Keramika

Slovo označuje rozmanité výrobky vzniklé vypalováním z vhodných přírodních surovin – jílů, hlíny, křemene aj.

První nálezy keramických nádob pocházejí podle archeologů už ze 7. tisíciletí př.n.l.

Objev hrnčířského kruhu asi ve 3. tisíciletí př.n.l. položil základ jednoho z nejstarších řemesel.

Keramický materiál

Silikátový průmysl

Anorganický

Nekovový

Těžko rozpustný ve vodě

Krystalický (nejméně ze 30%)

Dobré izolační vlastnosti tepelné i

elektrické (většinou)

Keramická technologie

Tvarování z práškové surovinové směsi – suchá, nebo upravená pomocí různých látek (voda), většinou při normální teplotě.

Tepelné zpracování –

sušení a potom výpal při teplotě vyšší než 800°C bez porušení tvaru

Konečné úpravy –

glazování, zdobení

Vlastnosti

Závisí na vlastnostech použitých surovin, jejich vzájemném

poměru ve směsi a na způsobu zpracování

Teplotní odolnost

Chemická odolnost

Vysoká pevnost v tlaku

Nízká odolnost proti nárazu

Elektrické izolační vlastnosti

Dají se vyrobit i materiály vodivé nebo polovodivé – syntetické materiály.

Porcelán

Vícefázový hutný materiál, bílý, neprůlinčitý, tvořen převážně

nekrystalickou (nehomogenní skelnou) fází

Hlavní surovina – plavený kaolin, křemen, živce (tavivo)

Výpal – 800°C, 1 350 - 1 410°C (tenkostěnné výrobky), při

druhém výpalu glazurování

Technický porcelán – např. izolátory pro přenos vysokého napětí –

místo křemene oxid hlinitý – vysoká pevnost

Zdravotnická keramika – masivní výrobky, suspenze se lije do

sádrových forem, tělesa se vysuší, glazují a vypalují při1 230 –

1 280°C

Pórovina - keramický materiál s otevřenými póry (propustný pro

plyny i vodu), obkládačky – směs se lisuje do kovových forem,

suší, vypaluje při 1 000°C, glazují a opět výpal

Oxidová keramika

Keramika ze syntetických oxidových surovin

Korundová – pevnost, tvrdost, otěruvzdornost, malá elektrická

vodivost

Výroba z velmi čistého oxidu hlinitého v a modifikaci

Výpal při 1 500 – 1 600°C – slinování částic

Korozně a tepelně namáhané součástky (nosiče obvodů v

elektronice, náhrada kloubů ve zdravotnictví)

Transformačně zpevněná keramika – malá křehkost, surovinou je

oxid zirkoničitý, využívá přeměny tetragonální modifikace ZrO2 na

monoklinickou. Přibližuje se vlastnostmi křehkým kovům, výroba

některých součástek spalovacích motorů.

Neoxidová keramika a

speciální keramika

Surovinové materiály jsou nitridy (Si3N4, AlN), karbidy (SiC)

Vysoká tvrdost, pevnost, žáruvzdornost a odolnost vůči agresivnímu prostředí.

Použití – tepelná zařízení, břity obráběcích strojů, kuličková nebo válečková ložiska

Mikroelektronika – vlastnosti se dají ovlivnit např. teplotou nebo elektrickým napětím

Keramika z titaničitanu zirkoničitoolovnatého piezoelektrické vlastnosti

Iontová vodivost, magnetické vlastnosti – měkké i tvrdé ferity, permanentní magnety (MnZn)O.Fe2O3, CaO.6Fe2O3

Optické vlastnosti – optoelektronika (světelná hradla, modulátory, displeje aj.). Materiál obsahuje oxidy Pb, La, Zr, Ti.

Sklo

Nekrystalická (amorfní) pevná látka.

Vznikla tavením anorganické surovinové

směsi. Výrobky se tvarují z chladnoucí

skelné taveniny takovým způsobem, aby

nenastala krystalizace. Většina

anorganických skel nejsou stechiometrické

sloučeniny, nejčastěji jsou to skla křemičitá

a boritokřemičitá.

Technologie

příprava vsázky a její

dávkování do pece,

tavení skla,

tvarování,

ochlazení,

dokončovací

operace.

