Zarys historii ceramiki.
Ceramiką nazywamy wyroby uformowane , a następnie wypalane lub spieczone z gliny lub mas ceramicznych .Są to nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami w których atomy połączone są wiązaniami jonowymi i kowalencyjnymi.( związki chemiczne metali z niemetalami). Z greckiego CERAMOS-materiał wypalony. Ceramika należy do najstarszych materiałów w Europie . Najstarsze wyroby glinowe pochodzą z okresu paleolitu .Wiek najstarszych wyrobów z ceramiki znalezionych w dolinie Nilu ocenia się na 15 tys. lat. Na terenie Polski wyroby garncarskie i wypalanie ceramiki pojawiło się ponad 6 tysięcy lat temu.
Klasyfikacja materiałów ceramicznych
Ze względu na strukturę wyroby ceramiczne dzielimy :wyroby o strukturze porowatej i nasiąkliwości wagowej do 22% należą do tej grupy wyroby ceglarskie , ogniotrwałe, Ceglarskie – cegły pełne , pustaki ceramiczne, pustaki wentylacyjne, akermany,Szkliwione – płytki ścienne i kafle,Ogniotrwałe – kształtki i cegły szamotowe, kształtki krzemionkowe i termalitowe -wyroby o strukturze spieczonej i nasiąkliwości wagowej dochodzącej do 12%. Są to: cegły budowlane, klinkierowe, cegły kanalizacyjne, cegły z krzemionki , klinkier drogowy, płytki klinkierowe, kształtki, płytki podłogowe terakotowe, płytki kształtki kamionkowe ścienne i szkliwione, płytki krzemionkowe kwasoodporne , kamionkowe rury, kształtki kanalizacyjne -ceramika są to : płyty ścienne szkliwowe , wyroby fajansowe, wyroby sanitarne (umywalki , miski).
Ceramikę można podzielić na :
welkotonażową ( masowo produkowana):
materiały budowlane. Ceramiczne wyroby budowlane otrzymuje się
przez przetwarzanie gliny z dodatkiem barwników. Przetwarzanie polega
na przygotowaniu gliny, zmieszaniu, uformowaniu wyrobu, suszeniu
do stałej masy temperaturze 100°C, wypaleniu wyrobu.
ceramika szlachetna porcelana - wyrabiana z glinki porcelanowej i topników. Jest ona szklista, biała. Posiada twarde szkliwo mocno stopione. Wydaje czysty, metaliczny dźwięk, posiada dużą odporność na wysoką temperaturę i dużą kwasoodporność, jest twardsza od stali. Z porcelany wyrabia się różnego rodzaju zastawy stołowe, filiżanki.
fajans - posiada porowaty czerp barwy kremowej i całkowicie nieprzeświecalny. Jest on mniej
twardy niż porcelana i lżejszy. Na przełomie szary. Wydaje głuchy dźwięk, po pewnym czasie tworzy się na nim drobna siateczka pękań. Ma dużą nasiąkliwość i mała wytrzymałość mechaniczną. Jest najsłabszym materiałem ceramicznym.
porcelit - materiał pośredni miedzy porcelana a fajansem; rożni się od porcelany tym, ze ma odcień szary, względnie kremowy; tworzywo spieczone, wytrzymale; nasiąkliwość ok. 3%; do produkcji stosuje się tu gliny, a nie kaoliny jak w przypadku porcelany - stąd pochodzi barwa porcelitu
ceramika sanitarna
ceramika ogniotrwała (wyłożenia pieców) - wyroby ogniotrwałe o czerepie spieczonym lub porowatym, otrzymywane z surowców mineralnych dobranych do środowiska, w którym będą zastosowane, np. wyroby szamotowe (z glin ogniotrwałych i szamotu), krzemionkowe (z kwarcytu), korundowe (z boksytu), magnezytowe (z magnezytu), dolomitowe (z dolomitu), chromitowe (z chromitu); odporne na działanie temperatury powyżej +1580°C, na obciążenia dynamiczne i działanie czynników chemicznych; stosowane w postaci cegieł, kształtek i zapraw do budowy pieców hutniczych, szklarskich, ceramicznych itp.
specjalna (otrzymuje się ją z bardzo czystych związków na zasadzie syntezy chemicznej)
materiały elektryczneMateriały ceramiczne stosowane w mikroelektronice mają wyjątkowe znaczenie, ich wartość stanowi ok. 80% ogólnej wartości produkowanych obecnie materiałów ceramicznych.
materiały narzędziowe (np. szara, biała, czarna). Materiały narzędziowe są to materiały stosowane do wyrobu części roboczych lub całych narzędzi. Spiekane tlenki metali są to materiały narzędziowe ceramiczne. Podstawowym materiałem wyjściowym do produkcji płytek jest tlenek glinu (Al2O3). Ponadto zawierają niewielkie ilości innych składników jak tlenek magnezu, oraz tlenki innych metali. Produkcja tych płytek odbywa się w następujących etapach:
wytworzenie tlenków metali
wytworzenie proszków tlenków metali
zmieszanie tlenków w odpowiedniej temp.
wytworzenie kształtek (płytek) – odbywa się to w formach przez prasowanie lub odlewanie pod ciśnieniem
spiekanie w temp. powyżej 1700◦C. Płytki takie odznaczają się wielką odpornością na ścieranie, oraz nie tracą własności skrawających do temp. 1200◦C. Poważną wadą wytwarzanych płytek są znacznie niższe wskaźniki wytrzymałościowe, oraz skomplikowany proces technologiczny.
W przemyśle używa się 2 rodzajów spiekanych tlenków metali
Białe – przeznaczone do obróbki żeliwa szarego i stali miękkich dużymi prędkościami skrawania.
Płytki czarne - przeznaczone do obróbki twardych żeliw i stali hartowanych, oraz do obróbki wszystkich materiałów (wykończeniowej).
szkło
materiały odporne na ścieranie
Podgrupa tworzyw ceramicznych topionych lub transformowanych z układu zol-żel (ceramika) organicznych ( szkło organiczne) lub metalicznych ( szkło metaliczne). Ciało bezpostaciowe, którego własności ( sztywność, kruchość ) zbliżają do ciała stałego, a brak uporządkowanej struktury do cieczy. Szkło przepuszcza promieniowanie widzialne, jest dobrym izolatorem termicznym i elektrycznym, posiada mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, odporne na działanie kwasów oraz czynników atmosferycznych. Surowcami do produkcji szkła są głównie piasek kwarcowy, boraks, skalenie sodowo – potasowe, soda, wapienie. Odpowiednio dobraną mieszaninę surowców wraz z dodatkami wytapia się w temperaturze 1300-17000C w piecach szklarskich na jednorodną masę szklaną, z której formuje się wyroby przez wydmuchiwanie (np. naczynia), prasowanie lub wytłaczanie (np. wyroby grubościenne), ciągnienie ( np. pręty, rury), walcowanie ( np. szkło taflowe i zbrojone). Rozróżnia się wiele gatunków szkła między innymi ze względu na ukształtowanie:
naczyniowe
taflowe
optyczne
piankowe
komórkowe
włókna i cienkie wartstwy
kompozyty - dobrą sztywność i twardość ceramiki można czasami połączyć z odpornością na obciążenia dynamiczne polimerów czy metali przez wytworzenie kompozytu. Przykładem mogą być tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami szklanymi lub węglowymi; włókna szklane lub węglowe usztywniają dość miękki polimer. Jeżeli włókno pęknie, pękniecie rozprzestrzeni się w miękkim polimerze ulega w nim zahamowaniu, nie uszkadzając reszty przekroju. Innym przykładem jest cermetal: cząstki twardego węglika wolframu są powiązane metalicznym kobaltem, tak jak żwir spojony smołą daje odporną na ścieranie nawierzchnie jezdna. Kość jest naturalnym kompozytem ceramicznym - cząstki hydroksyapatytu (ceramiki) są spojone kolagenem(polimer). Składniki i właściwości wybranych kompozytów ceramicznych podano w tabeli:
Właściwości
WŁAŚCIWOŚCI WYROBÓW CERAMICZNYCH
twardość
kruchość
duża odporność cieplna
ogniotrwałość
duża odporność na korozję
duża wytrzymałość mechaniczna
duży moduł Younga
mała wytrzymałość na zginanie
praktycznie nie ma odkształcenia plastycznego