Где могут применяться керамические материалы кратко

Обновлено: 04.07.2024

Содержание статьи:

Изделия из керамики сегодня
Керамика в промышленности
Керамика в электротехнике
Керамика в оборонной промышленности
Керамика в строительстве и медицине
Применение керамики в других отраслях

Ученые склоняются к мысли о том, что изделия из керамики, скорее всего, были одними из первых искусственных предметов, созданными древними. Появление керамики является маркером, показывающим переход к оседлому образу жизни. Древнейшим предметом из обожженной глины является Вестоницкая Венера. Она хранится в Моравском музее в городе Брно и датируется 29—25 тысячелетиями до нашей эры. Другие археологические находки говорят о том, что глиняная керамика была известна еще 19 – 20 тысяч лет назад. На Руси изделия из керамики начали использоваться в южных регионах в X—XI веках.

Местами зарождения и начала распространения керамики и гончарного искусства по планете называются Восточная Азия и Северной Африка. Интересно, что изначально формирование керамических изделий выполнялось полностью вручную. Так было до тех пор, пока не был изобретен первый гончарный круг. Где именно начали появляться первые такие круги, доподлинно не известно, но это произошло в третьем тысячелетии до нашей эры. С этого времени развитие гончарного производства получило новый импульс, начали появляться новые виды керамики.

Изделия из керамики сегодня

За тысячелетия развития человеческой цивилизации керамика глубоко проникла во все сферы человеческой жизни. Изделия из керамики благодаря своим уникальным качествам находят применение в самых разных направлениях человеческой деятельности. Принципы керамического производства существенно изменились за долгие годы. Они не только совершенствовались и оттачивались мастерами, но и развивались благодаря высоким технологиям. Благодаря научным открытиям и упорному труду исследователей керамика вышла на новый качественный уровень.

И все же для многих людей керамика ассоциируется не с промышленностью, а с искусством. Если есть желание, то попробовать себя за гончарным кругом может каждый. Оборудование для гончарной мастерской есть в свободной продаже. Компания iMold рада предложить своим клиентам различные по цене и возможностям варианты. Одно только остается неизменным – качество. На все оборудование действует реальная двухлетняя гарантия. Каждый заказ сопровождается качественным сервисом. Есть возможность доставки в любую точку России и Содружества.

Сегодня ножи из керамики стали очень популярны в быту. Как правило, их изготавливают из твердых видов керамики методом сухого прессования, при длительном обжиге. Основным материалом здесь выступает диоксид циркония.

Керамика в промышленности

Одной из отраслей, использующих изделия из керамики и материалы на ее основе, стало машиностроение. Разработчики сложных и ответственных конструкций и машин используют керамику, зная об ее исключительной стойкости к истиранию и прочности при высоких температурах.

В общем случае керамика получается обжигом спрессованного порошка. Температура может достигать нескольких сотен градусов. Некоторые производители для придания особых свойств изделиям добавляют к порошок органические добавки. Если требуется придать конечному продукту особую прочность, нагрев сопровождается прессованием и давлением. Керамические покрытия могут быть нанесены на другие материалы, в том числе, и на металл.

Для этого применяют технологию плазменного напыления. Наиболее развитыми в технологическом плане считаются такие направления керамического производства, как карбидокремниевая и алюмооксидная керамика. Они позволяют получать детали для дизельных и газотурбинных двигателей, насосных уплотнителей и различных клапанных механизмов. Перспективными направлениями являются корундовая и нитридкремниевая керамики. Их используют при создании режущих инструментов.

Керамика в электротехнике

Электротехника и приборостроение также активно используют керамику. Так, для производства высококачественных изоляторов используется оксидбериллиевая и нитридалюминиевая керамика. Без керамических деталей невозможно создание преобразователей и микрофонов, головок звукозаписи и гидролокаторов с характеристиками, соответствующими современным требованиям. А производства, специализирующиеся на создании электрооптических приборов и диффузных отражателей лазерных установок, используют сегнетоэлектрическую керамику.

Электродвигатели также являются оборудованием, где применяется керамика. Из бариевой, стронциевой, марганцово-цинковой керамики изготавливаются ферриты, которые находят применение в их постоянных магнитах. Их так же можно встретить в различном радио и микроволновом оборудовании, приборах для точной настройки и магнитозаписи.

