Wybrane przykłady zastosowania materiałów ceramicznych

Wybrane przykłady zastosowania
materiałów ceramicznych
Prof. dr hab. Krzysztof Szamałek
Sekretarz naukowy ICiMB
Projekt współfinansowany
z Europejskiego Funduszu Społecznego
i Budżetu Państwa
Rozwój wykorzystania materiałów
ceramicznych
• Wypalona glina – wyroby z okresu mezolitu
• Użytkowe i ozdobne wyroby ceramiczne –
okres neolitu, 10 tys. lat temu
• Porcelana – Chiny – 1200 lat temu
• Spieczone gliny ze szkliwem bogatym w SnO2
(majolika, fajans) – Persja 700 lat temu
• Porcelana w Europie – 1709 Bottger Miśnia
• Ceramika Wedgwood – Anglia XVIII w.
Rozwój wykorzystania materiałów
ceramicznych
• Wypalona glina – wyroby z okresu mezolitu
• Użytkowe i ozdobne wyroby ceramiczne –
okres neolitu, 10 tys. lat temu
• Porcelana – Chiny – 1200 lat temu
• Spieczone gliny ze szkliwem bogatym w SnO2
(majolika, fajans) – Persja 700 lat temu
• Porcelana w Europie – 1709 Bottger Miśnia
• Ceramika Wedgwood – Anglia XVIII w.
Materiały ceramiczne
• Materiały zaawansowane (w tym ceramika techniczna); duża
grupa tworzyw o zróżnicowanym składzie chemicznym i
specyficznych właściwościach.
• Materiały ogniotrwałe – wysoka odporność tworzywa na
działanie T i chemicznie agresywnego środowiska (elementy
konstrukcyjne i izolacyjne).
• Ceramika sanitarna
• Płytki ceramiczne
• Ceramika szlachetna
• Szkło (płaskie, opakowania szklane, szkło specjalne)
Rozwinięte w końcowych dekadach XX wieku materiały
ceramiczne drugiej generacji otrzymuje się głównie z
syntetycznych surowców o wysokiej czystości co uwypukla
unikalne własności substancji nieorganiczno-niemetalicznych
(ceramicznych).
Te zaawansowane materiały ceramiczne wytwarza się w różnej
postaci (lite kształtki, cienkie warstwy, włókna)
przy pomocy szerokiej gamy makro-, mikrotechnologii i
nanotechnologii.
zastosowania nowoczesnych tworzyw ceramicznych (ceramik):
-Ceramika oparta na złożonych tlenkach (tlenki o
strukturze perowskitu, takie jak tytanian baru BaTiO3,
PZT (tytanian-cyrkonian ołowiu [Pb(ZryTi1-y)O3] oraz
PZLT tytanian ołowiowo-lantanowy (PbLa)(Zr Ti)03., który
otrzymuje się z PZT wbudowując do jego struktury atomy
lantanu (La). Także ferryt bizmutu, BiFeO3, czy niobiany
Wg R.Pampuch
[LiNbO3, (Na,K)NbO3]
-elektrolity stałe - roztwory stałe dwu- lub trójwartościowych
kationów, takich jak Ca i Y, w ZrO2 (ZrO2:Ca i ZrO2:Y). Ogniwa
paliwowe
-Ceramiczne nadprzewodniki wysokotemperaturowe – (tlenki
itrowo-barowo-miedziowe, YBa2Cu3O7-y. tlenek
barowoołowiowo-strontowo-wapniowo-miedziowy
[(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3O10] czy tlenek rtęciowo-barowowapniowo-miedziowy. Praktyczne wykorzystanie ceramicznych
nadprzewodników wysokotemperaturowych w zakresie
przesyłu energii elektrycznej.
-Półprzewodniki ceramiczne - fosfoarsenek galu (GaAs1-yPy),
fosforek galu (GaP) , azotek galu (GaN), praktyczne
zastosowanie przede wszystkim w zakresie wykorzystania
absorpcji i emisji światła, luminescencja (arsenek galu GaAs
emituje światło czerwone, fosforek galu (GaP) - światło
zielone, zaś domieszkowany indem azotek galu, GaN:In - światło
niebieskie) – diody, lasery.
-Ceramika węglikowa i azotkowa –
węglik krzemu (SiC), azotek krzemu
(Si3N4) i sialony (materiały oparte o skład pierwiastkowy Si-Al-O-N).
Materiały o wysokiej twardości i wytrzymałości mechanicznej oraz
Trwałości termicznej. Węglik tytanowokrzemowy Ti3SiC2, wykazuje
zarówno własności typowe dla materiałów metalicznych, jak i dla
materiałów ceramicznych.
Ceramika węglikowa i azotkowa
Wg R.Pampuch
- Ceramiczne materiały porowate
Wg R.Pampuch
-Kompozyty ceramiczne
Wg R.Pampuch
-Dewitryfikacja szkła i włókna optyczne -przełomowe innowacje w zakresie
wykorzystania szkła : ceramizacja szkła oraz wytwarzanie ze szkła włókien
optycznych jako światłowodów.
Ceramizacja szkła polega na uformowaniu najpierw ze szkła odpowiednich kształtek, które
są następnie przekształcane – przez częściową krystalizację szkła - w dewitryfikaty, w których
drobnokrystaliczne ziarna są spajane przez nie wykrystalizowane pozostałe części szkła.
Dzięki tej budowie własności dewitryfikatów są zbliżone do ceramiki: mają większą od szkła
wytrzymałość mechaniczną, wytrzymałość na przebicie i odporność na gwałtowne
zmiany temperatury. (kopułki osłon anten radiolokacyjnych samolotów) w gospodarstwie
domowym (płytki kuchenne, naczynia do gotowania i pieczenia, talerze, filiżanki).
Wg R.Pampuch
Inżynieria materiałowa zwłaszcza w zakresie tworzyw
ceramicznych odmieni oblicze cywilizacji technicznej
XXI wieku .
Będziemy świadkami przemian i osiągnięć jakich
dotychczas świat nie widział.
Otworzą się nowe perspektywy wytwarzania
i zastosowania materiałów.
To otworzy przed nami Kosmos.
Dzisiejsi studenci to jutrzejsi żeglarze kosmiczni
i pierwsi osadnicy….