Właściwości materiałów ceramicznych, typy, zastosowania, charakterystyka

The materiały ceramiczne składają się z nieorganicznych ciał stałych, metalicznych lub innych, które zostały poddane działaniu ciepła. Jego podstawą jest zazwyczaj glina, ale istnieją różne typy o różnych składach.

Gliną zwykłą jest pasta ceramiczna. Także czerwona glina jest rodzajem materiału ceramicznego, który zawiera krzemiany glinu. Materiały te są tworzone przez mieszaninę faz krystalicznych i / lub szklistych.

Jeśli są zbudowane z pojedynczego kryształu, są jednofazowe. Są polikrystaliczne, gdy składają się z wielu kryształów.

Struktura krystaliczna materiałów ceramicznych zależy od wartości ładunku elektrycznego jonów i względnego rozmiaru kationów i anionów.

Im większa liczba anionów graniczących z kationem centralnym, tym bardziej stabilne będzie powstałe ciało stałe.

Materiały ceramiczne można znaleźć w postaci gęstej substancji stałej, włókna, drobnego proszku lub folii.

Pochodzenie słowa ceramika znajduje się w greckim słowie keramikos, których znaczenie jest „rzeczą spaloną”.

Przetwarzanie

Przetwarzanie materiałów ceramicznych zależy od rodzaju materiału, który ma być otrzymany. Jednak produkcja materiału ceramicznego zwykle wymaga następujących procesów:

1- Mieszanie i mielenie surowców

Jest to proces, w którym surowce są zjednoczone i próbuje się ujednolicić ich rozmiar i dystrybucję.

2- Konformacja

W tej fazie kształt i spójność przypisuje się masie uzyskiwanej z surowców. W ten sposób zwiększa się gęstość mieszaniny, poprawiając jej właściwości mechaniczne.

3- Formowanie

Jest to proces, w którym tworzona jest reprezentacja lub obraz (w trzecim wymiarze) dowolnego rzeczywistego obiektu. Aby powszechnie formować jeden z tych procesów, przeprowadza się:

Wciśnięty

Surowiec jest tłoczony w matrycy. Prasowanie na sucho jest często używane do wytwarzania produktów ogniotrwałych i elektronicznych komponentów ceramicznych. Ta technika pozwala szybko wyprodukować kilka sztuk.

Formowanie w barbonicie

Jest to technika, która pozwala wytwarzać setki razy tę samą formę bez błędów i deformacji.

Wytłaczanie

Jest to proces, podczas którego materiał jest wypychany lub wydobywany przez matrycę. Służy do generowania obiektów o wyraźnym i stałym przekroju.

4- Suszenie

Jest to proces, który polega na kontrolowaniu parowania wody i skurczów, które wytwarza w kawałku.

Jest to krytyczna faza procesu, ponieważ zależy od tego, czy kawałek zachowa swoją formę.

5- Gotowanie

Z tej fazy otrzymujesz „biszkopt”. W tym procesie skład chemiczny gliny zmienia się tak, że jest kruchy, ale porowaty do wody.

W tej fazie ciepło musi powoli rosnąć, aż do osiągnięcia temperatury 600 ° C. Po tej pierwszej fazie powstają dekoracje, kiedy chcą je wykonać.

Ważne jest, aby upewnić się, że kawałki są oddzielone wewnątrz piekarnika, aby uniknąć deformacji.

Właściwości

Chociaż właściwości tych materiałów zależą w dużym stopniu od ich składu, na ogół mają one następujące właściwości:

• Struktura krystaliczna Istnieją jednak również materiały, które nie mają tej struktury lub mają ją tylko w niektórych sektorach.
• Mają przybliżoną gęstość 2 g / cm3.
• Zajmuje się materiałami o właściwościach izolacyjnych energii elektrycznej i ciepła.
• Mają niski współczynnik rozszerzalności.
• Mają wysoką temperaturę topnienia.
• Są zwykle wodoodporne.
• Nie jesteśmy palne ani utlenialne.
• Są twarde, ale jednocześnie kruche i lekkie.
• Są odporne na ściskanie, zużycie i korozję.
• Mają odmrożenia lub zdolność do wytrzymywania niskich temperatur bez pogorszenia.
• Mają stabilność chemiczną.
• Wymagają pewnej porowatości.

Klasyfikacja

1- Czerwona ceramika

Jest to najbardziej obfity rodzaj gliny. Ma czerwonawy kolor wynikający z obecności tlenku żelaza.

Po ugotowaniu składa się z glinianu i krzemianu. Jest najmniej przetworzony ze wszystkich. Jeśli się zepsuje, rezultatem będzie czerwonawa ziemia. Jest przepuszczalny dla gazów, cieczy i tłuszczów.

Ta glina jest powszechnie stosowana do cegieł i podłóg. Jego temperatura gotowania waha się od 700 do 1000 ° C i może być pokryta tlenkiem cyny, aby uzyskać cynkowate naczynia. Płytki włoskie i angielskie wykonane są z różnych rodzajów gliny.

2- Biała ceramika

To czystszy materiał, dlatego nie mają plam. Jego granulometria jest bardziej kontrolowana i zazwyczaj szkliwiona na zewnętrznej powierzchni, aby zwiększyć jej nieprzepuszczalność.

Jest on używany do produkcji wyrobów sanitarnych i zastawy stołowej. W tej grupie wprowadź:

Porcelana

Jest to materiał wykonany z kaolinu, rodzaju bardzo czystej gliny, do której dodaje się skalenie i kwarc lub krzemień.

Gotowanie tego materiału odbywa się w dwóch fazach: w pierwszej fazie gotuje się w 1000 lub 1300 ° C; aw drugiej fazie może osiągnąć 1800 ° C.

