiálu odrážet světlo dopadající na něj. U porcelánových výrobků je zvláště důležitá bělost. Bělost se určuje vizuálně porovnáním zkušebního vzorku se standardem nebo pomocí elektrického fotometru, stejně jako na "Specol".

Rychlost šíření zvukové vlny u porcelánových výrobků jsou 3-4krát vyšší než u kameniny, proto při úderu dřevěné tyče na okraj vydávají porcelánové výrobky vysoký zvuk a kamenina - hluchá.

Průsvitnost charakteristická pro porcelán, který prosvítá při velké tloušťce výrobku, jelikož má slinutý střep. Fajánsové výrobky díky poréznímu střepu neprosvítají.

Tvrdost vrstvy glazury mineralogická stupnice pro porcelán je 6,5-7,5 a pro fajáns - 5,5-6,5, mikrotvrdost je určena vtlačením diamantové pyramidy. Porcelánové glazury jsou považovány za tvrdé, majolikové glazury jsou měkké a fajánsové glazury střední.

Chemická stabilita glazur a keramických barev používaných pro domácí porcelán a výrobky z fajáns by měla být vysoká, protože by neměly být zničeny při ošetření slabými kyselinami a zásadami při běžné teplotě nebo při zahřátí na 60-65 ° C.

barva "živá" hlína“ je klamné. Při sušení na vzduchu má tendenci jen trochu zesvětlit. Ale když se vypálí, většina jílů dramaticky změní svou barvu: zelená se změní na růžovou, hnědou - červenou, modrou a černo - bílou. Například řemeslníci z vesnice Fnlimonovo u Tuly vyřezávají své slavné hračky z černomodré hlíny, která po vypálení získá bílou, lehce krémovou barvu. Zde v peci během výpalu vyhoří všechny organické částice, což jí dalo „živou“ černou barvu. Bílá zůstává pouze bílá hlína i po vypálení.

Keramika jako polykrystalická pevná látka se obecně skládá ze tří hlavních fází:

krystalický, složený ze zrn,
sklovitý (amorfní) - ve formě mezivrstev umístěných mezi zrny,
plyn - ve formě pórů mezi zrny obklopenými mezivrstvami amorfní fáze.

Porcelán
Fajáns
Výrobky z jemného kamene
Majolika
Terakota
Hrnčířství
Šamotová keramika

Hlavní rozdíl mezi keramickými materiály spočívá v odlišném složení a poměru mezi třemi fázemi, které určují vlastnosti keramických výrobků. Struktura, tzn. struktura keramického tělesa závisí na složení surovin a technologii tohoto materiálu. Podle rozptylu (velikosti) prvků konstrukce keramické materiály jsou jemnokeramické a hrubokeramické. Pokud je keramika tvořena jemnými zrny, její lom je rovnoměrný a částice jsou těžko rozlišitelné, pak takový materiál patří do jemné keramiky (především porcelán, fajáns, majolika atd.). Pokud jsou ve struktuře keramiky pozorována velká zrna, samotná struktura je heterogenní, pak máme hrubý keramický výrobek (šamotové výrobky, keramika, terakota). Hrnčířství mezi jemné keramické výrobky lze zařadit i terakotu, vyráběnou z kvalitních jílů bez příměsi velkých částic, což svědčí o podmíněnosti takového dělení.

Hlavní druhy keramických materiálů: porcelán, fajáns, výrobky z jemného kamene, majolika, terakota, keramika, šamotová keramika.

Porcelán je druh bílé keramiky s hustým konchoidním lomem, nejvyšším úspěchem keramické technologie. K výrobě porcelánu se používají žáruvzdorné bíle pálené jíly a kaoliny, křemen a živce (poměr plastických a chudých materiálů je 1:1). Rozlišujte měkký a tvrdý porcelán. Charakteristickými znaky porcelánu jsou: bělost, průsvitnost, mechanická pevnost, tvrdost, tepelná a chemická odolnost. Rozsah: od výroby nádobí a technických výrobků až po tvorbu jedinečných uměleckých děl.

Fajáns (z názvu italského města Faenza) je druh bílé keramiky s jemně porézním lomem. K výrobě fajánse se používají žáruvzdorné bíle pálené jíly, křemen a různé přísady. Na rozdíl od porcelánu má neprůhledný porézní střep, teplota výpalu šrotu přesahuje teplotu litého. Rozlišujte měkkou a tvrdou fajáns. Obor: výroba nádobí, technických výrobků, dekorativních výrobků, stavební keramiky.

