Κεραμικά υλικά Ιδιότητες, τύποι, χρήσεις, χαρακτηριστικά

Το κεραμικά υλικά αποτελούνται από ανόργανα στερεά, μεταλλικά ή άλλα, που έχουν υποβληθεί σε θερμότητα. Η βάση του είναι συνήθως πηλός, αλλά υπάρχουν διαφορετικοί τύποι με διαφορετικές συνθέσεις.

Ο κοινός πηλός είναι μια κεραμική πάστα. Επίσης, ο κόκκινος πηλός είναι ένας τύπος κεραμικού υλικού που περιέχει πυριτικά αργιλίου μεταξύ των συστατικών του. Αυτά τα υλικά σχηματίζονται από ένα μίγμα κρυσταλλικών και / ή υαλωδών φάσεων.

Αν αποτελούνται από ένα μόνο κρύσταλλο, είναι μονοφασικοί. Είναι πολυκρυσταλλικά όταν αποτελούνται από πολλούς κρυστάλλους.

Η κρυσταλλική δομή των κεραμικών υλικών εξαρτάται από την τιμή του ηλεκτρικού φορτίου των ιόντων και το σχετικό μέγεθος των κατιόντων και ανιόντων.

Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ανιόντων που συνορεύουν με το κεντρικό κατιόν, τόσο πιο σταθερό θα είναι το στερεό που προκύπτει.

Τα κεραμικά υλικά μπορούν να βρεθούν με τη μορφή πυκνών στερεών, ινών, λεπτής σκόνης ή μεμβράνης.

Η προέλευση της λέξης κεραμικής βρίσκεται στην ελληνική λέξη κεραμικό, του οποίου το νόημα είναι "καμένο πράγμα".

Επεξεργασία

Η επεξεργασία των κεραμικών υλικών εξαρτάται από τον τύπο του υλικού που πρόκειται να ληφθεί. Ωστόσο, η παραγωγή ενός κεραμικού υλικού συνήθως απαιτεί τις ακόλουθες διαδικασίες:

1- Ανάμιξη και άλεση πρώτων υλών

Είναι η διαδικασία στην οποία οι πρώτες ύλες είναι ενωμένες και γίνεται προσπάθεια ομογενοποίησης του μεγέθους και της κατανομής τους.

2- Συμμόρφωση

Σε αυτή τη φάση δίνεται η μορφή και η συνέπεια στη μάζα που επιτυγχάνεται με τις πρώτες ύλες. Με αυτόν τον τρόπο η πυκνότητα του μίγματος αυξάνεται, βελτιώνοντας τις μηχανικές του ιδιότητες.

3- Χύτευση

Είναι η διαδικασία με την οποία δημιουργείται μια παράσταση ή εικόνα (στην τρίτη διάσταση) οποιουδήποτε πραγματικού αντικειμένου. Για να διαμορφωθεί συνήθως μία από αυτές τις διεργασίες πραγματοποιείται:

Πατημένο

Η πρώτη ύλη πιέζεται μέσα σε μια μήτρα. Η ξηρή συμπίεση χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή πυρίμαχων προϊόντων και ηλεκτρονικών κεραμικών εξαρτημάτων. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την παραγωγή αρκετών τεμαχίων γρήγορα.

Χύτευση σε βαρβονίτη

Είναι μια τεχνική που επιτρέπει να παράγει εκατοντάδες φορές την ίδια μορφή χωρίς σφάλματα ή παραμορφώσεις.

Εξώθηση

Πρόκειται για μια διαδικασία κατά την οποία το υλικό ωθείται ή εξάγεται μέσω μιας μήτρας. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή αντικειμένων με διαυγή και σταθερή διατομή.

4- Ξήρανση

Πρόκειται για μια διαδικασία που συνίσταται στον έλεγχο της εξάτμισης του νερού και των συσπάσεων που παράγει στο κομμάτι.

Είναι μια κρίσιμη φάση της διαδικασίας, επειδή εξαρτάται από το κομμάτι που διατηρεί τη μορφή του.

