Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое керамика, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое керамика , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов.
Под керамикой понимают большую группу диэлектриков с разнообразными свойствами, объединенных общностью технологического цикла.
Кера́мика (др.-греч. κέραμος — глина) — материалы, изготавливаемые из глин или их смесей с минеральными добавками (а иногда из других неорганических соединений) под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением; а также изделия из таких материалов .
В узком смысле слово « керамика » обозначает глину, прошедшую обжиг.
Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей ее с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как материал в промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), строительстве, искусстве, широко используется в медицине, науке. В XX столетии были созданы новые керамические материалы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.
Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой .
Слово «керамика» произошло от греческого «керамос», что значит «горшечная глина». Раньше все материалы, содержащие глину, называли керамическими. В настоящее время под словом «керамика» понимают не только глиносодержащие, но и другие неорганические материалы, обладающие сходными свойствами. При изготовлении из них изделий требуется высокотемпературный обжиг.
Для современной электротехники важное значение имеют керамические диэлектрики, которым присущи многие положительные свойства: высокая нагревостойкость, отсутствие у большинства материалов гигроскопичности, хорошие электрические характеристики при достаточной механической прочности, стабильность характеристик и надежность, стойкость к воздействию излучения высокой энергии, развитию плесени и поражению насекомыми. Сырье для производства основных радиокерамических изделий доступно и дешево
В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики — фарфор, полуфарфор, глино-каменные массы, шамот, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики — гончарная керамика.
Кроме того, различают керамику карбидную (карбид вольфрама, карбид кремния), алюмооксидную, циркониевую (на основе ZrO2), нитридную (на основе AlN) и пр.
Фарфор имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырье для фарфора — каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.
Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 — 12 %. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырье для производства фаянса — беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.
Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 — 5 %, используется в производстве посуды.
Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литье. Сырье — беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.
Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками — ангобами.
Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком искусственным материалом. Считалось, что возникновение керамики напрямую связано с переходом человека к оседлому образу жизни, поэтому оно произошло намного позднее, чем корзины. Еще недавно первые известные нам образцы керамики относились к эпохе верхнего палеолита (граветтская культура) . Древнейший предмет из обожженной глины датируется 29—25 тысячелетиями до нашей эры. Это вестоницкая Венера, хранящаяся в Моравском музее в Брно .
Найденные в 1993 году горшки из пещеры Сяньжэньдон (англ.) в провинции Цзянси на юго-востоке КНР были слеплены 20—19 тыс. лет назад . Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Черепки от остроконечного сосуда, найденные в пещере Юйчаньянь (англ.) в провинции Хунань на юго-востоке Китая, датируются возрастом 18,3—17,5 тыс. лет назад . Керамика на реке Громатухе (приток Зеи) в Амурской области появилась ок. 15,5 тыс. лет назад .
В мезолитических культурах керамика используется нерегулярно и, как правило, на позднем этапе; наиболее совершенные образцы мезолитической керамики известны в культуре дземон на территории Японии. В неолите керамика становится неотъемлемым атрибутом практически всех археологических культур (исключение — период древнейших аграрных сообществ докерамического неолита на ближнем Востоке, когда переход к оседлому образу жизни произошел раньше многих других технологических инноваций).
Петер Джордан (Гронинген, Нидерланды) считает, что керамика распространялась из двух центров инноваций: Восточной Азии (около 16000 лет до настоящего времени) и Северной Африки (около 12000 лет до настоящего времени) .
Древнейшая керамическая посуда (12 тыс. л. н.) в России обнаружена в Забайкалье (на археологических памятниках усть-каренгской культуры[10]) и на Дальнем Востоке (громатухинская, осиповская, селемджинская[11] культуры; см. Сибирский неолит). Нижние слои поселения Ракушечный Яр в Ростовской области датируются второй половиной 7 тыс. до нашей эры[12]. Елшанская культура в Среднем Поволжье датируется 7 тыс. до н. э.