Керамика в оборонной промышленности

Керамика широко используется для нужд обороны. Прежде всего, керамические пластины применяются при создании броневых и защитных покровов в боевой технике и снаряжении. Такая броня оказывается эффективней и надежней, чем броня, выполненная из металла.

Она, закрепленная на подложке из алюминия, способна эффективно задерживать поражающие частицы. Производство радиопрозрачных стекол и ракетных обтекателей, иллюминаторов и оснастки для техники противовоздушных и противоракетных подразделений, так же невозможно без ее использования.

Керамика в строительстве и медицине

Самыми распространенными применениями керамики можно назвать кирпич и различные сорта бетона. Но только одними ими использование керамики в строительной отрасли не ограничивается. Это так же и керамические конденсаторы, разнообразные изоляционные плиты и фитинги, черепица и блоки различного назначения, керамическая плитка и глиняные трубы. Доля керамических материалов все время растет, при этом они остаются востребованными.

В медицине все чаще используется биокерамика. Ее назначение – протезирование зубов и костей при сложных переломах и повреждениях. Ученым удалось научиться создавать не только керамические материалы, которые остаются постоянными, но и такую керамику, которая постепенно рассасывается в организме по мере роста настоящих костей.

Применение керамики в других отраслях

Керамика применяется и во многих других отраслях, где ее значением невозможно пренебречь. Так, на базе керамики изготавливаются элементы оборудования современных АЭС. Это топливные таблетки, поглотители нейронов и изоляторы в ядерных реакторах. Нашла применение керамика и в металлургии и производстве стекла. Из нее изготавливаются стаканы для розлива стали и пресс-формы, тигли.

В химической промышленности некоторые процессы не могут быть осуществлены без керамических пестиков и прокладок, элементов тепловой защиты и изоляции. Автомобильные компании применяют керамические катализаторы в двигателях, там они предотвращают выделение вредных выбросов в атмосферу. Изделия из керамики применяют в подводных роботах и глубоководных аппаратах. Новым направлением стала нанокерамика. Материалы на ее основе можно встретить в генераторных лампах и приборах ночного видения.

Первые керамические изделия появились задолго до того, как люди научились выплавлять металл. Древние горшки и кувшины, которые археологи находят по сей день, являются тому подтверждением. Стоит заметить, что керамический материал имеет уникальные свойства, которые делают его в некоторых сферах просто незаменимым. Давайте рассмотрим с вами особенности керамики, поговорим о её производстве и характеристиках.

Общие сведения

Получают керамические изделия путем спекания глины и смесей с органическими добавками. Иногда используют оксиды неорганических соединений. Первые такие изделия появились еще 5 000 лет назад. За это время технология производства существенно усовершенствовалась, и сегодня нам доступны высокопрочные керамические изделия. Они используются в строительстве для облицовки фасадов, полов, возведения стен и т. д.

Есть керамические изделия с плотным и пористым черепком. Ключевое отличие между ними заключается в том, что плотный черепок является водонепроницаемым. Это фарфоровые изделия, плитки для полов и т. п. Пористый черепок - черепица, керамический камень, дренажные трубы и другое.

История возникновения

Слово "керамика" в переводе с греческого означает "глина". Естественно, для изготовления любого изделия использовалась своего рода смесь. В неё добавлялись необходимые материалы в зависимости от того, что нужно было получить в конечном итоге. Первое время вручную, а несколько позже и на специальном станке изделию из глины придавалась специальная форма. В дальнейшем керамические изделия обжигаются в печах при высокой температуре.

Во многих странах использовались собственные технологии производства. Это касается гончарных масс, росписи и глазурования. Первым государством, которое добилось существенного развития данной отрасли, считается Египет. Именно производство керамики там было налажено в первую очередь. Изделия были из грубой и плохо перемешанной глины, но в дальнейшем технология усовершенствовалась. Сегодня находят кирпичи из желтой глины, которые якобы использовались при строительстве пирамид Мемфиса.

Появление фарфора

Долгое время в Китае использовали такой материал, как нефрит. Он был красивым, но довольно хрупким и сложным в обработке. Спустя долгие годы поисков было найдено решение. Фарфор более прост в изготовлении. Тем не менее и тут были свои нюансы. К примеру, слюду и цваоку, которые находили в "фарфоровых камнях", перетирали в мелкий порошок и хранили более 10 лет. Делалось это для того, чтобы материал стал максимально пластичным. Первыми фарфоровыми изделиями в Китае были высокие и вытянутые сосуды. Они имели полированную поверхность и голубой или темно-зеленый цвет. Последние ценились больше всего.