5- Μαγειρική

Από αυτή τη φάση παίρνετε το "κέικ σφουγγαριών". Σε αυτή τη διαδικασία η χημική σύνθεση του πηλού αλλάζει έτσι ώστε να είναι εύθραυστη αλλά πορώδης στο νερό.

Σε αυτή τη φάση η θερμότητα πρέπει να ανέβει αργά μέχρι να επιτευχθεί θερμοκρασία 600 ºC. Μετά από αυτή την πρώτη φάση, γίνονται οι διακοσμήσεις, όταν θέλουν να κάνουν.

Είναι σημαντικό να διασφαλιστεί ότι τα κομμάτια χωρίζονται στο εσωτερικό του φούρνου για να αποφευχθούν παραμορφώσεις.

Ιδιότητες

Αν και οι ιδιότητες αυτών των υλικών εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τη σύνθεσή τους, έχουν γενικά τις ακόλουθες ιδιότητες:

• Κρυσταλλική δομή Ωστόσο, υπάρχουν επίσης υλικά που δεν έχουν αυτή τη δομή ή έχουν μόνο σε ορισμένους τομείς.
• Έχουν πυκνότητα περίπου 2 g / cm3.
• Ασχολείται με υλικά με μονωτικές ιδιότητες ηλεκτρισμού και θερμότητας.
• Έχουν χαμηλό συντελεστή επέκτασης.
• Έχουν υψηλό σημείο τήξης.
• Συνήθως είναι αδιάβροχοι.
• Δεν είμαστε καύσιμα ή οξειδωτικά.
• Είναι σκληρά, αλλά εύθραυστα και ελαφρά ταυτόχρονα.
• Είναι ανθεκτικά στη συμπίεση, τη φθορά και τη διάβρωση.
• Έχουν κρυοπαγήματα ή ικανότητα να αντέχουν χαμηλές θερμοκρασίες χωρίς αλλοίωση.
• Έχουν χημική σταθερότητα.
• Απαιτούν ένα ορισμένο πορώδες.

Ταξινόμηση

1 - Κόκκινη κεραμική

Είναι ο πιο άφθονος τύπος πηλού. Έχει ένα κοκκινωπό χρώμα που οφείλεται στην παρουσία οξειδίου του σιδήρου.

Όταν μαγειρεύεται, αποτελείται από αργιλικό και πυριτικό άλας. Είναι το λιγότερο επεξεργασμένο από όλους. Εάν σπάσει, το αποτέλεσμα είναι μια κοκκινωπή γη. Είναι διαπερατό σε αέρια, υγρά και λίπη.

Αυτός ο πηλός χρησιμοποιείται συνήθως για τούβλα και δάπεδα. Η θερμοκρασία μαγειρέματος κυμαίνεται από 700 έως 1000 ° C και μπορεί να καλυφθεί με οξείδιο του κασσίτερου για να ληφθεί ένα καλαίσθητο σκεύος. Τα ιταλικά και αγγλικά πλακάκια κατασκευάζονται με διαφορετικούς τύπους πηλού.

2 - Λευκό κεραμικό

Είναι ένα καθαρότερο υλικό, γι 'αυτό δεν έχουν σημεία. Η κοκκομετρία του είναι πιο ελεγχόμενη και συνήθως γυαλισμένη στο εξωτερικό της πρόσωπο για να ενισχύσει την αδιαπερατότητα του.

Χρησιμοποιείται στην κατασκευή ειδών υγιεινής και επιτραπέζιων ειδών. Σε αυτή την ομάδα εισάγετε:

Η πορσελάνη

Πρόκειται για ένα υλικό που κατασκευάζεται από καολίνη, έναν τύπο πολύ καθαρού πηλού στον οποίο προστίθενται άστριος και χαλαζία ή πυριτία.

Το μαγείρεμα αυτού του υλικού γίνεται σε δύο φάσεις: στην πρώτη φάση μαγειρεύεται στους 1000 ή 1300 ° C. και στη δεύτερη φάση μπορεί να φθάσει τους 1800 ° C.

