30 mar Ceramika techniczna – kompedium wiedzy. Część 1

 
Pierwsza część czteroczęściowego artykułu technicznego o ceramice technicznej. Zapraszamy do lektury!

Poprawa efektywności systemów technologicznych dzięki kombinacji specyficznych właściwości ceramiki technicznej.

1. WSTĘP

Wraz z rozwojem koncepcji technologicznych rosną wymagania stawiane częściom maszyn, urządzeniom specjalnego użytku czy seryjnie produkowanym wyrobom. Bardzo często poszukiwane są ściśle określone profile właściwości tych elementów, które niejednokrotnie nie są wstanie być spełnione przy użyciu konwencjonalnych materiałów. Gdy zostaje wyczerpany potencjał optymalizacji konstrukcji i budowy, a materiały takie jak plastik czy metal osiągają limity swoich możliwości, potrzebna jest alternatywa.

Zaawansowana ceramika techniczna wykazuje szczególne profile własności, które często silnie wpływają na ogólny projekt i dlatego jej użycie może w efekcie prowadzić do zupełnie nowych rozwiązań koncepcyjnych. W wielu przypadkach elementy ceramiczne stosowane w pompach, procesach mechanicznych i cieplnych lub w technice pomiarowej, pozwalają w znacznym stopniu podnieść wydajność całych systemów. Wyjątkowe właściwości materiałów ceramicznych umożliwiają wzrost zarówno precyzji kontroli procesów jak i poprawę ogólnej żywotności urządzeń technicznych. Dlatego ceramika techniczna może być istotnym kluczem do dalszej poprawy efektywności ekonomicznej i trwałości produktów oraz procesów, przyczyniając się tym samym do zrównoważonego rozwoju technologii.

2. CERAMIKA TECHNICZNA

Stosowane materiały z ceramiki technicznej można zasadniczo podzielić na następujące grupy:

• ceramika krzemianowa
• ceramika tlenkowa
• ceramika beztlenowa.

Ceramika krzemianowa zaliczana jest do najstarszych form ceramiki. Do surowców naturalnych takich jak glina dodawane są domieszki by uzyskać konkretne zmiany w własnościach materiału. Naturalne pochodzenie tłumaczy niski poziom cenowy tej grupy materiałów, w skład której można zaliczyć porcelanę, kamionkę, fajans, steatyt, kordieryt i mulit.
Niniejszy dokument nie analizuje szczegółowo tej grupy materiałów, pomimo że historyczny rozwój samej fabryki FRIATEC AG w Mannheim w dużym stopniu oparty jest właśnie na kamionce. Przez wiele dziesięcioleci ten materiał ceramiczny produkowany był dla zakładów chemicznych i wykorzystywany w systemach kanalizacyjnych.

W przeciwieństwie do ceramiki krzemianowej, ceramika tlenkowa to głównie materiały o strukturze jednofazowej (> 90%). Produkcję elementów o tak silnej mikrostrukturze umożliwia zastosowanie syntetycznych proszków oraz bardzo wysokich temperatur spiekania. W tym wypadku przygotowanie proszku, obróbka i wykorzystanie energii są zwielokrotnione w porównaniu z ceramiką krzemianową co niewątpliwie wpływa na całkowite koszty produkcji. Głównymi przedstawicielami tej grupy materiałów są: tlenek glinu, tlenek cyrkonu, tlenek magnezu oraz tlenek tytanu.
Ceramika beztlenowa, podobnie jak ceramika tlenkowa, produkowana jest z syntetycznych proszków jako materiał jednofazowy. Są to materiały bardzo drogie ponieważ ich produkcja wymaga znacznych nakładów i wysiłku. Główne materiały w tej grupie to węglik krzemu, azotek krzemu, azotek glinu, jak również węglik boru i azotek boru.

Dokument ten skupia się na ceramice tlenkowej, gdzie najważniejszymi przedstawicielami są tlenek glinu (Al2O3) oraz tlenek cyrkonu (ZrO2).

Kolejna część już w przyszłym tygodniu.