Сегодня считается, что именно Китай является государством, где фарфор был распространен наиболее широко. Это действительно так, хотя он был популярен и в Европе, но появился там позже, и его производство развивалось дольше.

Основные виды керамики

В настоящее время изделия из глины имеют широкую классификацию. Так, гончарные предметы можно поделить на две основных группы:

неглазированная керамика (терракота и гончарная);
глазированная (майолика, фаянс, фарфор, шамот).

Терракота - с итальянского "обожженная земля". Изделия изготавливаются из цветной глины и имеют пористую структуру. Из терракоты делают вазы, посуду, а также игрушки и черепицу.

Гончарная же керамика более сложна в обработке. Для того чтобы сделать её водонепроницаемой, необходимо лощение. Дальше изделие подвергается морению. Для этого его оставляют в горячей печи в дыму до полного остывания. Сегодня многие виды керамики, в частности гончарная, крайне популярны. Используется она в быту для хранения молока, сыпучих материалов или как декор.

Что же касается второго вида - глазированной керамики, то тут наибольшей популярностью пользуются фарфор и фаянс. Первый более дорогостоящий и трудоемкий в производстве, второй - практичный и дешевый. Различаются они между собой тем, что фарфоровые изделия содержат меньше глины и больше специальных добавок. Кроме того, фарфор просвечивается на свету, в отличие от фаянса.

Об огнеупорах

Изделия из смесей глины являются огнеупорными. В зависимости от назначения они могут выдерживать температуру от 1 300 до 2 000 градусов по Цельсию, и даже выше. Используется специальная печь для обжига керамики. Огнеупорные материалы в наибольшем количестве применяются в металлургическом процессе. Там они используются для конструирования доменных печей и агрегатов.

Вполне логично говорить о том, что с повышением температуры прочность огнеупора не теряется, а, наоборот, повышается. Достигается это за счет наличия в составе тугоплавких оксидов, силикатов и боридов. Они используются практически везде, где имеют место высокотемпературные процессы. Очень часто они встречаются формованными, то есть в виде конкретного изделия, допустим, кирпича. Реже необходимо применение неформованных огнеупоров в виде порошка.

Керамика в строительстве

Преимущества керамических материалов заключаются в том, что их запасы практически не ограничены. Наряду с простотой производства и высокой долговечностью такого изделия, сегодня оно является незаменимым в строительной сфере. Если брать стеновые материалы, то лидирующую позицию тут занимает именно глиняный кирпич.

Это же касается и керамической плитки, которая, несмотря на появление полимеров, не сдает позиции. Она все так же используется для оборудования помещений с повышенной влажностью и температурой. Среди облицовочных материалов первое место занимает керамзит.

За последние несколько лет на 4 % увеличилось производство пустотелого керамического блока и кирпича. Для их изготовления необходимы минимальные изменения на кирпичных заводах и фабриках, при этом затраты окупаются за первый год продаж. За рубежом пустотелая керамика уже давно заняла лидирующую позицию и продается гораздо лучше обычного кирпича.

Специальные керамические материалы

К таким изделиям можно отнести санитарно-технические и канализационные трубы. Первые разделяются на три большие группы:

из твердого фаянса (пористый черепок);
санитарный фарфор (спекшийся черепок);
полуфарфор (полуспекшийся черепок).

Основные требования, выдвигаемые к санитарно-техническим изделиям – это устойчивость к механическим повреждениям, теплостойкость. Рецептура должна соблюдаться в строгом порядке, это же касается и технологии. Используется только профессиональная печь для обжига керамики и высококачественное сырье. К санитарно-техническим изделиям стоит отнести раковины, унитазы, ванны, радиаторы и т. п. Верный способ проверки качества изделия – легкое постукивание по корпусу. Звук должен быть чистым и без дребезжания. Это указывает на обжиг при правильной температуре и отсутствия трещин.

Что касается канализационных труб, то они должны иметь плотный спекшийся черепок. Керамические трубы выпускаются диаметром 150-600 мм. Обычно покрываются глазурью как изнутри, так и снаружи. Для таких изделий характерна высокая устойчивость к агрессивной среде и блуждающему электрическому току. Имеют умеренную стоимость, что делает их более доступными.