Výrobky z jemného kamene - druh keramiky, vyznačující se bílým nebo barevným slinutým střepem, s rovnoměrným lasturovým lomem. Pro výrobu ušlechtilých kamenných výrobků se používají žáruvzdorné a žáruvzdorné jíly, jejichž chemické složení se pohybuje v poměrně širokém rozmezí.Rozlišují se ušlechtilé kamenické výrobky nízkoteplotního a vysokoteplotního slinování. V závislosti na použitých surovinách, stupni slinování a barvě střepu a vlastnostech technologie mají výrobky z tenkého kamene různé názvy: poloporcelán, nízkoteplotní porcelán, „kamenné zboží“ atd. -kamenné výrobky se vyznačují nízkou nasákavostí (0,5 ... 5,0 %). Jejich zaměření: výroba nádobí, dekorativní a interiérové keramiky.

Majolika (od názvu ostrova Mallorca) je druh keramiky s porézním, přirozeně zbarveným střepem od světle krémové až po červenou (cihlovou) barvu, pokrytou průhlednou nebo hluchou (neprůhlednou) glazurou. K výrobě majoliky se používají tavitelné jíly v čisté formě nebo se zavedením ředidel a tavidel. Často jsou výrobky z majoliky pokryty vrstvou bílé hlíny, engoby, která skrývá přirozenou barvu střepu. Nízká teplota glazurního výpalu majoliky (960–1050°C) umožňuje použít k dekoraci širokou paletu barevných glazur a emailů. Obor: výroba zboží, obkladů, dekorativní keramiky.

Terakota (terra (ital.) - zemina, cotta - pálená) - druh keramiky, neglazované keramické výrobky s porézním střepem. Pro výrobu terakoty se používají vysoce kvalitní nízkosrážlivé jíly, které mají jednotnou barvu a poměrně vysokou teplotu tání. Někdy je terakota pokryta engobou. Rozsah: výroba soch, dlaždic, dlaždic atd.

Keramika - keramické výrobky s přirozenou barvou pálené hlíny, poměrně vysokou pórovitostí, jemnozrnné, obvykle neglazované. K výrobě tohoto typu keramiky se používají místní nízkotavitelné hrnčířské hlíny bez použití jakýchkoliv dalších složek, s výjimkou drobných příměsí křemenného písku. Někdy jsou výrobky pokryty vrstvou engoby nebo glazury. Obor: výroba zboží, šperků, suvenýrů.

Šamotová keramika je druh hrubých keramických výrobků, které mají porézní, hrubozrnný, často světle zbarvený střep. Šamot je pálená mletá hlína. K navázání zrn šamotu v šamotových výrobcích se používají jíly, které se hnětou, dokud nevznikne plastická hmota. Šamotové hmoty se používají k výrobě drobných plastik, podlahových váz, cihel a některých dalších druhů architektonické keramiky.

Vše výše uvedené keramické materiály bez ohledu na to, jak se liší složením surovin a následně i konečným chemickým složením a vlastnostmi výrobků, spojuje je technologie, která určuje sled operací.

Základní technologické schéma výroby keramiky

Nákup surovin (hlína, šamot, písek atd.)
Příprava formovací hmoty
Lití
Sušení
Hořící

Nádobí z pálené hlíny se objevilo před několika staletími a od té doby se stalo součástí lidského života. Do dnešních dnů se zachovala téměř beze změn, ale dnes chceme mluvit ne úplně o ní, ale o jejím praktičtějším a krásnějším následovníkovi - keramice.

Keramika se od hlíny liší jen v několika bodech, ale stačí, aby hotové výrobky získaly nové praktické vlastnosti.

Tento materiál se skládá ze dvou hlavních složek: jílu, který se používá jako základ, a přísad. Jako poslední lze použít různé pevné minerální látky, například písek nebo obyčejnou křídu. To vše ovlivňuje pórovitost, stupeň nasákavosti a rovnoměrnou barvu.

Další důležitý rozdíl spočívá v technologii výroby. Zatímco vypalování keramiky je konečnou fází její výroby, u keramického zboží je to jen polovina úspěchu. Pro dodatečnou ochranu a zvýšení pevnosti je jeho povrch nutně pokryt tenkou vrstvou glazury - speciální kompozice na bázi skla. Po jeho aplikaci se znovu vypaluje při nižších teplotách, aby se ochranná vrstva na povrchu fixovala.

