Торговый Дом «Аюрведа» — аюрведа оптом

Керамика — название некоторых материалов, которые образуются при использовании тепла. Слово керамика происходит от греческого слова κεραμικός ( keramikos ). Химически это неорганическое соединение атомов металла, неметалла или металлоида, удерживаемых вместе химическими связями.

До 1950-х годов или около того наиболее важными были традиционные глины, сделанные из глиняной посуды, кирпича, плитки и т. П., А также цемента и стекла.Глиняная керамика описана в статье о керамике. Композитный материал из керамики и металла известен как металлокерамика.

Слово керамика может быть прилагательным и может также использоваться как существительное для обозначения керамического материала или продукта керамического производства. Керамика также может использоваться как существительное в единственном числе, относящееся к искусству изготовления изделий из керамических материалов. Технология изготовления и использования керамических материалов является частью области керамического машиностроения.

Многие керамические материалы на основе глины являются твердыми, пористыми и ломкими. Изучение и разработка керамики включает методы, позволяющие справиться с этими характеристиками, подчеркнуть сильные стороны материалов и исследовать новые области применения. ^[1]

Для удобства керамические изделия обычно делятся на четыре сектора, и они показаны ниже с некоторыми примерами:

• Конструкционная , включая кирпич, трубы, напольную и кровельную плитку
• Огнеупоры , такие как футеровка печи, газовые пожарные излучатели, тигли для производства стали и стекла
• Whiteware , включая посуду, настенную плитку, предметы декоративного искусства и сантехнику
• Техническая керамика также известна как инженерная, передовая, специальная и в Японии тонкая керамика.К таким элементам относятся плитки, используемые в программе «Спейс шаттл», сопла газовых горелок, пуленепробиваемые жилеты, гранулы из оксида урана в ядерном топливе, биомедицинские имплантаты, лопасти турбины реактивного двигателя и носовые конусы ракет. Часто сырье не включает глины.

Примеры керамики [изменить | изменить источник]

Классификация технической керамики [изменить | изменить источник]

также может быть разделена на три категории материалов:

Каждый из этих классов может развивать уникальные свойства материала.

Механические свойства [изменить | изменить источник]

Керамические материалы обычно представляют собой ионные или ковалентно связанные материалы и могут быть кристаллическими или аморфными. Материал, удерживаемый вместе любым типом связи, будет иметь тенденцию к растрескиванию (разрушению) до того, как произойдет какая-либо пластическая деформация, что приводит к плохой вязкости в этих материалах. Кроме того, поскольку эти материалы имеют тенденцию иметь много пор, поры и другие микроскопические дефекты действуют как концентраторы напряжений, дополнительно снижая ударную вязкость и уменьшая прочность на растяжение.Они в совокупности приводят к катастрофическим разрушениям, в отличие от обычно более мягких режимов разрушения металлов.

Эти материалы демонстрируют пластическую деформацию. Однако из-за жесткой структуры кристаллических материалов существует очень мало доступных систем скольжения для перемещения дислокаций, и поэтому они деформируются очень медленно. В случае некристаллических (стеклообразных) материалов вязкий поток является основным источником пластической деформации и также очень медленный. Из-за этого это игнорируется во многих применениях керамических материалов.

Электрические свойства [изменить | изменить источник]

Полупроводники [изменить | изменить источник]

Есть ряд керамики, которые являются полупроводниками. Большинство из них представляют собой оксиды переходных металлов, которые представляют собой полупроводники II-VI, такие как оксид цинка.

В то время как говорят о создании синих светодиодов из оксида цинка, керамистов больше всего интересуют электрические свойства, которые демонстрируют эффекты границы зерен. Одним из наиболее широко используемых из них является варистор.

Полупроводниковая керамика также используется в качестве датчиков газа.Когда различные газы пропускаются через поликристаллическую керамику, ее электрическое сопротивление изменяется. При настройке на возможные газовые смеси могут быть изготовлены очень дешевые устройства.

Сверхпроводимость [изменить | изменить источник]

При некоторых условиях, таких как чрезвычайно низкая температура, некоторые керамики демонстрируют сверхпроводимость. Точная причина этого неизвестна, но существует два основных семейства сверхпроводящих керамик.

Сегнетоэлектричество и его родственники [изменить | изменить источник]

Пьезоэлектричество, связь между электрическим и механическим откликом, демонстрируется большим количеством керамических материалов, включая кварц, используемый для измерения времени в часах и другой электронике.Такие устройства превращают электричество в механические движения и обратно, образуя устойчивый генератор.

Пьезоэлектрический эффект обычно сильнее в материалах, которые также показывают пироэлектричество, и все пироэлектрические материалы также являются пьезоэлектрическими. Эти материалы могут быть использованы для преобразования тепловой, механической и / или электрической энергии; например, после синтеза в печи пироэлектрический кристалл, остуженный без приложенного напряжения, обычно создает статический заряд в тысячи вольт.Такие материалы используются в датчиках движения, где крошечного повышения температуры от теплого тела, попадающего в комнату, достаточно для создания измеримого напряжения в кристалле.