Физико-химические свойства керамики

Как уже было отмечено выше, все изделия можно разделить на две обширные группы: плотные и пористые. Плотные имеют коэффициент водопоглощения менее 5 %, пористые - 5 % и более. К последней группе можно отнести следующие изделия: глиняный кирпич (пористый и пустотелый), пустотные стеновые камни, облицовочную плитку, черепицу для кровли. Плотные керамические изделия - дорожный кирпич и напольная плитка. В санитарно-технической отрасли встречается как пористая, так и плотная керамика.

Говоря о физико-химических свойствах, нельзя не отметить ключевой недостаток керамики. Заключается он в повышенной хрупкости по сравнению с другими материалами. Тем не менее высокая доступность и универсальность делают данный материал одним из самых востребованных во многих отраслях промышленности и даже в повседневной жизни человека. Современные технологии позволяют получать гладкую поверхность сразу после обжига. Если требуется достигнуть определенного цвета, то добавляют окислы железа или кобальта.

Особенности микроструктуры

При нагревании керамика постепенно переходит в жидкое состояние. Оно отличается большим количеством простых и сложных соединений. При остывании происходит кристаллизация. Проявляется она в выпадении чистых кристаллов, которые увеличиваются в размерах. Когда масса твердеет, то в структуре образуется микроконгломерат. В нем зерна муллита сцементированы затвердевшей массой. Стоит обратить ваше внимание, что атомы кислорода образуют своего рода матрицу. В ней присутствуют маленькие атомы металлов, которые замещаются в пустотах между ними. Следовательно, в микроструктуре преобладают ионные и несколько меньше ковалентные связи. Химическая стабильность и устойчивость достигаются за счет наличия крепких и прочных химических соединений.

Как было отмечено выше, применение керамических материалов ограничено. Обусловлено это тем, что кристаллы неидеальны. Кристаллические решетки имеют множество дефектов: поры атомного размера, деформации и т. п. Все это существенно ухудшает прочность. Однако есть тут и свои нюансы. К примеру, при соблюдении технологии во время изготовления того или иного вида керамики вполне возможно добиться хороших результатов по прочности. Для этого крайне важно соблюдать температурный режим и длительность обжига изделия.

Характеристика и свойства глины

Глина – осадочная горная порода, которая независимо от состава и структуры при смешивании с водой образует пластичный материал. После обжига – камневидное тело. Обычно смесь плотная, в большей степени состоит из алюмосиликатов. Нередко в глинах находят и такие породы, как кварц, шпат, серный колчедан, а также гидроксиды и карбонаты кальция, магния и соединения титана.

Каолины – наиболее чистые глины, которые известны на сегодняшний день. Практически полностью состоят из каолинита. После обжига приобретают белый цвет. Необходимая для обработки пластичность достигается за счет наличия в структуре мелких зерен глинистого вещества (0,005 мм). Естественно, чем больше в составе такого вещества, тем пластичность выше, и наоборот.

К основным керамическим свойствам глин стоит отнести:

пластичность – деформирование без нарушения целостности;
связность;
воздушная и огневая усадка;
огнеупорность.

Сегодня используются различные отощающие и обогащающие добавки, которые позволяют изменять свойства материала в ту или иную сторону. Это приводит к тому, что керамические изделия становятся еще более востребованными и доступными.

Технологическая схема производства

Характеристика керамических материалов говорит о возможности использования глин в различных отраслях промышленности. Это привело к тому, что появился большой спрос, а следовательно, выросло предложение. Заводы по производству в большинстве случаев работают по одной и той же схеме:

добыча сырья;
подготовка;
формирование и сушка;
обжиг и выпуск продукта.

Для минимизации затрат обычно фабрики возводят в непосредственной близости от месторождения глины. Добыча осуществляется открытым способом, то есть экскаватором. На следующем этапе выполняется подготовка массы. Сырье обогащается, дробится и перемешивается до однородной массы. Формирование будущего керамического изделия осуществляется мокрым и сухим способами. В первом случае массу увлажняют до 25 %, а во втором – не более 12 %.