V závislosti na zvolených komponentech a rozdílech ve výrobní technologii se konečné vlastnosti keramického nádobí mohou mírně lišit, ale „základní seznam“ kvalit zůstává u všech produktů stejný:

Jsou odolné, ale neodolají nárazům a pádům.
Stěny keramického nádobí mají porézní strukturu, proto se teplo při zahřátí začne plynule šířit rovnoměrně po celé ploše. To má pozitivní vliv na chuť pokrmů, díky nimž jsou šťavnatější a sytější, připomínají polévky a dušená jídla z ruské trouby.
Glazura spolehlivě chrání základnu před absorpcí vlhkosti a je odolná proti poškrábání.
Přítomnost skla v povlaku dodává nádobí nepřilnavé vlastnosti. Potraviny v kvalitní keramice se ani s minimálním množstvím oleje při vaření nelepí a nepřipalují.
Materiál je šetrný k životnímu prostředí a bezpečný.
Nemá vlastní vůni, takže nemůže zkazit chuť hotového pokrmu.
Teplotní rozsah pro použití keramických výrobků je velmi široký - můžete v nich vařit v troubě, stejně jako skladovat potraviny v lednici. Jediné, co keramika nesnese, jsou náhlé změny teplot. Díky prudké expanzi vzduchu v pórech snadno praská.

Jak jsme již uvedli, komponenty použité v kompozici ovlivňují vzhled a vlastnosti, ve skutečnosti tvoří několik typů materiálu:

Porcelán je jedním z nejznámějších a snadno rozlišitelných druhů. Poznáte ho podle nízké hmotnosti a tenkých, lehce průhledných stěn porcelánového nádobí. K jeho výrobě se používá bílá hlína, která dává velmi „podpis“ bílo-modrý odstín. Navzdory eleganci a jemnosti má porcelán poměrně vysokou pevnost a tepelnou odolnost.
Fajáns - je podobný porcelánu, protože se také vyrábí z bílé hlíny, má však poréznější strukturu, kvůli které musí být stěny výrobků silnější. Celková síla fajánse je asi o čtvrtinu nižší než u porcelánu.
Terakotová hlína – na rozdíl od předchozích typů má tento materiál tmavé odstíny – od hořčicově žluté až po sytě hnědou, načervenalou nebo dokonce černou. Tato vlastnost se často změní ve výhodu pokrytím povrchu průhlednou glazurou. Bez dodatečné ochrany taková hlína silně absorbuje vodu, takže se dříve používala pouze pro výrobu nádob pro skladování sypkých suchých produktů.
Sklokeramika je moderní materiál, který neobsahuje hlínu. Nádobí z něj se však vyrábí přibližně na stejném principu - výrobky se nejen formují ze speciální kompozice skla, ale také se dodatečně vypalují.
Dolomit je další odrůda, která si získala popularitu relativně nedávno. Ve skutečnosti to také není keramika (je to jedna z odrůd vápence), ale vzhledem a řadou vlastností je jí velmi podobná. Nádobí na vaření a použití v troubě se z něj nevyrábí, ale tvoří se z něj například konvičky, cukřenky a vázy.

Tvrdost Knoopa # k, GPa

Pevnost v tahu o in, MPa

Modul pružnosti E, GPa

Teplota tání T pl, NA

Kritérium odolnosti pancíře L/, (GPa m) 3 - K/kg

Za tepla lisovaný karbid boru B 4 C

Diborid titanu TiB 2 lisovaný za tepla

Karbid křemíku SiC

Slinutý oxid hlinitý A1 2 0 3

Keramika se používá k výrobě nádobí a dalšího kuchyňského náčiní extrémně široce. Z toho se vyrábí:

hrnce,
pánve,
hrášek,
formy na pečení a pečení,
šálky, konvice, soupravy,
cukřenky, cukřenky,
talíře a velké nádobí,
podložky pod naběračky a čajové sáčky,
slánky,
kuchyňské nože.

S největší pravděpodobností to ani není úplný seznam, a když se podíváte do své kuchyně, jistě najdete něco, co jsme zapomněli zmínit.

A nakonec se vyplatí zaměřit se na pánve a hrnce, ve kterých je keramika použita pouze jako nepřilnavý povlak. Z hlediska rozvodu tepla se blíží běžnému kovovému nádobí, ale povlak je na rozdíl od teflonu mnohem pevnější a odolnější. Nebude však možné dosáhnout onoho velmi bohatého aroma a zvláštní chuti charakteristické pro pokrmy připravované v keramickém nádobí.

Podobné články: