Κεραμική Οριοθέτηση και Χημεία

Η λέξη "κεραμικό" προέρχεται από την ελληνική λέξη "κεραμικός", που σημαίνει "κεραμική". Ενώ τα πρώτα κεραμικά ήταν αγγεία, ο όρος περιλαμβάνει μια μεγάλη ομάδα υλικών, συμπεριλαμβανομένων μερικά καθαρά στοιχεία. Ένα κεραμικό είναι ένα ανόργανος, μη μεταλλικό στερεός, γενικά με βάση ένα οξείδιο, νιτρίδιο, βορίδιο ή καρβίδιο, που καίγεται σε υψηλή θερμοκρασία. Η κεραμική μπορεί να είναι γυαλισμένη πριν από την ανάφλεξη για να παράγει μια επίστρωση που μειώνει το πορώδες και έχει μια ομαλή, συχνά χρωματισμένη επιφάνεια. Πολλά κεραμικά περιέχουν ένα μείγμα ιοντικών και ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ των ατόμων. Το προκύπτον υλικό μπορεί να είναι κρυσταλλικό, ημι-κρυσταλλικό ή υαλώδες. Τα άμορφα υλικά με παρόμοια σύνθεση γενικά ονομάζονται "ποτήρι".

Οι τέσσερις κύριοι τύποι κεραμικών είναι λευκά είδη, δομικά κεραμικά, τεχνικά κεραμικά και πυρίμαχα. Τα προϊόντα Whiteware περιλαμβάνουν μαγειρικά σκεύη, κεραμικά, και πλακάκια τοίχου. Στα δομικά κεραμικά περιλαμβάνονται τα τούβλα, οι σωλήνες, τα κεραμίδια και τα πλακάκια δαπέδου. Η τεχνική κεραμική είναι επίσης γνωστή ως ειδική, λεπτή, προηγμένη ή μηχανική κεραμική. Στην κατηγορία αυτή περιλαμβάνονται τα έδρανα, τα ειδικά πλακίδια (π.χ. διαστημική θωράκιση), τα βιοϊατρικά εμφυτεύματα, τα κεραμικά φρένα, τα πυρηνικά καύσιμα, οι κεραμικές μηχανές και οι κεραμικές επικαλύψεις. Τα πυρίμαχα είναι κεραμικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κάψουλων, κλιβάνων γραμμών και την ακτινοβολία θερμότητας σε τζάκια αερίου.

Οι πρώτες ύλες για κεραμικά περιλαμβάνουν πηλό, καολινικό άλας, οξείδιο αργιλίου, καρβίδιο του πυριτίου, καρβίδιο βολφραμίου και ορισμένα καθαρά στοιχεία. Οι πρώτες ύλες συνδυάζονται με νερό για να σχηματίσουν ένα μίγμα που μπορεί να διαμορφωθεί ή να χυτευθεί. Τα κεραμικά είναι δύσκολο να εργαστούν μετά την κατασκευή τους, έτσι συνήθως, διαμορφώνονται στις τελικές επιθυμητές μορφές τους. Η φόρμα αφήνεται να στεγνώσει και φέρεται σε φούρνο που ονομάζεται κλίβανος. Η διαδικασία πυροδότησης παρέχει την ενέργεια για να σχηματίσει νέα χημικοί δεσμοί στο υλικό (υαλοποίηση) και μερικές φορές νέα ορυκτά (π.χ. μορφές μουλλίτη από καολίνη στην πυροδότηση πορσελάνης). Μπορούν να προστεθούν αδιάβροχα, διακοσμητικά ή λειτουργικά υαλοστάσια πριν από την πρώτη εκτόξευση ή μπορεί να απαιτηθεί μεταγενέστερη βολή (πιο συχνή). Η πρώτη πυροδότηση ενός κεραμικού αποδίδει ένα προϊόν που ονομάζεται bisque. Η πρώτη ανάφλεξη εκλύει οργανικά και άλλες πτητικές ακαθαρσίες. Η δεύτερη (ή τρίτη) πυρκαγιά μπορεί να ονομάζεται υαλοπίνακα.

Κεραμικά, τούβλα, κεραμίδια, πήλινα σκεύη, πορσελάνη και πορσελάνη είναι συνηθισμένα παραδείγματα κεραμικών. Αυτά τα υλικά είναι γνωστά για χρήση στην κατασκευή, τη χειροτεχνία και την τέχνη. Υπάρχουν πολλά άλλα κεραμικά υλικά:

• Στο παρελθόν, ποτήρι θεωρήθηκε κεραμικό, επειδή είναι ένα ανόργανο στερεό που καίγεται και αντιμετωπίζεται σαν κεραμικό. Ωστόσο, επειδή το γυαλί είναι ένα άμορφος στερεό, το γυαλί θεωρείται συνήθως ως ξεχωριστό υλικό. Η διατεταγμένη εσωτερική δομή της κεραμικής παίζει μεγάλο ρόλο στις ιδιότητές τους.
• Το στερεό καθαρό πυρίτιο και ο άνθρακας μπορούν να θεωρηθούν κεραμικά. Με τη στενή έννοια, ένα διαμάντι μπορεί να ονομαστεί κεραμικό.
• Το καρβίδιο του πυριτίου και το καρβίδιο του βολφραμίου είναι τεχνικά κεραμικά που έχουν υψηλή αντοχή στην τριβή, καθιστώντας τα χρήσιμα για θωράκιση σώματος, πλάκες φθοράς για εξόρυξη και εξαρτήματα μηχανών.
• Οξείδιο του ουρανίου (UO₂ είναι ένα κεραμικό που χρησιμοποιείται ως καύσιμο πυρηνικού αντιδραστήρα.
• Ζιρκόνια (διοξείδιο του ζιρκονίου) χρησιμοποιείται για την κατασκευή κεραμικών λεπίδων μαχαιριού, πολύτιμων λίθων, κυψελών καυσίμου και αισθητήρων οξυγόνου.
• Το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) είναι ημιαγωγός.
• Οξείδιο του βορίου χρησιμοποιείται για να κάνει θωράκιση σώματος.
• Οξείδιο χαλκού στροντίου βισμούθιου και διβοριούχο μαγνήσιο (MgB₂) είναι υπεραγωγούς.
• Το στεατίτη (πυριτικό μαγνήσιο) χρησιμοποιείται ως ηλεκτρικός μονωτήρας.
• Το τιτανικό βάριο χρησιμοποιείται για την κατασκευή στοιχείων θέρμανσης, πυκνωτών, μετατροπέων και στοιχείων αποθήκευσης δεδομένων.
• Τα κεραμικά αντικείμενα είναι χρήσιμα στην αρχαιολογία και την παλαιοντολογία, επειδή η χημική τους σύνθεση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της προέλευσής τους. Αυτό περιλαμβάνει όχι μόνο τη σύνθεση του πηλού αλλά και εκείνη του πηλού ιδιοσυγκρασία - τα υλικά που προστίθενται κατά την παραγωγή και την ξήρανση.

Τα κεραμικά περιλαμβάνουν μια τόσο μεγάλη ποικιλία υλικών που είναι δύσκολο να γενικεύσουν τα χαρακτηριστικά τους. Τα περισσότερα κεραμικά παρουσιάζουν τις ακόλουθες ιδιότητες:

• Υψηλή σκληρότητα
• Συνήθως εύθραυστη, με κακή σκληρότητα
• Υψηλός σημείο τήξης
• Χημική αντίσταση
• Κακή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα
• Χαμηλός εύπλαστο
• Υψηλό μέτρο ελαστικότητας
• Υψηλή αντοχή στη συμπίεση
• Οπτική διαφάνεια σε ποικίλα μήκη κύματος

Εξαιρέσεις περιλαμβάνουν υπεραγώγιμα και πιεζοηλεκτρικά κεραμικά.

Αναφέρεται η επιστήμη της προετοιμασίας και του χαρακτηρισμού της κεραμικής κεραμογραφία.

Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από περισσότερες από μία κατηγορίες υλικών, τα οποία μπορεί να περιλαμβάνουν κεραμικά. Παραδείγματα σύνθετων υλικών περιλαμβάνουν ίνες άνθρακα και υαλοβάμβακα. ΕΝΑ cermet είναι ένας τύπος σύνθετου υλικού που περιέχει κεραμικό και μέταλλο.

ΕΝΑ γυαλί-κεραμικό είναι ένα μη κρυσταλλικό υλικό με κεραμική σύνθεση. Ενώ τα κρυσταλλικά κεραμικά τείνουν να χυτευθούν, τα γυάλινα κεραμικά σχηματίζονται από τη χύτευση ή τη διόγκωση ενός τήγματος. Παραδείγματα υαλοκεραμικών περιλαμβάνουν γυάλινα σόμπες και το σύνθετο γυαλί που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση πυρηνικά απόβλητα για διάθεση.