Ceramikę stanowią materiały nieorganiczne o jonowych i
kowalencyjnych
wiązaniach międzyatomowych, wytwarzane zwykle w
wysokotemperaturowych
procesach związanych z przebiegiem nieodwracalnych
reakcji, chociaż do tej
grupy materiałow zaliczane są rownież szkła oraz beton i
cement, pomimo że przy
ich wytwarzaniu zachodzą nie wszystkie z tych procesow.
Najogólniej do szeroko rozumianych materiałow
ceramicznych można zaliczyć
ceramikę inżynierską, cermetale, ceramikę porowatą,
szkła, ceramikę szklaną.
Klasyfikacja: ceramika elektrotechniczna, materiały
ogniotrwałe, materiały węglowe, grafit, materiały
budowlane, posadzki, materiały ścierne, narzędzia
skrawające, elementy konstrukcyjne, szkło, porcelana
stołowa, porcelit, fajans.
Materiały ceramiczne są złożone z co najmniej dwóch
elementów, a często
i większej ich liczby, a ich struktura krystaliczna jest
bardziej złożona niż metali. W materiałach ceramicznych,
w których przeważają wiązania jonowe, występuje
równowaga między dodatnio naładowanymi elektrycznie
kationami – jonami metali, oddającymi swe elektrony
walencyjne a ujemnie naładowanymi anionami
– jonami niemetali. W przypadku gdy aniony pozostają w
kontakcie z otaczającymi
kationami, materiały ceramiczne cechują się strukturą
stabilną.
Zastosowanie głównych grup materiałów ceramicznych:

Struktura części materiałów ceramicznych charakteryzuje
się tym, że jednakowa
jest liczba kationów i anionów oznaczonych odpowiednio
jako A i X. Odpowiednie
fazy, oznaczone jako AX, mogą charakteryzować się
kilkoma typami struktur
krystalograficznych NaCl.
Elementarna komórka NaCl:

Ceramika inżynierska, określana również jako ceramika
specjalna lub ceramika
drobnoziarnista, wytwarzana jest w wyniku spiekania, w
wysokiej temperaturze,
bez udziału fazy ciekłej, bardzo czystych związków,
takich jak tlenki, węgliki, azotki
ale także diament i wykazuje w stanie stałym postać
krystaliczną bez udziału fazy
szklistej oraz prawie teoretyczną gęstość.
Zastosowanie: Spalanie wewnętrzne
Elementy silników.elementy silników
żarowytrzymałość w wysokiej
temperaturze, odporność
na zużycie i na korozję
elementy układu wydechowego,
zawory, głowice, wkładki przeciwzużyciowe,
denka tłoków, łożyska.
Zastosowania ceramiki inżynierskiej obejmują materiały
odporne na zużycie,
łożyska, narzędzia skrawające, elementy samochodów,
oprzyrządowanie energetyczne,
endoprotezy, oraz różne elementy w przemyśle
kosmicznym, lotniczym
i militarnym.
Materiały ceramiczne oparte na tlenku aluminium Al2O3
stosowane są w bardzo
wielu przypadkach, na podłoża w elektronice, świece
zapłonowe, przewodniki i izolatory
ognioodporne, łożyska, zbiorniki chemiczne, zawory
wodne, endoprotezy. Zastosowanie :

Ceramika porowata, określana jest również tradycyjną,
klasyczną lub wielkotonażową
z tego względu, że zwykle obejmuje masowo
produkowane materiały budowlane,
ogniotrwałe lub stosowane m.in. w technice sanitarnej, w
tym m.in. porcelanę,
kamionkę, dachówkę i cegłę. Ceramika porowata
obejmuje produkty z gliny
oraz materiały ogniotrwałe i charakteryzuje się sporym
udziałem fazy szklistej. otaczającej składniki krystaliczne,
utworzone głównie z Al2O3, SiO2 i H2O występujących
w różnych proporcjach (głównie z gliny, krzemionki lub
kwarcu, skalenia
lub kaolinu).
Ceramika porowata charakteryzuje się 5÷15%
udziałem porów, po wypaleniu
w wysokiej temperaturze, stosowanym w celu
odprowadzenia wody. W skład ceramiki
porowatej zaliczany jest również cement oraz beton,
wytwarzane w wyniku wypalania
w wysokiej temperaturze, przemielenia uzyskanego w ten
sposób klinkieru
w drobny proszek i następnego tężenia i twardnienia, po
zmieszaniu z wodą i drobnoziarnistym
piaskiem – w przypadku zaprawy cementowej, lub z
wodą, piaskiem
i kruszywem – w przypadku betonu.
Porcelana jest spiekanym materiałem ceramicznym z
mullitu, kwarcu i szkła
skaleniowego i dzieli się na:
-twardą i
-miękką.
Porcelanę wypala się jednokrotnie w temperaturze
850÷1000°C (nieszkliwioną)
lub dwukrotnie w 1280÷1320°C (szkliwioną) i w
1350÷1460°C (twardą).
Formowanie porcelany następuje:
z masy lejnej przez odlewanie w formach gipsowych lub
z masy plastycznej przez toczenie lub prasowanie.
Do szkliwienia służą najczęściej szkliwa skaleniowe, a
farby naszkliwne do
zdobienia.
Twarda porcelana biskwitowa bez szkliwa, która może
być barwiona, stosowana
jest głównie jako dekoracyjna, np. na figurki lub
płaskorzeźby. Jest wytwarzana
z kaolinu (ok. 50%), kwarcu (ok. 25%) i skalenia (ok.
25%).
Ze względu na temperaturę pracy ceramiki
konstrukcyjnej osiągającą ok.
1750°C, jej niską gęstość i przewodnictwo cieplne, oraz
wysoką żaroodporność
i odporność na zużycie, następuje rozwój zastosowań
ceramiki w budowie silników
turbinowych i wewnętrznego spalania, pomimo
nierozwiązanych dotychczas w pełni
problemów związanych m.in. z zawodnością i
trudnościami w łączeniu elementów
z tych materiałów.
Dwutlenek cyrkonu ZrO2 i azotek krzemu Si3N4 znajdują
zastosowanie w produkcji
adiabatycznych wysokoprężnych silników tłokowych o
izolacji ceramicznej
oraz wysokotemperaturowych turbin gazowych. Prace nad
silnikami ceramicznymi
są najbardziej zaawansowane w Japonii i USA (tabl. 8.14).
Silnik ciężarówki z naniesionym
plazmowo pokryciem z dwutlenku cyrkonu ZrO2 na
denko tłoka, wewnętrzne
powierzchnie cylindrów, kanały wdechowe i wydechowe,
wyprodukowany
przez Cammin Engine (USA) zapewnia oszczędność
paliwa o ponad 30%. Silnik
ceramiczny firmy Isuzu (Japonia) zapewnia współczynnik
stopnia spalania
wyższy o 30÷50% niż silniki klasyczne i o 30% mniejszą
masę. Materiałami stosowanymi na komory spalania,
elementy turbosprężarek – wirniki stojany w silnikach
turboodrzutowych są węgliki i azotki krzemu
odznaczające
się wysoką żaroodpornością.