Materiale ceramice - porțelanul

Cap. I MATERIALE CERAMICE

Materialele ceramice sunt o clasă de solide anorganice, nemetalice, obţinute la temperaturi înalte. Natura materialului ceramic, compoziţia lui chimică şi arderea sunt factorii principali care definesc o ceramică, indiferent de aplicaţie. În Dicţionarul Explicativ al limbii române (DEX, ediţia 1984) substantivul feminin "ceramică" este definit ca "tehnica şi arta prelucrării argilelor pentru a se obţine, prin omogenizarea amestecului plastic, modelarea, decorarea, smălţuirea, uscarea şi arderea lui, diverse obiecte;obiect confecţionat prin această tehnică".

Ceramica este reprezentată printr-o gamă foarte variată de materiale: ceramica de construcţii (ţigle, cărămizi, plăci de faţadă şi de pardoseli, ceramica sanitară etc.), ceramica de menaj (porţelan, faianţă, gresie etc.), materiale refractare pentru construcţia instalaţiilor termice, ceramica pentru industria electrotehnică, electronică, nucleară, cum şi ceramica cu înalte proprietăţi termomecanice, ceramica de uz biologic ca şi alte tipuri de ceramici (inclusiv cea cu funcţie abrazivă, catalitică etc.).

Diversitatea funcţiilor de utilizare ale produselor ceramice arată, într-o oarecare măsură, evoluţia noţiuniii de ceramică şi lasă să se întrevadă noi posibilităţi de îmbogăţire a acestei noţiuni. În întelesul actual, materialele ceramice reprezintă o clasă de solide anorganice, nemetalice (deşi, mai rar, pot avea şi constituenţi metalici), obţinute la temperaturi înalte, la care are loc sintetizarea, vitrificarea sau topirea lor, urmate de răcirea şi consolidarea produsului, corespunzător pentru utilizare.

Natura materialului ceramic (compoziţia lui chimico-mineralogică), reprezintă unul dintre factorii esenţiali care diferenţiază materialele ceramice între ele. În funcţie de procesul termic aplicat la formarea lor (prin ardere), materialele ceramice se pot deosebi între ele.

Clasificarea materialelor ceramice după procesul termic de formare:

Materiale obţinute prin sinterizare ,vitrificare:

- cu formare de faze vitroase:

- Ceramici nerefractate, tradiţionale

- Ceramici refractate (excepţie cele cărbunoase şi de grafit)

- Lianţi hidraulici din care se obţin:

- produse nefasonate

- produse fasonate

- fară formare de faze vitroase:

- oxizi ceramici (puri) şi compuşi oxidici (pigmenţi)

- refractare din carbon şi grafit

- boruri, azoturi, siliciuri, cărbuni, etc.

Materiale obţinute prin topire:

- sticle, glazuri, frite

- vitroceramici

- emailuri

- refractare electrotopire

- fibre ceramice

După comportarea la temperatură, materialele şi produsele ceramice sunt nerefractare-cu refractaritatea sub 1500o C, şi refractare a căror refractaritate depăşeşte această limită de temperatură.

După natura materiilor prime şi destinaţia produselor există:

- ceramice tradiţională, bazată pe materii prime naturale, relativ ieftine, şi cu utilizări convenţionale (teracotă, faianţă, gresie, porţelan, refractare obişniute etc.);

- ceramica modernă, de regulă ceramice tehnică, bazată pe materii prime de puritate înaltă, oxidică sau neoxidică (carburi, azoturi, siliciuri, boruri, oxiazoturi etc.), cu utilizări în construcţia de maşini, electronică, tehnica nucleară şi medicală, tehnologia spaţială etc.

Aflate în faze diferite de dezvoltare, compozitele ceramice din fibre (formate dintr-o matrice ceramică şi fibre metalice sau ceramice), cele cu particule dispersate (de exemplu, cermeţi) sau cu distribuţie lamelară a componenţior etc. sunt considerate materiale pentru viitor şi de înaltă performanţă.

O serie de materiale şi produse ceramice (mai ales tradiţionale) pot fi considerate ca având aceleaşi surse de materii prime. Compoziţia oxidică a acestora include: SiO2, Al2O3, Na2O (sau K2O), cu sau fără proporţii relativ mici de alte adaosuri (de regulă, impurităţi care provin din materii prime). Materialele ceramice prezintă, în general, o structură mai mult sau mai puţin poroasă, care depinde de tipul de produs şi de tehnologia de fabricaţie. Din cauza acestei structuri, anumite materiale ceramice (mai ales cele de menaj şi sanitare, pentru aparatura chimică etc.) trebuie să fie acoperită cu o peliculă vitroasă impermeabilă (glazură), care este cerută fie din motive de cerinţe practice (de exemplu impermeabilitatea la lichidele pe care le conţin sau vin în contact cu ele), fie pentru a satisface unele exigenţe estetice şi decorative.

Datorită capacităţii lor de a rezista la temperaturi înalte, materialele şi produsele refractare oxidice sunt, din punct de vedere compoziţional, mai simple; în alcătuirea lor intrând, în proporţia cea mai mare, unul sau doi oxizi refractari.

Sunt unele materiale oxidice cu proprietăţi particulare-termo-mecanice, electrice, magnetice etc., a căror compoziţie fie că se încadrează în sisteme oxidice monocomponente (cu eventuali dopanţi), fie că este asociată unor compuşi cu structuri speciale (de tipul: titanaţi, niobaţi, tantalaţi în combinaţie cu PbO, ZrO2 etc.; diverse tipuri de ferite-MO.Fe2O3, în care M=Mn, Ni, Zn, Co etc., respectiv MO 6 Fe2O3, în care M=Ba, Sr, Pb, Ca; zeoliţi cu funcţie de schimbători de ioni, catalizatori şi suport de catalizatori; materiale cu structuri fosfatice pentru bioceramică etc.)

O altă serie de materiale şi produse ale acestora sunt pe bază de: carburi, azoturi, boruri, siliciuri de metale tranziţionale (Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W), sau alte tipuri de carburi sau azoturi (SiC, B4C, NB, Si3N4). Ele sunt mult folosite în domeniul tehnologiilor avansate, la fabricarea pieselor abrazive pentru prelucrarea metalelor, iar unele dintre ele servesc drept elemente de încălzire pentru temperaturi înalte etc.

Există, de asemenea, unele produse ceramice, care încearcă să îmbine proprietăţile valoroase a două sau mai multor tipuri de materiale. Aşa este cazul compuşilor de tip SIMON (sialonuri, sialonuri de magneziu, sialonuri de ytriu etc.). Sialonurile, de exemplu, sunt silicaţi sau aluminosilicaţi în care oxigenul este parţial înlocuit prin azot. Se obţine astfel oxiazotura de siliciu şi aluminiu (Si6_x, AlxOx, N8_x, în care x reprezintă numărul de atomi de azot substituiţi prin atomi de oxigen) cu proprietăţi apropiate atât de β-Si3N4 cât şi de Al2O3. În aceeaşi categorie intră şi compoziţiile ceramo-metalice de tip: WC-Co, TiC-Ni, Al2O3-Cr2O3 (NiO)-Ni ş.a, în care se regăsesc o parte din proprietăţile de ductilitate, rezistenţă mecanică, conductivitate termică-specifice metalelor, cu cele de stabilitate la temperatură înaltă, stabilitate chimcă ş.a.-specifice materialelor ceramice.