В свою очередь, пироэлектричество наиболее ярко проявляется в материалах, которые также проявляют сегнетоэлектрический эффект, в котором стабильный электрический диполь может быть ориентирован или обращен путем наложения электростатического поля. Пироэлектричество также является необходимым следствием сегнетоэлектричества. Это может быть использовано для хранения информации в сегнетоэлектрических конденсаторах, элементах сегнетоэлектрического ОЗУ.

Наиболее распространенными такими материалами являются титанат цирконата свинца и титанат бария. Помимо упомянутых выше применений, их сильный пьезоэлектрический отклик используется в конструкции высокочастотных громкоговорителей, преобразователей для сонара и исполнительных механизмов для атомной силы и сканирующих туннельных микроскопов.

Положительный тепловой коэффициент [изменить | изменить источник]

Повышение температуры может вызвать внезапную изоляцию границ зерен в некоторых полупроводниковых керамических материалах, в основном в смесях титанатов тяжелых металлов.Критическая температура перехода может регулироваться в широком диапазоне с помощью изменений химического состава. В таких материалах ток будет проходить через материал, пока джоулево нагревание не доведет его до температуры перехода, и в этот момент цепь будет разорвана и ток прекратится. Такая керамика используется в качестве саморегулируемых нагревательных элементов, например, в контурах размораживания заднего стекла автомобилей.

При температуре перехода диэлектрическая характеристика материала становится теоретически бесконечной.Хотя отсутствие контроля температуры исключает любое практическое использование материала вблизи его критической температуры, диэлектрический эффект остается исключительно сильным даже при гораздо более высоких температурах. Именно по этой причине титанаты с критическими температурами намного ниже комнатной стали стали синонимами «керамики» в контексте керамических конденсаторов.

Некристаллическая керамика: Некристаллическая керамика, будучи стеклами, имеет тенденцию образовываться из расплавов. Стекло формуют, когда оно полностью расплавлено, отливкой или в состоянии, похожем на ириски, с помощью таких методов, как выдувание в форму.Если более поздние термообработки приводят к тому, что этот класс становится частично кристаллическим, полученный материал известен как стеклокерамика.

Кристаллическая керамика: Кристаллические керамические материалы не поддаются большому диапазону обработки. Методы борьбы с ними, как правило, попадают в одну из двух категорий — либо изготавливают керамику в нужной форме, путем реакции на месте, либо «формуют» порошки в желаемую форму, а затем спекают, образуя твердое тело. Керамические методы формования включают формование вручную (иногда включая процесс вращения, называемый «бросание»), литье с проскальзыванием, отливка ленты (используется для изготовления очень тонких керамических конденсаторов и т. Д.).), литье под давлением, сухое прессование и другие варианты. (См. Также Керамические методы формирования. Детали этих процессов описаны в двух книгах, перечисленных ниже.) Несколько методов используют гибрид между двумя подходами.

Производство на месте [изменить | изменить источник]

Наиболее распространенное использование этого метода в производстве цемента и бетона. Здесь обезвоженные порошки смешиваются с водой. Это запускает реакции гидратации, которые приводят к образованию длинных взаимосвязанных кристаллов вокруг агрегатов.Со временем это приводит к твердой керамике.

Самая большая проблема этого метода заключается в том, что большинство реакций настолько быстрые, что хорошее перемешивание невозможно, что, как правило, препятствует крупномасштабному строительству. Однако мелкомасштабные системы могут быть изготовлены методами осаждения, когда различные материалы вводятся над подложкой, и они реагируют и образуют керамику на подложке. Это заимствует методы из полупроводниковой промышленности, такие как химическое осаждение из паровой фазы, и очень полезно для покрытий.

Они, как правило, производят очень плотную керамику, но делают это медленно.

Методы спекания [изменить | изменить источник]

Принципы методов спекания просты. Когда грубо скрепленный объект (называемый «зеленым телом») изготовлен, его запекают в печи, где диффузионные процессы вызывают усадку зеленого тела. Поры в объекте закрываются, в результате чего получается более плотный и сильный продукт. Обжиг производится при температуре ниже температуры плавления керамики.Практически всегда остается некоторая пористость, но реальным преимуществом этого метода является то, что зеленое тело можно получить любым способом, который только можно себе представить, и при этом спекаться. Это делает его очень универсальным маршрутом.

