Keramická technologie

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 500600°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