Οι πορσελάνες μπορεί να είναι μαλακές ή σκληρές. Στην περίπτωση των μαλακών, στην πρώτη φάση του μαγειρέματος φτάνει τους 1000 ° C.

Στη συνέχεια αφαιρείται από το φούρνο για να εφαρμοστεί σμάλτο. Και μετά επιστρέφει στο φούρνο για τη δεύτερη φάση όπου εφαρμόζεται μια ελάχιστη θερμοκρασία 1250 ° C.

Στην περίπτωση σκληρών πορσελάνινων, η δεύτερη φάση ψησίματος γίνεται σε υψηλότερη θερμοκρασία: 1400 ° C ή περισσότερο.

Και σε περίπτωση που πρόκειται να διακοσμήσει, η διακόσμηση ορίζεται και πηγαίνει στο φούρνο, αλλά αυτή τη φορά στους 800 ° C.

Έχει πολλαπλή χρήση στη βιομηχανία για την επεξεργασία αντικειμένων εμπορικής χρήσης (επιτραπέζια σκεύη, για παράδειγμα) ή για αντικείμενα πιο εξειδικευμένης χρήσης (ως μονωτήρες σε μετασχηματιστές).

3- Πυρίμαχο

Είναι ένα υλικό που μπορεί να αντέξει πολύ υψηλές θερμοκρασίες (μέχρι 3000 ° C) χωρίς παραμόρφωση. Είναι άργιλοι με μεγάλες αναλογίες οξειδίου του αλουμινίου, βηρυλλίου, θορίου και ζιρκονίου.

Αυτά μαγειρεύονται μεταξύ 1300 και 1600 ° C και πρέπει να ψύχονται προοδευτικά για να αποφευχθούν σφάλματα, ρωγμές ή εσωτερικές καταπονήσεις.

Το ευρωπαϊκό πρότυπο DIN 51060 / ISO / R 836 δηλώνει ότι ένα υλικό είναι ανθεκτικό αν μαλακώνει με ελάχιστη θερμοκρασία 1500 ° C.

Τα τούβλα είναι ένα παράδειγμα αυτού του τύπου υλικού, που χρησιμοποιείται για την κατασκευή φούρνων.

4- Ποτήρια

Τα γυαλιά είναι υγρές ουσίες με βάση πυριτίου, οι οποίες στερεοποιούνται με διαφορετικές μορφές όταν ψύχονται.

Διαφορετικές ροές προστίθενται στη βάση πυριτίου, ανάλογα με τον τύπο γυαλιού που πρόκειται να κατασκευαστεί. Αυτές οι ουσίες μειώνουν το σημείο τήξης.

5. Τσιμέντα

Είναι ένα υλικό που αποτελείται από ασβεστόλιθο και αλεσμένο ασβέστιο, το οποίο γίνεται άκαμπτο όταν αναμειχθεί με υγρό (κατά προτίμηση νερό) και αφήνεται να σταθεί. Ενώ είναι υγρό, μπορεί να χυτευθεί στο επιθυμητό σχήμα.

6- Λειαντικά

Είναι μέταλλα με εξαιρετικά σκληρά σωματίδια και με οξείδιο του αργιλίου και πάστα διαμαντιών, μεταξύ των συστατικών τους.

Ειδικά κεραμικά υλικά

Τα κεραμικά υλικά είναι σκληρά και σκληρά αλλά είναι επίσης εύθραυστα, έτσι έχουν αναπτύξει υβριδικά ή σύνθετα υλικά με μήτρα από πολυεστερικό ή πλαστικό πολυμερές.

Τα κεραμικά υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη αυτών των υβριδίων. Αυτά είναι υλικά που αποτελούνται από διοξείδιο του πυριτίου, οξείδιο του αργιλίου και μερικά μέταλλα όπως το κοβάλτιο, το χρώμιο και ο σίδηρος.

Κατά την επεξεργασία αυτών των υβριδίων χρησιμοποιούνται δύο τεχνικές:

Το συνθετικό

Είναι η τεχνική στην οποία οι μεταλλικές σκόνες συμπιέζονται.