Раньше часто использовалась естественная сушка. Однако результат зависел по большей части от погоды. Следовательно, в дождь или холод завод стоит. Поэтому используют специальные сушилки (газовые). Наиболее ответственным этапом является обжиг. Крайне важно соблюдать технологию, которая довольно сложна. Многое зависит и от охлаждения керамики. Не допускается резкий перепад температур, который может привести к искривлению плоскости. Только после этого можно продавать керамические материалы. Технология производства, как вы видите, непростая, состоит из нескольких этапов. Каждый из них должен соблюдаться. Если этого не происходит, то на полках магазина мы можем встретить брак.

Немного о недостатках керамики

Как уже было сказано, состав керамических материалов неидеален. В частности, это сказывается на прочности изделия из глины. Любое механическое повреждение может проявиться как скол, трещина и т. п. Это и является ключевым недостатком. Но есть и другие факторы, которые сдерживают повсеместное распространение рассматриваемого нами материала. Один из них – высокая стоимость. К примеру, черепица керамическая для кровли загородного дома - прекрасное с эстетической точки зрения решения, но обойдется такое удовольствие очень дорого.

При этом её внешний вид будет сохраняться не более 5 лет при надлежащем уходе. В дальнейшем происходит выцветание, появление мха на поверхности и т. п. Наряду с этим хрупкость и ломкость приводят к тому, что любое механическое повреждение может повлечь за собой протекание кровли, а это уже мало кому понравится. Конечно, современный керамический материал смотрится весьма эффектно, что достигается за счет широкой фактуры цветов и высокого качества изготовления. Но стоит он по-прежнему дорого, что зачастую и заставляет задуматься о целесообразности такого выбора.

Подведем итоги

Мы рассмотрели основные свойства керамических материалов. Исходя из всего выше сказанного, можно заключить, что такие изделия обладают некоторой уникальностью. Заключается она в том, что при отсутствии механических повреждений они прослужат очень и очень долго. Кроме того, керамический материал для литья жидкого металла на заводах также является незаменимым, ведь выдерживает высокие температуры.

Что же касается повседневной жизни, то тут керамика очень кстати. Специальная посуда для приготовления еды в духовке, хоть и изменила свой внешний вид за многие годы, но делается все так же из этого материала. Фарфор, несмотря на свою большую стоимость, обладает изящным видом и просто радует глаз. Это касается и фаянса, который при должном исполнении сложно отличить от фарфора.

В любом случае необходимо использовать керамический материал. В первую очередь это обусловлено большими запасами природной глины. Её действительно много, и каждый год разрабатываются все новые и новые карьеры по добыче этого природного ресурса. Второй немаловажный фактор – экологическая чистота. Раньше у людей вообще не было возможности использовать какие-либо вредные добавки для улучшения прочностных характеристик изделия. Сегодня ситуация изменилась, пусть и не слишком критично. Керамическая плитка, в отличие от синтетических материалов, не вредит здоровью. Это касается и посуды из керамики, которая, по сравнению с пластиком, особенно если последний нагрет, не наносит вреда вообще.

Керамика (керамические материалы) — поликристаллические материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других тугоплавких соединений. Люди начали использовать керамические материалы с 5-го тысячелетия до н. э.

Техническая керамика включает искусственно синтезированные керамические материалы различного состава (химического и фазового). Основными компонентами технической керамики являются оксиды, бескислородные соединения металлов, а также глины.

Следует отметить, что любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.

Кристаллическая фаза представляет собой определенные химические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значения ее механической прочности, термостойкости и других основных свойств.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1…10 % стекловидной фазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели материала. Однако стеклообразующие компоненты (глинистые вещества) облегчают технологию изготовления изделий.

Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики. По этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор нежелательно, так как из-за этого снижается механическая прочность материала.

Техническая керамика характеризуется многообразием составов и свойств. Поскольку различные виды керамики отличаются сырьем, составом, структурой и свойствами, то объединяющим признаком этих материалов можно считать технологию их получения (составление шихты, формование и обжиг).

Керамические материалы характеризуются общими для них свойствами (высокая температура плавления, большие значения твердости и модуля упругости, химическая инертность). При этом данные материалы отличаются большим диапазоном электрических и тепловых свойств (от сверхпроводников до диэлектриков, от теплоизоляторов до высокотеплоотводящих материалов), обладают специфическими свойствами (эмиссионными, оптическими, ядерными, каталитическими). Из керамики изготавливают украшения, строительные материалы (в том числе облицовочную плитку и кирпич), посуду (фарфоровую и глиняную), футеровку печей, режущий инструмент, детали химического и металлургического оборудования, уплотнители насосов, работающих в условиях абразивного изнашивания, детали двигателей (внутреннего сгорания и газотурбинных) и ракет и др.