Керамика с толстым слоем растительного воска и жирного осадка с ливийских местонахождений в Сахаре Юан Афуда (Uan Afuda) и Такартори (Takarkori) датируется периодом 8200—6400 лет до н. э.[13]
Первоначально керамика формовалась вручную. Изобретение гончарного круга в третьем тысячелетии до нашей эры (поздний энеолит — ранний бронзовый век) позволило значительно ускорить и упростить процесс формовки изделия. В доколумбовых культурах Америки индейская керамика изготавливалась без гончарного круга вплоть до прихода европейцев.
Отдельные виды керамики формировались постепенно по мере совершенствования производственных процессов, в зависимости от свойств сырья и получаемых условий обработки.
Древнейшие виды керамики — это разнообразные сосуды, а также пряслица, ткацкие грузики и другие предметы. Эта бытовая керамика разными способами облагораживалась — наносился рельеф штамповкой, прочерчиванием, налепными элементами. Сосуды получали разную окраску в зависимости от способа обжига. Их могли лощить, окрашивать или разрисовывать орнаментом, покрывать ангобом, глянцеватым слоем (греческая керамика и римские Terra sigillata[14]), цветной глазурью («Гафнеркерамика» Ренессанса).
К концу XVI века в Европе появилась майолика (в зависимости от происхождения, также часто называется фаянсом). Обладая пористым черепком из содержащей железо и известь, но при этом белой фаянсовой массы, она была покрыта двумя глазурями: непрозрачной, с высоким содержанием олова, и прозрачной блестящей свинцовой глазурью.
Декор писали на майолике по сырой глазури, прежде чем обжечь изделие при температуре порядка 1000 °C. Краски для росписи брались того же химического состава, что и глазурь, однако их существенной частью были окислы металлов, которые выдерживали большую температуру (так называемые огнеупорные краски — синяя, зеленая, желтая и фиолетовая). Начиная с XVIII века стали применять так называемые муфельные краски, которые наносились на уже обожженную глазурь. Они используются и для росписи фарфора.
В XVI веке в Германии распространилось производство каменной керамической посуды. Белый (например, в Зигбурге) или окрашенный (например, в Ререне), весьма плотный черепок состоял из глины, смешанной с полевым шпатом и другими веществами. После обжига при температуре 1200—1280 °C каменная керамика становилась твердой и практически не пористой. В Голландии производили красную каменную керамику по образцу Китайской керамики, и ту же особенность обнаруживает керамика Беттгера.
Каменная керамика также изготовлялась Веджвудом[15][16] в Англии. Тонкий фаянс как особый сорт керамики с белым пористым черепком, покрытым белой же глазурью, появился в Англии в первой половине XVIII века. Фаянс в зависимости от крепости черепка делится на мягкий тонкий фаянс с высоким содержанием извести, средний — с более низким ее содержанием и твердый — совсем без извести. Этот последний по составу и крепости черепка часто напоминает каменную керамику или фарфор.
Отис Тафтон Мейсон описал техники плетения корзин американскими индейцами[17], а также показал способ использования корзины, как основы для изготовления дна кувшина[18].
Заметной отраслью древнерусского городского гончарства было изготовление поливной посуды. Образцы ее находят обычно при раскопках городов, ее почти нет в сельских поселениях и совсем мало в составе курганных инвентарей. Поливная керамика древнерусского производства конца X—XI в. сосредоточена преимущественно в южнорусских городах — Киеве, Чернигове, Вышгороде. Любече, то есть в древнейших центрах древнерусского государства. В Древней Руси применяли большей частью двухъярусные (нижний, топочный ярус зарывали в землю) гончарные горны, но были и одноярусные.
При раскопках М. К. Каргера в усадьбе София Киевской вместе с обычной круговой керамикой XI в. были найдены обломки поливных блюд из белой глины, похожие на византийские блюда со штампованным орнаментом, но вполне своеобразные: характерный «рельсовидный» венчик византийских блюд (IХ-ХI) заменен горизонтально отогнутым венчиком; блюда покрыты пятнами зеленой поливы — это подражание византийским образцам. Русское происхождение этих блюд не вызывает сомнений: они сделаны из местного сырья. Однако подражание византийской керамике свойственно только первым мастерам поливного дела на Руси. Основная масса белоглиняной посуды по форме аналогична обычной круговой керамике древнерусских городов: это кувшины и горшки разных форм.