Το φριτέ

Με την τεχνική αυτή το κράμα επιτυγχάνεται με συμπίεση της μεταλλικής σκόνης μαζί με το κεραμικό υλικό σε έναν ηλεκτρικό κλίβανο.

Σε αυτή την κατηγορία έρχονται τα λεγόμενα σύνθετα κεραμικά μήτρα (CMC). Μεταξύ αυτών μπορούν να αναφερθούν:

- Καρβίδια

Όπως το καρβίδιο πυριτίου ενισχυμένο με βολφράμιο, τιτάνιο, πυρίτιο, χρώμιο, βόριο ή άνθρακα.

- Νιτρίδια

Όπως το πυρίτιο, το τιτάνιο, το κεραμικό οξυινιτρίδιο ή το σιάλιο.

- Κεραμικά οξείδια 

Όπως η αλουμίνα και το ζιρκόνιο.

- Ηλεκτροκεραμικά

Είναι κεραμικά υλικά με ηλεκτρικές ή μαγνητικές ιδιότητες.

Οι τέσσερις κύριες χρήσεις των κεραμικών υλικών

1- Στην αεροδιαστημική βιομηχανία

Σε αυτό το πεδίο, απαιτούνται ελαφριά εξαρτήματα με αντίσταση σε υψηλές θερμοκρασίες και μηχανικές απαιτήσεις.

2- Στη βιοϊατρική

Σε αυτή την περιοχή είναι χρήσιμες για την προετοιμασία οστών, δοντιών, εμφυτευμάτων κλπ..

3- Στην ηλεκτρονική

Όταν τα υλικά αυτά χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ενισχυτών λέιζερ, οπτικών ινών, πυκνωτών, φακών, μονωτών, μεταξύ άλλων.

4- Στην ενεργειακή βιομηχανία

Είναι για παράδειγμα τα κεραμικά υλικά που μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα συστατικά πυρηνικού καυσίμου.

Τα 7 πιο ξεχωριστά κεραμικά υλικά

1-Αλουμίνα (Al2O3)

Χρησιμοποιείται για να περιέχει τηγμένο μέταλλο.

2- Νιτρίδιο αργιλίου (AIN)

Χρησιμοποιείται ως υλικό για ολοκληρωμένα κυκλώματα και ως υποκατάστατο του AI203.

3- καρβίδιο του βορίου (B4C)

Χρησιμοποιείται για την κατασκευή πυρηνικής θωράκισης.

4- καρβίδιο πυριτίου (SiC)

Χρησιμοποιείται για την επίστρωση μετάλλων, για την αντοχή τους στην οξείδωση.

5- Νιτρίδιο πυριτίου (Si3N4)

Χρησιμοποιούνται στην κατασκευή εξαρτημάτων κινητήρων αυτοκινήτων και αεριοστροβίλων.

6- Boride τιτανίου (TiB2)

Συμμετέχει επίσης στην κατασκευή πανοπλιών.

7- Ουρανία (UO2)

Χρησιμεύει ως καύσιμο για πυρηνικούς αντιδραστήρες.

Αναφορές

1. Alarcón, Javier (s / f). Χημεία κεραμικών υλικών. Ανάκτηση από: uv.es
2. Ε., Felipe (2010). Ιδιότητες κεραμικών. Ανακτήθηκε από: constructorcivil.org
3. Λάζαρο, Τζακ (2014). Δομή και ιδιότητες της κεραμικής. Ανακτήθηκε από: prezi.com
4. Μούσι, Σούζαν (s / f). Μαγειρική Ανακτήθηκε από: ceramicdictionary.com
5. Το περιοδικό ARQHYS (2012). Ιδιότητες κεραμικών. Ανακτήθηκε από: arqhys.com
6. Εθνικό Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο (2010). Ταξινόμηση κεραμικών υλικών. Ανακτήθηκε από: cienciamateriales.argentina-foro.com
7. Εθνικό Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο (s / f). Κεραμικά υλικά Ανακτήθηκε από: frm.utn.edu.ar
8. Wikipedia (s / f). Κεραμικό υλικό Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org