Tavicí proces

Tavení sklářské vsázky – reakce mezi složkami směsi a úplné

rozpuštění pevných látek ve sklovině, teplota – 1 400 – 1 600°C,

suroviny – soda, vápenec, křemenný písek. Rozklad při 630 -

780°C, 90% doby tavení – rozpouštění pevných látek ve sklovině

(hlavně křemenný písek).

Čeření a homogenizace suroviny – odstranění bublin, vyčeření,

zhomogenizování. Zvýšení teploty, čeřiva (O2,, S O2) – uvolňují

plynné produkty chemickými reakcemi. Homogenizací dochází k

vyrovnání rozdílů koncentrací složek v různých místech taveniny.

Ochlazení skloviny na pracovní teplotu, sklovina se odebírá z

pece.

Tvarování

Tvarování

Využívá se viskózních vlastností skla

Foukání sklářskou píšťalou

Lisování v kovových formách

Tažení

Chlazení odstranění velkého mechanického

napětí, které vznká jako důsledek teplotních

rozdílů ve výrobku při jeho tvarování

Typy průmyslových skel

Křemenné sklo

Sodnokřemičité, rozpustné, (vodní) sklo

Na2O-CaO-SiO2 – obalové, ploché a užitkové sklo

K2O-CaO-SiO2 a K2O-PbO-SiO2 - křišťálová skla

Na2O-B2O3-SiO2 – tepelně odolná skla

CaO-MgO-Al2O3 – nízkoalkalická skla

Zušlechťování skla

Leptání – rozpouštění skla v kyselině

flourovodíkové, nebo chemické působení

chloridů na sklo (HF+H2SO4+H2O) –

lesklý povrch skla při chemickém leštění

broušených povrchů.

Matové leptání – HF páry nebo vodné

roztoky fluoridových solí v kombinaci s

uhličitanyči sírany.

Zdobení

Smalty – nanesení vrstvy prášku nízkotavitelných skel s barvicími látkami na povrch skla a výpal při 500-600°C

Lazury – difúze barvicí látky do povrchu skla vypalovaného při 500-600°C. Na povrch se nanese ovlhčená směs kaolinu a AgCl nebo CuSO4. Ag+ zbarví sklo žlutě, Cu2+ barví žlutozeleně, výpalem v redukční a posléze v oxidační atmosféře se získá barva červená.

Podstatou zlacení nebo platinování skla je vyredukování kovu na povrchu skla z vhodných sloučenin za zvýšené teploty.

Barevná skla

Dekorační účely, ochranné (sluneční , svářečské brýle), signální světla, barevné filtry.

Látky zabarvující sklo – atomová, iontová (sloučeniny d- a f-prvků, které tvoří se sklem roztok).

Koloidní – částice velikosti řádově v 10 mm (Au, Cu, Ag).

Fotosenzitivní skla – ozáření skla přes negativ UV zářením se při tepelném zpracování vyvolá urychlená tvorba kovových částic v ozářené části skla.

Determální skla – zbarvená oxidy železa, zachycují tepelnou složku slunečního záření, okenní skla.

Fotochromická skla – na slunci se vytvoří barevná centra – sklo ztmavne – brýle (halogenidy stříbra).

Zakalená – cizorodé částice s odlišným indexem lomu, osvětlovací technika, dekorační účely, bižuterie, domácnost.

Optická skla

Přesně dodržovat hodnoty indexu lomu a disperze

Vysoká homogenita materiálu

Bezbarvý

Vysoká propustnost pro světelné záření

Velmi čisté suroviny bez příměsí a a barvicích složek

Sklovina se odlévá do bloků, šetrně chladí

Bloky se zpracovávají řezáním, broušením a leštěním

Skleněná vlákna

Pro elektroizolační účely a lamináty z bezalkalické skloviny E-skla

Filtrační užití, akustické a tepelné izolace – neobsahují B a obshují

více alkalií.

Optická vlákna – optické olovnaté sklo s vyšším indexem lomu

tvoří jádro vlákna, obal je ze skla s nižším obsahem lomu.

Dochází k totální reflexi paprsku

Literatura

Kolektiv, Chemie ze školy do života, SNP, Praha 1993