Фрагменты белоглиняных поливных кувшинов были найдены в слоях XI в. в Киеве при раскопках близ Софийского собора, не территории Киево-Печерской лавры, в Любече, в Чернигове, в Вышгороде. Городске. У них было шаровидно-вытянутое тулово, отделенное от горла на-лепным валиком (Макарова Т. Н., 1967. Табл. XIII).
Поливные горшки повторяют простую посуду того времени. Обычно это небольшие горшочки с прямым или слегка отогнутым венчиком. Особенностью бело-глиняной керамики является плотная непрозрачная полива, яркозеленая, реже — желтая. Такая посуда найдена в небольшом количестве в Вышгороде, Чернигове, Городске, В с. Волосском Днепропетровской области там же.
Белоглиняная поливная керамика все же сравнительно малочисленна. С ХII в. во многих городах Руси стали изготовлять поливную посуду из местных светложгущихся глин, дающих после обжига черепок серого цвета. Где такой глины не было, использовали красножгущуюся глину. Перед нанесением поливы сосуд покрывали ангобом — слоем глины более светлой, чем основная.
Есть поливная посуда и в Новгороде. Ее отличает пятнистость поливы, зеленой с желтыми или коричневыми пятнами. Это в основном горшки, близкие по форме новгородской посуде ХII-ХIII вв. Самые ранние из них встречаются и слоях ХI-ХII вв., керамика все с той же пятнистой полиаой продолжала бытовать и в ХIV-ХVII вв.: это горшки, водолеи, игрушки. Не был утрачен в Новгороде и способ получения поливы с металлическим блеском; помимо писанок (Макарова Т. И., 1966. С, 141—145), здесь в ХII-ХIII вв. производили плитки с надглазурной росписью белгородского типа, от которых они отличаются синеватым или красноватым оттенком фона и металлическим блеском поливы.
Представление о поливной керамике северных областей Руси дают находки в Белоозере. Наряду с привозной керамикой из Киева здесь найдены вполне своеобразные тонкостенные сосуды с жидкой пятнистой зеленой поливой, писанки, погремушки, костяшки от счетов (Голубева Л. А. 1973. С. 167—169. Рис. 60, 2, 3).
По находкам в Новгороде ясно, что традиции поливного дела после ХIII в. утрачены не были. Подтверждается это и материалами из Москвы и Подмосковья. В московских слоях домонгольского времени встречаются отдельные обломки поливной керамики из серой глины… Вероятно, производство поливной керамики в Москве было достаточно развито уже в середине XIV в. Роль киевских традиций в нем несомненна (Авдусина Т. Д., Владимирская Я. С., Панова Т. Д. 1984. С. 48-50).
Монголо-татарское нашествие повлияло на развитие древнерусской культуры. История керамики разделилась на общеевропейкую в Великом княжестве Литовском, Руськом Жемойтском и иных и в Московии, сместившись из южных регионов в северные и западные пограничные города. В московских землях изразцовое искусство Древней Руси было уничтожено, погибли множество произведений русских гончаров IX—XII веков. Например, исчезли двуручные корчаги-амфоры, вертикальные светильники, искусство перегородчатой эмали, глазурь (самая простая — желтая, уцелела только в Новгороде), более простым стал орнамент.
В XIII—XIV столетиях в Пскове получила распространение муравленная черепица, применяемая для крыш православных храмов. Она, вероятно, породила простые облицовочные плитки, а затем изразцы с узором и румпой для крепления в кладке стен.
На территории Псково-Печерского Свято-Успенского монастыря сохранились уникальные памятники глазированной керамики — более ста древних надгробных монашеских плит (керамид), вмурованных в стены подземных галерей. Достигающие в среднем высоты 45-60 см и имеющие ширину 30-40 см, они выполнены из обожженной глины с темно-зеленой поливой. Количество и высокое художественное качество изделий свидетельствует о том, что в монастыре издревле процветало керамическое производство. Керамиды впервые на Руси начали изготавливать именно на Псковщине в XVI веке. В монастыре была специальная гончарная мастерская.
