Przebieg ćwiczenia
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest:
poznanie składu materiałów ceramicznych
zapoznanie się z podziałem ceramiki
nauczenie się sposobów rozpoznawania gatunków materiałów ceramicznych
poznanie właściwości i zastosowania ceramiki
2. Czynności:
Obserwacja materiałów ceramicznych
Dokonanie klasyfikacji próbek
Opisanie właściwości poszczególnych gatunków ceramiki
3. Materiały, próbki, aparatura:
Ceramika tradycyjna
Doniczka- Zaliczyć ją można do ceramiki glino-krzemianowej, bądź materiałów ceramiki gospodarczej. Uformowana z masy glinianej jest wstępnie osuszana, a następnie wypalana.
Kryształ górski
Bardzo rozpowszechniona bezbarwna odmiana kwarcu. Tworzy ostro zakończone kryształy słupkowe. Może zawierać wrostki innych minerałów. Pozyskiwany od wieków, występuje w wielu odmianach, każda z nich posiada szczególne właściwości. Naturalne kryształy składa się ze skupiska wielu kryształów, połączonych ze sobą w naturalny sposób.
Dzbanek z fajansu- fajans jest rodzajem ceramiki otrzymywanym przez wypalenie mieszaniny gliny, kaolinu, skaleni, kredy, lub marmuru. Aby uczynić go nieprzepuszczanym dla cieczy został on pokryty warstwą szkliwa ceramicznego (zawierającego najczęściej tlenki ołowiu, wapnia, cyrkonu, lub sodu). Posiada różnorodną barwę, od białej po szaro kremową. Charakteryzuję się niewielką wytrzymałością mechaniczną. Jest grubszy ale lżejszy od porcelany. Wyróżniamy fajans wapienny, skaleniowy ilasty i szamotowy. Nieszkliwiony fajans stosowany jest jako filtr.
Miseczka z porcelany- porcelana jest materiałem powstającym poprzez wypalenie najdelikatniejszej glinki (kaolinu), skaleni i kwarcu. Charakterystycznymi cechami porcelany są: biała barwa, nieprzeświecalność, duża wytrzymałość, trwałość przy jednoczesnej kruchości i drobnoziarnista struktura. Porcelana znajduję zastosowanie w elektronice jako dobry dielektryk, posiada też dużą wytrzymałość mechaniczną i jest odporna na działanie czynników chemicznych i stanowi barierę dla cieczy i gazów. Istnieją dwa rodzaje porcelany: twarda wypalana w temperaturze 1350-14100C
i miękka wypalana w temperaturze 1250-1320OC
Ceramika budowlana
Płytka klinkierowa- Klinkier jest niejednolitą mieszaniną związków chemicznych głownie belitu, alitu, wapna palonego glinianu trójwapniowego i brownmielrytu. Klinkier wymaga szybkiego chłodzenia. Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i odpornością na mróz. Służy do produkcji cegieł budowlanych, kanalizacyjnych i drogowych, płytek kominkowych ściennych i podłogowych.
Pustak ceramiczny- materiał budowlany otrzymywany z glin ilastych, morenowych, wstęgowych, łupków, mułków oraz lessów. Podstawowym składnikiem jest kaolin. Pustaki poprzez proces wiązania i twardnienia uzyskują wymaganą wytrzymałość mechaniczną. Charakteryzują się zazwyczaj większymi wymiarami i otworami o różnym układzie. Otwory często usytuowane są mijankowo, co minimalizuje powstawanie mostków termicznych. Większe gabaryty pustaków przyśpieszają wykonywanie robót murarskich oraz zmniejszają ilość spoin, które także mają mniejszą izolacyjność niż pustak.
Płytka glazurowana- Glazura- jest to powłoka naniesiona na płytkę ceramiczną w celu poprawienia walorów dekoracyjnych, trwałości, zabezpieczeniem przed przepuszczaniem i wsiąkaniem wody. Glazura nadaje przedmiotom większą gładkość, połysk i kolor.
Płytka gresowa- jest to płytka ceramiczna o jednolitej strukturze formowana z mieszaniny kaolinu, gliny, szamotu i piasku kwarcowego a następnie prasowana i wypalana. Gres jest materiałem nisko nasiąkliwym, mrozoodpornym, i bardzo odpornym na ścieranie.
Materiały ścierne
Papier ścierny- jest materiałem przeznaczonym do obróbki powierzchni materiałów takich jak drewno, metal, tworzywa sztuczne itp. Na jednej stronie znajduję się nasyp z materiałów ściernych. Może to być tłuczone szkło, korund, lub karborund. Papiery ścierne występują w różnych odmianach i różnych grubościach ziaren. Mogą służyć do obróbki wstępnej powierzchni, lub do polerowania w obróbce wykończeniowej.
Tarcze ścierne- Tarcze ścierne występują w różnych wielkościach i technologiach. O ich barwie decyduje skład chemiczny. Najczęściej stosowanymi materiałami na ścierniwa są: elektrokorund z dodatkami tlenków metali, borazon, węglik boru, oraz diament naturalny i syntetyczny.
