Τα κεραμικά είναι ανόργανα, μη μεταλλικά υλικά που αποτελούνται από συνδυασμό μεταλλικών και μη μεταλλικών στοιχείων, που συνήθως σχηματίζονται μέσω επεξεργασίας υψηλής θερμοκρασίας (πυροδότηση/πυροσυσσωμάτωση). Η σύνθεσή τους ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του κεραμικού (παραδοσιακό ή προχωρημένο). Ακολουθεί μια ανάλυση των κύριων συστατικών τους:
1. Πρωτογενή χημικά συστατικά
Τα περισσότερα κεραμικά βασίζονται σε μεταλλικά οξείδια, καρβίδια, νιτρίδια ή πυριτικά άλατα. Τα κοινά στοιχεία περιλαμβάνουν:
* Οξυγόνο (Ο) - Βρέθηκαν σε οξείδια (π.χ. Al₂o₃, Sio₂, Zro₂).
* Πυρίτιο (SI) - κλειδί σε πυριτικά άλατα (π.χ. πηλό, mullite, cordierite).
* Αλουμίνιο (al) - παρόν στην αλουμίνα (al₂o₃), mullite (3al₂o₃ · 2sio₂).
* Μαγνήσιο (mg) - που χρησιμοποιείται στη Magnesia (MgO), Cordierite (2MGO · 2Al₂o₃ · 5sio₂).
* Zirconium (Zr) - Βρέθηκε στη ζιρκόνια (Zro₂).
* Carbon (C) & άζωτο (N)-σε κεραμικά μη οξειδίου (SIC, Si₃n₄, Tic, Bn).
2. Παραδοσιακά κεραμικά (πηλό)
Αυτά είναι συνήθως βασισμένα σε πυριτικό άλατο και περιλαμβάνουν:
* Ορυκτά πηλού (Kaolinite, Montmorillonite) - Παρέχετε πλαστικότητα όταν είναι υγρό.
* Silica (Sio₂) - Προσθέτει δομή (π.χ. χαλαζία, Flint).
* Feldspar (Kalsi₃o₈, Naalsi₃o₈) - Λειτουργεί ως ροή για τη μείωση της θερμοκρασίας τήξης.
* Κιμωλία (caco₃) - που χρησιμοποιείται σε πορσελάνη και λευκά λογισμικά.
Παράδειγμα: πορσελάνη = καολίνη (πηλός) + πυρίτιο + άστριο.
3. Προηγμένη (μηχανική) κεραμικά
Πρόκειται για υψηλή καθαρότητα, συνθετικά κεραμικά με ανώτερες ιδιότητες:
Κεραμικός τύπος Κύρια συστατικά Βασικές ιδιότητες
Αλουμίνα (al₂o₃) Αλουμίνιο + οξυγόνο Υψηλή σκληρότητα, ηλεκτρική μόνωση
Ζιρκόνια (zro₂) Ζιρκόνιο + οξυγόνο Υψηλή σκληρότητα, αντίσταση φθοράς
Καρβίδιο πυριτίου (sic) Πυρίτιο + άνθρακα Ακραία σκληρότητα, θερμική αγωγιμότητα
Νιτρίδιο πυριτίου (si₃n₄) Πυρίτιο + άζωτο Υψηλή αντοχή, αντίσταση θερμικού σοκ
Νιτρίδιο βορίου (BN) Βόριο + άζωτο Λίπανση, θερμική αγωγιμότητα
Cordierite (2mgo · 2al₂o₃ · 5sio₂) MG, AL, SI, O Χαμηλή θερμική διαστολή
4. Πρόσθετα και δευτερεύοντα εξαρτήματα
Τα κεραμικά περιλαμβάνουν συχνά πρόσθετα για την τροποποίηση των ιδιοτήτων:
* Συνδετικά (π.χ., PVA, κερί) - Βοηθήστε στη διαμόρφωση πριν από την πυροδότηση.
* Βοηθήματα πυροσυσσωμάτωσης (π.χ. y₂o₃ in zro₂) - ενισχύει την πυκνότητα.
* Χρωστικές (π.χ., fe₂o₃, COO) - για χρωματισμό.
* Ελεγκτές πορώδους - για τη δημιουργία πορώδους κεραμικής (π.χ. φίλτρα).
5. Γυαλιστική φάση (σε μερικά κεραμικά)
* Τα παραδοσιακά κεραμικά περιέχουν συχνά μια υαλώδη φάση (υαλώδη πυρίτιο) που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια της πυροδότησης, η οποία δεσμεύει τα σωματίδια μαζί.
6. Ταξινόμηση με σύνθεση
Κατηγορία Παραδείγματα Κύρια συστατικά
Κεραμικά οξειδίου Al₂o₃, zro₂, mgo Μεταλλικό + οξυγόνο
Μη οξείδιο κεραμικά Sic, si₃n₄, κασσίτερος Μέταλλο + άνθρακας/νιτριδίδιο
Κεραμικά πυριτικού άλατος Πορσελάνη, τούβλο Flux Clay + Sio₂ +
Σύνθετα κεραμικά Al₂o₃-sic, zro₂-toughend Μικτή κεραμική
Σύναψη
Τα κεραμικά είναι κατασκευασμένα από συνδυασμό μεταλλικών και μη μεταλλικών στοιχείων, με τις ιδιότητές τους να προσδιορίζονται από τη σύνθεση και την επεξεργασία.
* Τα παραδοσιακά κεραμικά βασίζονται σε πηλό, πυρίτιο και άστριο.
* Τα προηγμένα κεραμικά χρησιμοποιούν οξείδια υψηλής καθαρότητας, καρβίδια ή νιτρίδια για ανώτερες επιδόσεις.