Большинство керамических материалов являются кислородсодержащими соединениями. К ним относятся силикатные соединения (на основе глин и других силикатов) и из чистых тугоплавких оксидов металлов (оксидов бериллия, магния, алюминия, циркония, гафния и проч.).

К бескислородным соединениям принадлежат керамические материалы, состоящие из карбидов, нитридов, боридов, силицидов и др.

Различают керамические материалы пористые и плотные (каменная керамика); грубые (с неоднородным строением) и тонкие (с мелкокристаллическим строением).

Керамика на основе оксида алюминия А1₂О₃ (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах. Корундовая керамика химически стойка и является отличным диэлектриком. Изделия из этого материала применяют во многих областях техники (пластины резцов, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, сопла, детали высокотемпературных печей, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания). Керамику на основе оксида алюминия с плотной структурой используют в качестве вакуумной, а пористую — как термоизоляционный материал. В корундовых тиглях плавят различные металлы, оксиды, шлаки.

Особенностями оксида циркония (ZrO₂) являются слабокислотная или инертная природа и низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из ZrO₂ 2 000…2 200 °С; она используется для изготовления огнеупорных тиглей для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов и реакторов, в качестве покрытия на металлах для защиты последних от действия температур.

Керамика на основе оксидов магния и кальция обладает стойкостью к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Но термическая стойкость таких материалов низкая. Оксид магния при высоких температурах летуч, а оксид кальция способен к гидратации даже на воздухе (их применяют для изготовления тиглей). Кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппаратуры и т. д.

Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой теплопроводностью, что сообщает этому материалу высокую термостойкость, но его прочностные свойства невысокие. Оксид бериллия обладает способностью рассеивать ионизирующее излучение высоких энергий, имеет высокий коэффициент замедления тепловых нейтронов и применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, а также в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.

Следует отметить, что разработаны и используются керамические материалы на основе оксидов титана, тория, урана и др.

Бескислородная керамика создана на основе соединений, которые не содержат кислорода. К ним относятся соединения элементов с углеродом (МеС) — карбиды, с азотом (МеN) — нитриды, с бором (МеВ) — бориды, с кремнием (МеSi) — силициды и с серой (МеS) — сульфиды. Эти соединения отличаются высокой огнеупорностью (2 500…3 500 °С), твердостью (иногда как у алмаза) и износостойкостью (по отношению к агрессивным средам). При этом материалы обладают высокой хрупкостью. Сопротивление окислению при высоких температурах (окалиностойкость) карбидов и боридов составляет 900…1 000 °С, у нитридов — несколько ниже. Силициды могут выдерживать температуру 1 300…1 700 °С (на поверхности образуется пленка кремнезема).

Карбиды кремния, хрома, титана, вольфрама и другие получили широкое применение. Из карбида кремния изготавливают огнеупоры, конструкционные материалы, абразивные материалы, электротехнические материалы и др. Из карбида титана изготавливают детали насосов химической промышленности, лопатки газовых турбин, электроды, твердые сплавы и др. Карбид вольфрама используется, в основном, для производства твердых сплавов для резцов, фрез и другого инструмента.

Нитриды — соединения азота с более электроположительными элементами, главным образом, металлами. Тугоплавкими соединениями с высокой твердостью, хорошими износостойкостью и химической стойкостью являются нитриды алюминия, бора, кремния, титана.

Бориды обладают металлическими свойствами. Они износостойки, тверды, стойки к окислению и электропроводность боридов очень высокая. В технике используются дибориды тугоплавких металлов (TiВ₂, ZrВ₂ и др.). Их легируют кремнием или дисилицидами, что делает их устойчивыми до температуры плавления. Диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и др. Его используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2 000 °С в агрессивных средах, а также труб, емкостей, тиглей. Благодаря высокому уровню механических свойств, жаропрочности и жаростойкости бориды широко используются как конструкционные материалы для узлов и деталей газовых турбин, реактивных двигателей, для сопел распыления металлов, чехлов термопар и др.