Tarcza grafitowa- grafit jest alotropową odmianą węgla, charakteryzuje się odpornością na wysoką temperaturę i dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym. Stosowany jest jako naturalny smar, ale znajduje także zastosowanie w produkcji tygli, elektrod, cegieł ogniotrwałych, a także czarnych farb chroniących przed korozją.
Ceramika elektroniczna
Rezystor ceramiczny- ceramika jest dobrym materiałem elektroizolacyjnym dlatego stosowana jest do produkcji rezystorów mocy. Rezystor powstały poprzez nawinięcie drutu oporowego na ceramiczny rdzeń posiada znacznie większą odporność na wpływ wysokiej temperatury.
Bezpiecznik topikowy- zbudowany jest z elementu topikowego zamkniętego w szczelnej ceramicznej obudowie. Obudowa ta jest doskonałym dielektrykiem dlatego chroni przed porażeniem i jednocześnie zapewnia izolacje pomiędzy częściami które mają przewodzić prąd elektryczny i tymi na których napięcie ma nie występować.
Wyłącznik rtęciowy- zbudowany jest z drutu którego dwa końce znajdują się w szklanym zbiorniczku wypełnionym rtęcią, która stanowi element przewodzący. Zewnętrzny drut zabezpieczony jest paciorkami ceramicznymi.
Przełącznik- Podobnie jak w bezpieczniku ceramika ma stanowić izolacje. W ceramicznej kostce umieszczone są styki i złącza. Ceramika separuje je od siebie i stanowi barierę dla prądu elektrycznego.
4. Wyniki (wzory, obliczenia, tabele, rysunki, fotografie):
5. Wnioski:
Ceramika jest materiałem powstałym poprzez:
a) wymieszanie ze sobą odpowiednich surowców najczęściej kaolinu, gliny, iłów, skaleni, oraz piasku kwarcowego,
b) uformowanie,
c) osuszenie,
d) wypalenie w piecach tunelowych, komorowych, bądź grafitowych
Temperatura wypalania mieści się w zakresie od 900 °C (ceramika budowlana) do 2000 °C (ceramika węglikowa). W wysokich temperaturach dochodzi do nieodwracalnych reakcji chemicznych, w wyniku których materiały ceramiczne uzyskują swoje niezwykłe właściwości- przede wszystkim twardość i kruchość, ognioodporność, ogniotrwałość, wytrzymałość mechaniczną, odporność na ściskanie i rozciąganie, duży opór elektryczny i cieplny. Po wypaleniu niektóre materiały ceramiczne poddaje się szkliwieniu.
Istnieje wiele kryteriów klasyfikacji ceramiki. Najbardziej popularnym jest podział ze względu na
a) wykorzystanie- wyróżniamy ceramikę tradycyjną i budowlaną,
b) oraz ze względu na zastosowane surowce- ceramika tradycyjna, tlenkowa, beztlenowa.
Najczęściej stosowanymi materiałami ceramicznymi są: glina, kamionka, fajans, porcelit, porcelana, klinkier, szamot, elektrokorund, węglik wolframu, węglik krzemu, węglik tytanu, węglik boru, azotek boru, azotek tytanu, azotek krzemu, tlenek cyrkonu, grafit i diament.
Zalety ceramiki
Dobre własności elektroizolacyjne
Ognioodporność
Wytrzymałość mechaniczna
Odporność na korozję
Duża wytrzymałość na ściskanie
Dobra odporność cieplna
Niektóre materiały cechują się piezoelektrycznością, luminescencją, nadprzewodnością
Wady ceramiki
Kruchość
Mała wytrzymałość na rozciąganie
Niska odporność na uderzanie
Mała elastyczność
Zastosowanie ceramiki
Ceramika jest materiałem o wielorakim zastosowaniu. Występuje w różnych formach, odmianach i właściwościach. Tradycyjnymi materiałami wykonanymi z ceramiki są różnego rodzaju ozdoby, wyroby artystyczne, doniczki zastawy stołowe. Możliwość szkliwienia spowodowała, że ceramika stosowana jest także przy produkcji urządzeń sanitarnych, umywalek, zlewów, blatów kuchennych. Właściwości ceramiki docenili także inżynierzy branży budowlanej wykorzystując ją do produkcji cegieł, dachówek, rur kanalizacyjnych, dren, a także płytek ściennych, podłogowych, gressowych. Odporność na wysoką temperaturę sprawiła że łożyska ceramiczne, zaczęły zastępować łożyska tradycyjne, a dzięki odporności na ścieranie powstał szereg ścierniw do szlifowania i noży do cięcia różnych materiałów. Również w elektronice ceramika ma swoje zastosowanie: na kondensatory, silniczki piezoelektryczne, rdzenie cewek, obudowy, osłony itp. W medycynie ceramika stosowana jest na różnego rodzaju implanty, szkła optyczne.
Podsumowując ceramika znajduje zastosowanie we wszystkich kluczowych dla człowieka dziedzinach nauki i przemysłu.