Ceramika

Nymphenburska waza porcelanowa – przykład możliwości przemysłu ceramicznego (wyrób z ok. 1760–1765 roku)

Ceramika kultury łużyckiej

Ceramika – w rozumieniu tradycyjnym, tworzywa i wyroby otrzymywane w wyniku wypalenia odpowiednio uformowanej gliny. Nazwa tych wyrobów wywodzi się z greckiego określenia κεραμικός (keramikos), które pochodzi z kolei od słowa κέραμος (keramos – ziemia, glina).

Obecnie, przez ceramikę rozumie się wszystkie tworzywa i wyroby nieorganiczno-niemetaliczne, w trakcie otrzymywania których istotnym procesem jest obróbka cieplna w temperaturze powyżej kilkuset stopni Celsjusza, np. spiekanie lub prażenie.

Historia ceramiki sięga paleolitu. Najstarsze znalezione wyroby datuje się na 13 000 lat p.n.e., szklane 5000-6000 lat p.n.e., materiały wiążące (wapno, gips) używane są od 2000-5000 lat. Ceramikę wytwarzali już Grecy, znana jest kultura pilińska z okresu brązu, jedna z zespołu kultur mogiłowych, która zajmowała się obróbką ceramiki. W Polsce ceramika stosowana jest od 6000 lat.

Proces produkcyjny

Klasyczny proces produkcji wyrobów ceramicznych polega na dokładnym wymieszaniu odpowiednich surowców, formowaniu, wysuszeniu i wypaleniu (jednokrotnym lub wielokrotnym). Proces wypalania odbywa się w piecach: tunelowych, komorowych (ceramika budowlana, sanitarna itp.) oraz w piecach grafitowych i innych, często o kontrolowanej atmosferze wypalania (ceramika specjalna). Temperatura wypalania mieści się w zakresie od 900 °C (ceramika budowlana) do 2000 °C (ceramika węglikowa). W wysokich temperaturach zachodzi zjawisko spiekania, w wyniku którego otrzymuje się czerep o pożądanej gęstości, znacznie mniejszej od gęstości surowca, ze względu na usunięcie wody podczas obróbki termicznej. Niektóre wyroby ceramiczne po wypaleniu pokrywa się szkliwem.

Do produkcji materiałów ceramicznych używa się:

• gliny,
• kwarcu,
• skalenia
• kaolinitu,
• tlenków aluminium, tytanu, cyrkonu i innych pierwiastków,
• węglików,
• borków,
• azotków,
• siarczków.

Właściwości i zastosowanie

I stacja ceramicznej drogi krzyżowej wykonanej przez Józefa Gosławskiego dla Kościoła św. Jana Kantego w Poznaniu (ok. 1955-1956)

Ceramika jest materiałem z grupy materiałów inżynierskich (obok metali i polimerów). Posiada wybitne właściwości takie jak: odporność na działanie wysokich temperatur, odporność na działanie czynników chemicznych, dobre właściwości mechaniczne, dobre właściwości dielektryczne i izolacyjne (nieprzewodność elektryczna), duża twardość (odporność na ścieranie, ognioodporność).

Jej wadami są mała wytrzymałość na rozciąganie i zginanie, podatność na uderzenia, kruchość oraz niska odporność na szoki mechaniczne i termiczne. Kruchość utrudnia obróbkę mechaniczną wyrobów i łączenie materiałów ceramicznych ze sobą lub innymi materiałami. Ceramika porowata wykazuje się wysoką wytrzymałością 25-1000 MPa, na równi z wytrzymałością stali, stopów, kamienia stałego. Ceramika inżynierska jest jednym z najtwardszych materiałów inżynierskich po diamencie.

Znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki: budownictwie, hutnictwie, elektronice, transporcie (samochody, samoloty), przemyśle kosmicznym. Powszechne są również ceramiczne elementy wyposażenia domu. W kuchni takie jak: naczynia, niewielkie pojemniki i inne akcesoria. W łazience armatura. Znane są także wyroby dekoracyjne z ceramiki. Wyroby ceramiczne bardzo często stosowane są w miejscach narażonych na działanie czynników atmosferycznych, agresywnych substancji, szczególnie wysokich temperatur. Dlatego ze względu na jej właściwości wykonuje się z niej materiały ogniotrwałe takie jak: osłony typu OSC, włókno cięte luzem, taśmy, maty ceramiczne, papier ceramiczny, ceramikę techniczną, elementy kotwiące, betony, cegły izolacyjne, płyty, moduły ceramiczne stosowane między innymi na niewielkie piece grzewcze, masy, kleje i powłoki, rękawice ochronne, w akwarystyce stosuje się ceramiczne kształtki do filtracji biologicznej, kul ceramicznych używa się do uzdatniania wody lub w procesie mielenia, także jako materiał ścierający lub do ochrony korozyjnej materiałów.

Ceramikę wykorzystuje się także do produkcji filtrów chemicznych, głównie wyrabia się filtry piankowe. Wyrabia się również farby o różnych właściwościach.

Ceramiczne elementy piezoelektryczne wykorzystywane są jako napędy warstwowe np. przy budowie wtrysków paliwa, na czujki ciśnieniowe, generatory ultradźwięków.

Ceramika ma także szerokie zastosowania w medycynie. Z ceramiki tworzy się takie elementy jak główkę protezy stawu biodrowego lub panewki stawu (ze względu na dużą tolerancję biologiczną), stawy kolanowe, protezy zębowe (ze względu na ich obojętność chemiczną i estetykę). Możliwe jest wykorzystanie materiałów bioaktywnych w przypadku częściowych ubytków tkanki kostnej, które stymuluję przebudowę, a nawet odbudowę tkanki kostnej.

Kamionka ze względu na swoją dużą wytrzymałość, odporność na działanie kwasów i nieprzepuszczalność służy do budowy kanalizacji i naczyń, płytek posadzkowych i ściennych, armatury kwasoodpornej.

Fajans i porcelana służą głównie do wyrobu naczyń, ale także sprzęt laboratoryjny o dużej wytrzymałości mechanicznej, wysokiej odporności na działanie czynników chemicznych i nieprzepuszczalności.

Zobacz też

• ceramika architektoniczna
• ceramika artystyczna
• ceramika sanitarna
• ceramiczne warstwy antybalistyczne
• majolika
• płytki ceramiczne
• surowce ceramiczne
• archeologia

Literatura

• Wojciech Kucharczyk, Andrzej Mazurkiewicz, Wojciech Żurowski, Nowoczesne materiały konstrukcyjne – wybrane zagadnienia, Politechnika Radomska, Radom 2008.