Porcelana może być miękka lub twarda. W przypadku miękkiej, w pierwszej fazie gotowania osiąga 1000 ° C.

Następnie wyjmuje się go z piekarnika w celu naniesienia emalii. Następnie wraca do pieca na drugą fazę, w której stosuje się minimalną temperaturę 1250 ° C.

W przypadku twardej porcelany druga faza gotowania odbywa się w wyższej temperaturze: 1400 ° C lub wyższej.

A w przypadku, gdy ma się udekorować, dekoracja jest definiowana i przechodzi do piekarnika, ale tym razem w temperaturze 800 ° C.

Ma wiele zastosowań w przemyśle do opracowywania obiektów do użytku komercyjnego (na przykład zastawa stołowa) lub obiektów o bardziej specjalistycznym zastosowaniu (jako izolatory w transformatorach).

3- ogniotrwały

Jest to materiał, który może wytrzymać bardzo wysokie temperatury (do 3000 ° C) bez deformacji. Są to gliny, które mają duże proporcje tlenku glinu, berylu, toru i cyrkonu.

Są gotowane między 1300 a 1600 ° C i muszą być chłodzone stopniowo, aby uniknąć usterek, pęknięć lub naprężeń wewnętrznych.

Europejska norma DIN 51060 / ISO / R 836 stwierdza, że ​​materiał jest ogniotrwały, jeśli zmiękcza się przy minimalnej temperaturze 1500 ° C.

Cegły są przykładem tego typu materiału, używanego do budowy pieców.

4- Szklanki

Szklanki są substancjami ciekłymi z bazą krzemową, które po ochłodzeniu krzepną z różnymi formami.

Do bazy krzemowej dodawane są różne topniki, w zależności od rodzaju szkła, które ma być wytwarzane. Substancje te obniżają temperaturę topnienia.

5- Cementy

Jest to materiał złożony z wapienia i zmielonego wapnia, który staje się sztywny po zmieszaniu z cieczą (najlepiej wodą) i pozostawiony do odstania. W stanie mokrym można go uformować do pożądanego kształtu.

6- Ścierniwa

Są to minerały z wyjątkowo twardymi cząstkami, które mają wśród swoich składników pastę z tlenku glinu i diamentu.

Specjalne materiały ceramiczne

Materiały ceramiczne są twarde i wytrzymałe, ale są również kruche, dlatego opracowali materiały hybrydowe lub kompozytowe z matrycą z włókna szklanego lub polimeru z tworzywa sztucznego.

Materiały ceramiczne można wykorzystać do opracowania tych hybryd. Są to materiały składające się z dwutlenku krzemu, tlenku glinu i niektórych metali, takich jak kobalt, chrom i żelazo.

Przy opracowywaniu tych hybryd stosuje się dwie techniki:

Zsyntetyzowany

Jest to technika, w której proszki metaliczne są zagęszczane.

Fryta

Dzięki tej technice stop uzyskuje się przez prasowanie proszku metalicznego razem z materiałem ceramicznym w piecu elektrycznym.

W tej kategorii znajdują się tak zwane ceramiki z matrycą kompozytową (CMC). Wśród nich można wymienić:

- Węgliki

Jak węglik krzemu wolframu, tytanu, krzemu, chromu, boru lub węgla.

- Azotki

Podobnie jak krzem, tytan, oksyazotek ceramiczny lub sialon.

- Tlenki ceramiczne 

Jak tlenek glinu i tlenek cyrkonu.

- Elektroceramiczny

Są to materiały ceramiczne o właściwościach elektrycznych lub magnetycznych.

4 główne zastosowania materiałów ceramicznych

1- W przemyśle lotniczym

W tej dziedzinie wymagane są lekkie komponenty o odporności na wysokie temperatury i wymagania mechaniczne.

2- W biomedycynie

W tym obszarze są przydatne do przygotowywania kości, zębów, implantów itp..

3- W elektronice

Gdzie te materiały są wykorzystywane do produkcji wzmacniaczy laserowych, światłowodów, kondensatorów, soczewek, izolatorów, między innymi.

4- W branży energetycznej

Na przykład w przypadku materiałów ceramicznych mogą powstać komponenty paliwa jądrowego.

7 najwybitniejszych materiałów ceramicznych

1- Tlenek glinu (Al2O3)

Jest używany do przechowywania stopionego metalu.

2- Azotek glinu (AIN)

Jest stosowany jako materiał na układy scalone i jako substytut AI203.

Węglik 3-boru (B4C)

Służy do produkcji osłon jądrowych.

4- węglik krzemu (SiC)

Służy do powlekania metali ze względu na ich odporność na utlenianie.

Azotek 5-krzemu (Si3N4)

Wykorzystywane są do produkcji elementów silników samochodowych i turbin gazowych.

6- borku tytanu (TiB2)

Bierze również udział w produkcji zbroi.

7- Urania (UO2)

Służy jako paliwo dla reaktorów jądrowych.

Referencje

1. Alarcón, Javier (s / f). Chemia materiałów ceramicznych. Odzyskany z: uv.es
2. Q., Felipe (2010). Właściwości ceramiki. Źródło: constructorcivil.org
3. Lázaro, Jack (2014). Struktura i właściwości ceramiki. Źródło: prezi.com
4. Mussi, Susan (s / f). Gotowanie Źródło: ceramicdictionary.com
5. Magazyn ARQHYS (2012). Właściwości ceramiki. Źródło: arqhys.com
6. National Technological University (2010). Klasyfikacja materiałów ceramicznych. Źródło: cienciamateriales.argentina-foro.com
7. Narodowy Uniwersytet Technologiczny (s / f). Materiały ceramiczne Źródło: frm.utn.edu.ar
8. Wikipedia (s / f). Materiał ceramiczny Źródło: en.wikipedia.org