Псковские гончарные изделия, такие как посуда, узнаваемы по своим формам. Искусство псковских мастеров ярко проявилось в изготовлении декоративной керамики.[19]
Отдельное направление русской, а затем и современной российской керамики, составляет гжель (по имени города). Эти изделия исполняются в бело-синем стиле.
Исходные керамические материалы непрозрачны из-за особенностей их структуры. Однако спекание частиц нанометровых размеров позволило создать прозрачные керамические материалы, обладающие свойствами (диапазоном рабочих длин волн излучения, дисперсией, показателем преломления), лежащими за пределами стандартного диапазона значений для оптических стекол.
Нанокерамика — керамический наноструктурный материал (англ. nanoceramics) — компактный материал на основе оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других неорганических соединений, состоящий из кристаллитов (зерен) со средним размером до 100 нм[20]. Нанокерамика применяется для производства бронекерамики[21], генераторных ламп СВЧ-диапазона, подложки для полупроводниковых приборов, изоляторов для вакуумных дугогасительных камер, силовых полупроводниковых приборов и электроннооптических преобразователей в приборах ночного видения[22].
Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие основные фазы:
Сырье для керамических масс подразделяется на пластичное (глины и каолины) и непластичное. Добавки шамота и кварца уменьшают усадку изделий и вероятность растрескивания на стадии формования. В качестве стеклообразователей используют свинцовый сурик, буру.
Приготовление шликера осуществляется в три фазы:
Транспортировка из сырьевого склада производится при помощи погрузчика в приемные бункера. Откуда по конвейеру отправляется либо в шаровую мельницу (для помола), либо в турборастворители (для роспуска глины и каолина)
Глазури — глянцевидные сплавы, расплавляющиеся на керамическом черепке слоем толщиной 0,12 — 0,40 мм. Глазурь наносится, чтобы покрыть черепок изделия плотным и гладким слоем, а также для придания изделию с плотным черепком повышенной прочности и привлекательного внешнего вида, для гарантии диэлектрических свойств и защиты декора от механических и химических воздействий.
В состав глазури входит тонко измельченный циркон, мел, белила. В одну из определяемых технологом емкостей загружается готовая глазурь. Ее пропускают несколько раз через вибросита и магнитноуловители для извлечения металлических примесей, наличие которых в глазури может повлечь за собой образование дефектов в ходе производства. В состав добавляется клей, и глазурь отправляется на линию.
Перед формовкой шликер загружается в одну из емкостей. Три емкости используются поочередно (меняясь примерно раз в сутки) для определенного стенда. Форму предварительно очищают от остатков шликера после предыдущей формовки, обрабатывают шликерной водой и просушивают.
Шликер заливают в просушенные формы. Формы рассчитаны на 80 заливок. При формовании используется наливной способ. Форма впитывает в себя часть воды, и объем шликера уменьшается. В форму доливают шликер для поддержания требуемого объема.
После затвердевания изделия просушиваются, производится первичная отбраковка изделий (трещины, деформации).
После формования изделия поступают в цех ручной обработки.
После нанесения глазури изделие отправляется на обжиг в печь. Печь укомплектована модулем предварительной сушки, камерами обеспыливания и обдува. Термическая обработка ведется при температуре 1230 градусов, длина печи составляет порядка 89 метров. Цикл от погрузки до разгрузки вагонетки составляет около полутора суток. Обжиг изделий в печи проходит в продолжение суток.
После обжига проводят сортировку: разделение на группы подобных изделий, выявление дефектов. Если дефекты устранимы, то они отправляются на доработку и удаляются вручную на участке реставрации. В противном случае изделие считается бракованным.
Данная статья про керамика подтверждают значимость применения современных методик для изучения данных проблем. Надеюсь, что теперь ты понял что такое керамика и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Материаловедение и материалы электронных аппаратов
Комментарии
Оставить комментарий
Материаловедение и материалы электронных аппаратов
Термины: Материаловедение и материалы электронных аппаратов