Keramikas definīcija un ķīmija

Vārds "keramika" nāk no grieķu vārda "keramikos", kas nozīmē "keramika". Kamēr agrākā keramika bija keramika, šis termins aptver lielu materiālu grupu, ieskaitot dažus tīrus elementus. Keramika ir neorganisks, nemetāliski ciets, kuru pamatā ir oksīds, nitrīds, borīds vai karbīds, kas tiek karsēts augstā temperatūrā. Pirms apdedzināšanas keramiku var glazēt, lai iegūtu pārklājumu, kas samazina porainību un kurai ir gluda, bieži krāsaina virsma. Daudzas keramikas satur jonu un kovalento saišu sajaukumu starp atomiem. Iegūtais materiāls var būt kristālisks, daļēji kristālisks vai stiklveida. Amorfus materiālus ar līdzīgu sastāvu parasti sauc par "stikls".

Četri galvenie keramikas veidi ir trauki, strukturālā keramika, tehniskā keramika un ugunsizturīgie materiāli. Baltajos piederumos ietilpst virtuves piederumi, keramika, un sienas flīzes. Konstrukciju keramikā ietilpst ķieģeļi, caurules, jumta dakstiņi un grīdas flīzes. Tehnisko keramiku sauc arī par speciālo, smalko, uzlaboto vai inženierkeramiku. Šajā klasē ietilpst gultņi, īpašas flīzes (piemēram, kosmosa kuģu siltuma vairogs), biomedicīnas implanti, keramikas bremzes, kodoldegviela, keramikas motori un keramikas pārklājumi. Ugunsizturīgie materiāli ir keramika, ko izmanto tīģeļu, līniju cepļu un siltuma izstarošanai gāzes kamīnos.

Izejvielas keramikai ir māls, kaolināts, alumīnija oksīds, silīcija karbīds, volframa karbīds un daži tīri elementi. Izejvielas tiek apvienotas ar ūdeni, lai izveidotu maisījumu, ko var formēt vai veidot. Pēc izgatavošanas keramiku ir grūti strādāt, tāpēc parasti tās tiek veidotas vēlamajās formās. Veidlapai ļauj nožūt un tiek kurināta krāsnī, ko sauc par cepli. Apdedzināšanas process nodrošina enerģiju, veidojot jaunu ķīmiskās saites materiālā (stiklināšana) un dažreiz jauni minerāli (piemēram, no kaolīna veidojas mullīta formas porcelāna kurināšanā). Pirms pirmās apdedzināšanas var pievienot ūdensnecaurlaidīgas, dekoratīvas vai funkcionālas glazūras vai arī tām var būt nepieciešama turpmāka apdedzināšana (biežāk). Pirmo reizi apdedzinot keramiku, iegūst produktu, ko sauc par cepumu. Pirmajā apdedzināšanā sadedzina organiskos savienojumus un citus gaistošos piemaisījumus. Otro (vai trešo) apdedzināšanu var saukt par stiklojumu.

Keramika, ķieģeļi, flīzes, fajanss, porcelāns un porcelāns ir izplatīti keramikas piemēri. Šie materiāli ir plaši pazīstami izmantošanai celtniecībā, amatniecībā un mākslā. Ir daudz citu keramikas materiālu:

• Pagātnē, stikls tika uzskatīts par keramiku, jo tā ir neorganiska cieta viela, kas tiek kurināta un apstrādāta līdzīgi kā keramika. Tomēr, tā kā stikls ir amorfs ciets, stikls parasti tiek uzskatīts par atsevišķu materiālu. Keramikas pasūtītajai iekšējai struktūrai ir liela loma to īpašībās.
• Cietu tīru silīciju un oglekli var uzskatīt par keramiku. Stingrā nozīmē dimants varētu saukt par keramiku.
• Silīcija karbīds un volframa karbīds ir tehniskā keramika, kurai ir augsta nodilumizturība, padarot tās noderīgas bruņuvestes, kalnrūpniecības nodiluma plāksnes un mašīnu detaļas.
• Urāna oksīds (UO₂ ir keramika, ko izmanto kā kodolreaktora degvielu.
• Cirkonijs (cirkonija dioksīds) tiek izmantots keramikas nažu asmeņu, dārgakmeņu, kurināmā elementu un skābekļa sensoru izgatavošanai.
• Cinka oksīds (ZnO) ir pusvadītājs.
• Bruņu bruņu izgatavošanai izmanto bora oksīdu.
• Bismuta stroncija vara oksīds un magnija diborīds (MgB₂) ir supravadītāji.
• Steatīts (magnija silikāts) tiek izmantots kā elektriskais izolators.
• Bārija titanātu izmanto sildīšanas elementu, kondensatoru, pārveidotāju un datu glabāšanas elementu izgatavošanai.
• Keramikas artefakti ir noderīgi arheoloģijā un paleontoloģijā, jo to ķīmisko sastāvu var izmantot, lai identificētu to izcelsmi. Tas ietver ne tikai māla, bet arī māla sastāvu rūdījums - materiāli, kas pievienoti ražošanas un žāvēšanas laikā.

Keramikā ir tik plašs materiālu klāsts, ka ir grūti vispārināt to īpašības. Lielākajai daļai keramikas piemīt šādas īpašības:

• Augsta cietība
• Parasti trausls, ar vāju izturību
• Augsts kušanas punkts
• Ķīmiskā izturība
• Vāja elektriskā un siltuma vadītspēja
• Zems lokanība
• Augsts elastības modulis
• Augsta spiedes izturība
• Optiskā caurspīdība dažādiem viļņu garumiem

Izņēmumi ir supravadošā un pjezoelektriskā keramika.

Tiek saukta keramikas sagatavošanas un raksturošanas zinātne keramogrāfija.

Kompozītmateriālus veido vairāk nekā viena materiālu klase, kurā var ietilpt keramika. Kompozītu piemēri ir oglekļa šķiedra un stikla šķiedra. A metālkeramika ir kompozītmateriāla veids, kas satur keramiku un metālu.

A stikla keramika ir nekristālisks materiāls ar keramikas kompozīciju. Kamēr kristālisko keramiku mēdz veidot, stikla keramika veidojas, izkausējot vai izkausējot kausējumu. Stikla keramikas piemēri ir "stikla" plīts virsma un stikla kompozīts, ko izmanto saistīšanai radioaktīvie atkritumi iznīcināšanai.