Czym są ceramiki?

Ceramika jest nieorganicznym niemetalicznym ciałem stałym składającym się z metalu lub związków niemetalicznych, które zostały ukształtowane, a następnie utwardzone przez ogrzewanie do wysokich temperatur. Ogólnie rzecz biorąc, są one twarde, odporne na korozję i kruche.

„Ceramika” pochodzi od greckiego słowa oznaczającego „garncarstwo”. Oparte na glinie wyroby domowe, przedmioty sztuki i produkty budowlane są znane nam wszystkim, ale ceramika jest tylko jedną z części świata ceramiki.

Współcześnie termin „ceramika” ma bardziej rozszerzone znaczenie i obejmuje materiały takie jak szkło, zaawansowaną ceramikę i niektóre systemy cementowe.

Tradycyjna ceramika – garncarstwo

Garncarstwo jest jedną z najstarszych technologii człowieka. Fragmenty ceramiki glinianej znalezione niedawno w prowincji Hunan w Chinach zostały datowane węglem na 17 500-18 300 lat.

Główne rodzaje ceramiki są opisywane jako wyroby gliniane, kamionkowe i porcelana.

Wyroby gliniane są szeroko stosowane do wyrobu naczyń stołowych i przedmiotów dekoracyjnych. Jest to jeden z najstarszych materiałów używanych w garncarstwie.

Glinę wypala się w stosunkowo niskich temperaturach (1 000-1 150°C), uzyskując lekko porowaty, gruboziarnisty produkt. Aby zniwelować jej porowatość, wypalony przedmiot pokrywa się drobno zmielonym proszkiem szklanym zawieszonym w wodzie (glazura), a następnie wypala po raz drugi. Fajans, Delft i majolika to przykłady wyrobów glinianych.

Glinka kamionkowa jest wypalana w wysokiej temperaturze (około 1200°C), aż stanie się szklista (zeszklona). Ponieważ kamionka jest nieporowata, glazura jest stosowana tylko do dekoracji. Jest to mocny, odporny na wióry i trwały materiał odpowiedni do stosowania w kuchni do gotowania, pieczenia, przechowywania płynów i jako naczynia do serwowania.

Porcelana jest bardzo twardą, półprzezroczystą, białą ceramiką. Najwcześniejsze formy porcelany powstały w Chinach około 1600 r. p.n.e., a do 600 r. n.e. chińska porcelana była cenionym towarem wśród arabskich kupców. Ponieważ porcelana była kojarzona z Chinami i często używano jej do wyrobu talerzy, filiżanek, wazonów i innych dzieł sztuki, często nosi nazwę „fine china”.

Aby wyprodukować porcelanę, niewielkie ilości szkła, granitu i skalenia są mielone z drobną białą glinką kaolinową. Do powstałego w ten sposób białego proszku dodaje się wodę, aby można było go ugniatać i nadawać mu odpowiedni kształt. Następnie wypala się go w piecu w temperaturze od 1200 do 1450°C. Następnie nakładane są dekoracyjne glazury, po czym następuje dalsze wypalanie.

Czekolada kostna – łatwiejsza w produkcji, twardsza od porcelany i mocniejsza – powstaje poprzez dodanie popiołu z kości bydlęcych do gliny, minerałów skalenia i drobnego piasku krzemionkowego.

Zaawansowana ceramika – nowe materiały

Zaawansowana ceramika nie jest generalnie oparta na glinie. Zamiast tego, są albo oparte na tlenkach lub nie-tlenkach, albo na kombinacji tych dwóch:

• Typowe tlenki używane to tlenek glinu (Al2O3) i cyrkon (ZrO2).
• Niedotlenki to często węgliki, borki, azotki i krzemki, na przykład węglik boru (B4C), węglik krzemu (SiC) i dwusiarczek molibdenu (MoSi2).

Procesy produkcyjne obejmują najpierw dokładne mieszanie bardzo drobnych proszków materiałów składowych. Po uformowaniu ich w zielony korpus, jest on wypalany w wysokiej temperaturze (1.600-1.800°C). Ten etap często odbywa się w atmosferze beztlenowej.

Wysoka temperatura pozwala na połączenie się drobnych ziaren poszczególnych składników ceramicznych, tworząc twardy, wytrzymały, trwały i odporny na korozję produkt. Proces ten nazywa się spiekaniem.

Zastosowania zaawansowanej ceramiki

Zaawansowane materiały ceramiczne są obecnie dobrze ugruntowane w wielu dziedzinach codziennego użytku, od magnesów na lodówkę do coraz większej liczby gałęzi przemysłu, w tym produkcji i przetwarzania metali, lotnictwa, elektroniki, motoryzacji i ochrony personelu.

W nowoczesnej medycynie zaawansowana ceramika – często określana jako bioceramika – odgrywa coraz ważniejszą rolę. Bioceramika, taka jak tlenek glinu i cyrkon, to twarde, chemicznie obojętne materiały, które można polerować do wysokiej jakości wykończenia. Są one stosowane jako implanty dentystyczne oraz jako substytuty kości w operacjach ortopedycznych, takich jak wymiana stawu biodrowego i kolanowego. Dowiedz się więcej o zastosowaniach zaawansowanej ceramiki.