Существуют тысячи возможных усовершенствований этого процесса. Некоторые из наиболее распространенных включают в себя нажатие на зеленое тело для ускорения процесса уплотнения и сокращения необходимого времени спекания. Иногда органические связующие вещества, такие как поливиниловый спирт, добавляются для скрепления зеленого тела; они выгорают во время обжига (при 200–350 ° C).Иногда органические смазки добавляются во время прессования для увеличения уплотнения. Нередко их объединяют, добавляют в порошок связующие и смазочные материалы, а затем нажимают. (Формирование этих органических химических добавок само по себе является искусством. Это особенно важно при изготовлении керамики с высокими эксплуатационными характеристиками, например миллиардов, используемых для электроники, в конденсаторах, индукторах, датчиках и т. Д. Специализированные составы, наиболее часто используемые по электронике подробно изложены в книге «Лента Литье» Р.Э. Мистлер и др., Амер. Керамика Соц. [Westerville, Ohio], 2000.) Всесторонняя книга на эту тему для применения в механике, а также в электронике — «Органические добавки и обработка керамики», Д. Дж. Шейнфилд, Kluwer Publishers [Бостон], 1996.

Вместо порошка можно использовать взвесь, а затем отлить в желаемую форму, высушить и затем спекать. Действительно, традиционная керамика выполняется с помощью этого метода, с использованием пластиковой смеси, обработанной руками.

Если смесь различных материалов используется вместе в керамике, температура спекания иногда выше температуры плавления одного второстепенного компонента — спекания в жидкой фазе и спекания .Это приводит к более короткому времени спекания по сравнению с твердотельным спеканием.

• Некоторые ножи керамические. Керамическое лезвие ножа будет оставаться острым гораздо дольше, чем сталь, хотя оно более хрупкое и его можно сломать, уронив на твердую поверхность.

• Керамика, такая как глинозем и карбид бора, использовалась в бронежилете для отражения пуль. Подобный материал используется для защиты кабины некоторых военных самолетов из-за небольшого веса материала.

• Керамические шарики можно использовать для замены стали в шарикоподшипниках. Их высокая твердость делает их трижды дольше. Они также меньше деформируются под нагрузкой, что означает, что они меньше соприкасаются со стенками подшипника и могут катиться быстрее. В приложениях с очень высокой скоростью тепло от трения во время прокатки может вызвать проблемы для металлических подшипников; проблемы, которые сводятся к использованию керамики. Керамика также более химически стойкая и может использоваться во влажных средах, где стальные подшипники будут ржаветь.Основным недостатком использования керамики является высокая стоимость.

• В начале 1980-х годов Toyota исследовала адиабатический керамический двигатель, который может работать при температуре более 6000 ° F (3300 ° C). Керамические двигатели не требуют системы охлаждения и, следовательно, позволяют значительно снизить вес и, следовательно, повысить эффективность использования топлива. Топливная эффективность более горячего двигателя также выше по теореме Карно. В металлическом двигателе большая часть энергии, выделяемой топливом, должна рассеиваться как отработанное тепло, чтобы не расплавить металлические части.Несмотря на все эти желательные свойства, такие двигатели не производятся, поскольку изготовление керамических деталей с необходимой точностью и долговечностью затруднено. Несовершенство керамики приводит к появлению трещин, которые могут разрушить двигатель, возможно, в результате взрыва. Массовое производство невозможно с современными технологиями.

• Керамические детали для газотурбинных двигателей могут быть практичными. В настоящее время даже лезвия из современных металлических сплавов, используемых в горячей секции двигателя, требуют охлаждения и тщательного ограничения рабочих температур.Турбинные двигатели, изготовленные из керамики, могут работать более эффективно, предоставляя самолетам большую дальность полета и полезную нагрузку для определенного количества топлива.

• Биокерамика включает зубные имплантаты и синтетические кости. Гидроксиапатит, природный минеральный компонент кости, был получен синтетическим путем из ряда биологических и химических источников и может быть преобразован в керамические материалы. Ортопедические имплантаты, изготовленные из этих материалов, легко связываются с костью и другими тканями тела без отторжения или воспалительных реакций.В связи с этим они представляют большой интерес для каркасов для доставки генов и тканевой инженерии. Большинство гидроксиапатитовых керамик являются очень пористыми и не имеют механической прочности и используются для покрытия металлических ортопедических устройств, чтобы помочь в формировании связи с костью или в качестве наполнителей костей. Они также используются в качестве наполнителей для ортопедических пластиковых винтов, чтобы помочь уменьшить воспаление и увеличить поглощение этих пластиковых материалов. Ведется работа по изготовлению прочных, полностью плотных нанокристаллических гидроксиапатитовых керамических материалов для ортопедических грузонесущих устройств, заменяющих инородные металлические и пластиковые ортопедические материалы синтетическим, но встречающимся в природе минералом кости.В конечном итоге эти керамические материалы могут быть использованы в качестве заменителей костей или с включением белковых коллагенов, синтетических костей.

• Высокотехнологичная керамика используется в корпусах часов. Материал ценится за его легкий вес, устойчивость к царапинам, долговечность и гладкость на ощупь. IWC — один из брендов, положивших начало использованию керамики в часовом деле. ^[2]