Силициды отличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, окалиностойкостью, стойкостью к действию кислот и щелочей. Эти материалы можно применять при температуре 1 300…1 700 °С, при температуре 1 000 °С они не взаимодействуют с расплавленным свинцом, оловом и натрием. Дисилицид молибдена (МоSi₂) наиболее широко используется в качестве стабильного электронагревателя в печах при температуре 1 700 °С в течение нескольких тысяч часов. Из спеченного МоSi₂ изготовляют лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши двигателей. В радио- и электротехнике силициды используют как высокотемпературные полупроводниковые материалы.

Сульфиды (в зависимости от соотношения серы и металла в соединении) являются обычными полупроводниками, узкозонными полупроводниками или обладают свойствами металлов. Эти материалы используются в электротехнике и электронике. Сульфидам присуща высокая химическая стойкость по отношению к расплавам металлов и солей при высоких температурах. Сульфиды применяются в качестве огнеупоров для тиглей и других изделий в прецизионной металлургии, а в химической промышленности их используют как катализаторы.

Следует отметить, что разрабатываются новые составы керамических материалов, совершенствуются технологии получения изделий из этих материалов и область их применения постоянно расширяется.

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 13 мая 2011.

Керамика (др.-греч. κέραμος — глина) — изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. [1]

В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), как строительный материал, художественный, как материал, широко используемый в медицине, науке. В XX столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Содержание

Виды керамики

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок [2] стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики — фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики — гончарная керамика. кроме того различают керамику карбидную, боридную, силицидную и пр.

Фарфор имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырье для фарфора — каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 — 12 %. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырье для производства фаянса — беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 — 5 %, используется в производстве посуды.

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Сырье — беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками — ангобами

История

Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Возникновение керамики напрямую связано с переходом человека к оседлому образу жизни, поэтому оно произошло намного позднее, чем корзины. Первые образцы керамики относятся к эпохе верхнего палеолита (граветтская культура) [3] . В мезолитических культурах керамика используется нерегулярно и, как правило, на позднем этапе; наиболее совершенные образцы мезолитической керамики известны в культуре дзёмон на территории Японии. В неолите керамика становится неотъемлемым атрибутом практически всех археологических культур (исключение — период древнейших аграрных сообществ докерамического неолита на ближнем Востоке, когда переход к оседлому образу жизни произошёл раньше многих других технологических инноваций).

Первоначально керамика формовалась вручную. Изобретение гончарного круга в третьем тысячелетии до нашей эры (поздний энеолит — ранний бронзовый век) позволило значительно ускорить и упростить процесс формовки изделия. В доколумбовых культурах Америки индейская керамика изготавливалась без гончарного круга вплоть до прихода европейцев.

Отдельные виды керамики формировались постепенно по мере совершенствования производственных процессов, в зависимости от свойств сырья и получаемых условий обработки.

К концу XVI века в Европе появилась майолика (в зависимости от происхождения, также часто называется фаянсом). Обладая пористым черепком из содержащей железо и известь, но при этом белой фаянсовой массы, она была покрыта двумя глазурями: непрозрачной, с высоким содержанием олова, и прозрачной блестящей свинцовой глазурью.

Декор писали на майолике по сырой глазури, прежде чем обжечь изделие при температуре порядка 1000 °C. Краски для росписи брались того же химического состава, что и глазурь, однако их существенной частью были окислы металлов, которые выдерживали большую температуру (так называемые огнеупорные краски — синяя, зеленая, жёлтая и фиолетовая). Начиная с XVIII века стали применять так называемые муфельные краски, которые наносились на уже обожжённую глазурь. Они используются и для росписи фарфора.

В XVI веке в Германии распространилось производство каменной керамической посуды. Белый (например, в Зигбурге) или окрашенный (например, в Ререне), весьма плотный черепок состоял из глины, смешанной с полевым шпатом и другими веществами. После обжига при температуре 1200—1280 °C каменная керамика становилась твердой и практически не пористой. В Голландии производили красную каменную керамику по образцу Китайской керамики, и ту же особенность обнаруживает керамика Бёттгера.

Каменная керамика также изготовлялась Веджвудом в Англии. Тонкий фаянс как особый сорт керамики с белым пористым черепком, покрытым белой же глазурью, появился в Англии в первой половине XVIII века. Фаянс в зависимости от крепости черепка делится на мягкий тонкий фаянс с высоким содержанием извести, средний — с более низким ее содержанием и твердый — совсем без извести. Этот последний по составу и крепости черепка часто напоминает каменную керамику или фарфор.

Читайте также: