MATERIAŁY CERAMICZNE
Cel:
Celem sprawozdania jest przyjrzenie się dokładniej ceramice oraz poznanie jej najważniejszych właściwości.
Ceramiką nazywamy materiały składające się w stanie stałym głównie z substancji nieorganicznych (nie zaliczających się do metali i ich stopów), otrzymywane zazwyczaj przez spiekanie. Większość materiałów ceramicznych to tlenki lub związki chemiczne metali z takimi pierwiastkami jak: azot, węgiel, bor i inne, w których atomy połączone są wiązaniami atomowymi i jonowymi. Materiały ceramiczne, takie jak wapń, piaskowiec bądź granit zwane ceramiką naturalną, są stosowane jako najtrwalszy materiał budowlany.
Dużą grupę materiałów ceramicznych stanowi tzw. Ceramika specjalna, do której należą materiały wykorzystywane w elektronice, tworzywa ogniotrwałe o wysokiej jakości oraz ceramika tzw. medyczna.
Właściwości:
Odporność na działanie wysokiej temperatury i na wstrząsy cieplne
Odporność na działanie czynników chemicznych
Dobre właściwości mechaniczne
Właściwości dialektryczne
Dużą odporność na ścieranie
Obojętność chemiczna
Struktura krystaliczna (te o strukturze niekrystalicznej, czyli amorficznej, nazywamy szkłami)
Szkło jest to substancja przeważnie nieorganiczna, która w procesie ochładzania przechodzi w sposób ciągły ze stanu ciekłego do stanu, w którym uzyskuje ono bardzo dużą lepkość dynamiczną i wiele właściwości mechanicznych ciała stałego o strukturze amorficznej. Brak uporządkowania struktury zbliża szkło do cieczy, natomiast sztywność i kruchość, którą odznacza się szkło, zbliża je do ciał stałych. Większość szkieł charakteryzuje się małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i relatywnie mała przewodnością cieplną. W temperaturze pokojowej wszystkie szkła odznaczają się bardzo dobrymi właściwościami elektroizolacyjnymi i są dialektrykami. Szkło jest także odporne na wpływ atmosfery i na działanie większości kwasów. Biorąc pod uwagę jego skład chemiczny, można podzielić go na następujące grupy:
Kwarcowe (stosowany w budowie aparatury laboratoryjnej, przyrządów optycznych)
Krzemowo- sodowo- wapniowe
Borowo- krzemowe
Wysokoglinowe (wyrób włókien szklanych, naczyń kuchennych)
Ołowiowe
Materiały ceramiczne narzędziowe
Do wyrobu narzędzi stosuje się Si3N4 ( azotek krzemu), ŻrO2 (tlenek cyrkonu) i BN (azotek boru), jak również materiały złożone. Azotek krzemu ma bardzo dobre właściwości skrawające. Azotek boru jest odporny na działanie wysokiej temperatury. Azotek krzemu i tlenek cyrkonu są stosowane na tłoki, tuleje cylindryczne, wirniki i łożyska turbosprężarek oraz na elementy turbin gazowych.
Ceramika szlachetna i techniczna
Porcelana stosowana jest do wytwarzania zastawy stołowej, a porcelanę biskwitową do wyrobów dekoracyjnych. Z porcelany twardej, białej lub kremowej wykonuje się elementy elektrotechniczne.
Fajansu używa się do wytwarzania płytek łazienkowych, naczyń domowych i sprzętu sanitarnego.
Porcelitu używa się do wytwarzania naczyń użytku domowego, sprzętu sanitarnego i laboratoryjnego.
Kamionka jest stosowana w elektrotechnice, sprzęcie gospodarstwa domowego i sanitarnego, a także wytwarza się z niej rury kanalizacyjne oraz elementy aparatury chemicznej i laboratoryjnej.
Terakota znajduje zastosowanie przy wyrobie płytek podłogowych oraz dekoracyjnych.
Materiały ogniotrwałe i izolacyjne
Przeznacza się je na wykładzinę pieców przemysłowych, kadzi na ciekłe metale oraz innych urządzeń cieplnych. Nie powinny mięknąć i roztapiać się w wysokiej temperaturze ani pękać, gdy następuje zmiana temperatury. Materiały ogniotrwałe ze względu na charakter chemiczny dzieli się na:
Kwaśne (krzemionkowe, kwarcowo- szamotowe, szamotowe)
Zasadowe (magnezytowe, dolomitowe, forsterytowe, magnezytowo- krzemianowe, wapienne)
Obojętne (chromitowe, chromowo- magnezytowe, węglowe, z węglika krzemu SiC)
Materiały ogniotrwałe kwaśne za podstawowy składnik mają SiO2, który charakteryzuje się wielopostaciowością (materiały krzemionkowe). Wyróżnia się 3 odmiany krystaliczne: kwarc, trydymit i krystobalit.
Materiały ogniotrwałe zasadowe charakteryzują się bardzo dużą ogniotrwałością i dużą odpornością na korozję pod wpływem żużli zasadowych i żelazistych.
Materiały ogniotrwałe obojętne odznaczają się obojętnością chemiczną w stosunku do stopionych żużli, soli i metali, które nie reagują z węglem, ulegają natomiast wypalaniu w gazowych ośrodkach utleniających w temperaturze powyżej 400°C.
Materiały budowlane
Głównymi materiałami ceramicznymi zaliczającymi się do tej grupy są: cegła, cement i beton.
Cegła jest to materiał budowlany, najczęściej w kształcie prostopadłościanu, wytwarzany z gliny i piasku lub innych surowców mineralnych. W procesie wypalania uzyskuje on wytrzymałość mechaniczną i odporność na działanie atmosfery. Cegła wapienno- piaskowa otrzymuje te właściwości w procesie działania pary wodnej pod ciśnieniem.
Cement jest rodzajem spoiwa hydraulicznego, twardniejącego po rozrobieniu z wodą i po utwardzeniu. Służy do przygotowywania zapraw murarskich i betonów.
Betony są to specyficzne kompozyty składające się z kruszywa i piasku, związane ze sobą spoiwem. Takim spoiwem jest zazwyczaj zaczyn cementowy, ale stosuje się też asfalt lub polimery. Ze wzglądu na gęstość pozorną rozróżniamy: Beton ciężki, beton zwykły i beton lekki.
Wnioski:
Przygotowując sprawozdanie z materiałów ceramicznych zauważyłam jak wiele ich rodzajów wyróżniamy i jak szeroko są stosowane. Trudno mi też sobie wyobrazić jak mogłoby wyglądać życie bez nich, gdyż praktycznie na każdym kroku są nam potrzebne. Uważam także, że wraz z kompozytami i metalami świetnie się uzupełniają.