Keramická technologie

Transkript

1 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.

2 Keramický materiál Silikátový průmysl Anorganický Nekovový Těžko rozpustný ve vodě Krystalický (nejméně ze 30%) Dobré izolační vlastnosti tepelné i elektrické (většinou)

3 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

4 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.

5 Porcelán Vícefázový hutný materiál, bílý, neprůlinčitý, tvořen převážně nekrystalickou (nehomogenní skelnou) fází Hlavní surovina plavený kaolin, křemen, živce (tavivo) Výpal 800 C, 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 při C Pórovina - keramický materiál s otevřenými póry (propustný pro plyny i vodu), obkládačky směs se lisuje do kovových forem, suší, vypaluje při C, glazují a opět výpal

6 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 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 ZrO 2 na monoklinickou. Přibližuje se vlastnostmi křehkým kovům, výroba některých součástek spalovacích motorů.

7 Neoxidová keramika a speciální keramika Surovinové materiály jsou nitridy (Si 3 N 4, 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.Fe 2 O 3, CaO.6Fe 2 O 3 Optické vlastnosti optoelektronika (světelná hradla, modulátory, displeje aj.). Materiál obsahuje oxidy Pb, La, Zr, Ti.

8 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.

9 Technologie příprava vsázky a její dávkování do pece, tavení skla, tvarování, ochlazení, dokončovací operace.

10 Tavicí proces Tavení sklářské vsázky reakce mezi složkami směsi a úplné rozpuštění pevných látek ve sklovině, teplota C, suroviny soda, vápenec, křemenný písek. Rozklad při C, 90% doby tavení rozpouštění pevných látek ve sklovině (hlavně křemenný písek). Čeření a homogenizace suroviny odstranění bublin, vyčeření, zhomogenizování. Zvýšení teploty, čeřiva (O 2,, S O 2 ) 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.

11 Tvarování

12 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

13 Typy průmyslových skel Křemenné sklo Sodnokřemičité, rozpustné, (vodní) sklo Na 2 O-CaO-SiO 2 obalové, ploché a užitkové sklo K 2 O-CaO-SiO 2 a K 2 O-PbO-SiO 2 - křišťálová skla Na 2 O-B 2 O 3 -SiO 2 tepelně odolná skla CaO-MgO-Al 2 O 3 nízkoalkalická skla

14 Zušlechťování skla Leptání rozpouštění skla v kyselině flourovodíkové, nebo chemické působení chloridů na sklo (HF+H 2 SO 4 +H 2 O) lesklý povrch skla při chemickém leštění broušených povrchů. Matové leptání HF páry nebo vodné roztoky fluoridových solí v kombinaci s uhličitanyči sírany.

15 Zdobení Smalty nanesení vrstvy prášku nízkotavitelných skel s barvicími látkami na povrch skla a výpal při C Lazury difúze barvicí látky do povrchu skla vypalovaného při C. Na povrch se nanese ovlhčená směs kaolinu a AgCl nebo CuSO 4. Ag + zbarví sklo žlutě, Cu 2+ 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.

16 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.

17 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

18 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

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