Керамика. Область применения⁠⁠

Керамика - это один из самых древних материалов, который человек освоил еще ~25 тыс. лет до н.э. Подтверждением этого факта является обнаружение в 1925г в Дольни-Вестонице в Моравии (территория современной Чехии) "Вестоницкой Венеры". Эта находка датируется между 29 000 и 25 000 гг. до н.э.

Слово "керамика" происходит от др.-греч. «гончарный», далее из «глина; глиняные изделия», далее из праиндоевр. kera - «гореть, жечь»

В современном мире область применения данного материала охватывает почти все сферы нашей жизни, и очень сложно представить себе комфортабельную жизнь без этого продукта:

1. Тяжелая и легкая промышленность:

1.1 Нефтегазовая промышленность. Наиболее изнашиваемой деталью технологического комплекса оборудования по добыче нефти и газа являются штуцерные втулки из корунда (очень твердый минерал, уступающий по твердости лишь алмазу). Кстати, сапфир и рубин являются разновидностью прозрачного корунда.

1.2 Текстильное машиностроение. Основной изнашеваемой деталью текстильных машин являются нитепроводы. Материал нитепроводов может быть различный: от фарфора, стекла и пластмасс до конструкционной корундовой керамики.

1.3 Сельскохозяйственное машиностроение. Керамические сопла распылителей ядохимикатов в разы привышают по ресурсу безотказной работы металлические и полимерные аналоги.

1.4 Станкостроение. Конструкционная керамика для производства высококачественного измерительного инструмента (концевые меры). Точность таких керамических инструментов составляет доли микрометра, а по ресурсу работы они превосходят чугунные/стальные аналоги в 30 раз. Керамические подшипники (керамика в 2 раза легче стали, что является ее значительным преимуществом). За счет низкой плотности керамики использование таких подшипников вместо стальных снижает материалоемкость узла трения до 60%. По ресурсу безотказности керамические подшипники превосходят стальные в 100 раз.

1.5 Химическая промышленность. Тут используется регулирующая и запорная арматура с рабочими элементами из конструкционной керамики (шаровые краны, поворотные заслонки, игольчатые клапаны и т.д.)

1.6 Целлюлозно-бумажная промышленность. Более 20% мировой продукции бумаги выпускается на машинах с обезвоживающими и формующими элементами из корундовой керамики. Срок службы их составляет 10 лет, что значительно превышает долговечность металлических аналогов.

1.7 Атомное машиностроение. В конструкции топливных элементов и в несущих конструкциях атомных реакторов используют корундовую керамику. В качестве экранов защиты от потока тепловых нейтронов применяют оксидную керамику на основе оксидов урана, тория, бериллия, гафния и магния.

1.8 Авиационно-космическая отрасль. При изготовлениии силовых элементов корпусов ракет и элементов конструкции ракетных двигателей используют керамику на основе карбида кремния.

2. Строительство. Керамогранитная и керамическая плитка для облицовки пола и стен, а также для внешней облицовки зданий. Кирпич - тут думаю комментарии излишне. Скажу лишь, что это один из самый древних искусственных материалов, совершивший прорыв в строительстве. ~3 тыс. лет до н.э. его начали применять для строительства в Египте. Черепица - широкое распространение получила в западноевропейских странах. Керамические изоляторы для ЛЭП.

3. Искусство. Древнегреческие вазы, китайский костяной фарфор, израсцы - яркий пример это португальские завораживающие плиточки азулежу и т.д.

4. Медицина.

4.1 Стоматология. Самый страшный кошмар Вашего детства (а возможно и взрослой жизни) - поход к стоматологу... Только если в детстве боялись  боли, то взрослая жизнь пугает высокой стоимостью протезирования. Стоматологические импланты и протезы производятся из керамических масс, которые по составу представляют собой оксид кремния (кварц) и силикатный минерал — полевой шпат, — состоящий из силикоалюмината калия и алюмосиликата натрия. Для повышения прочности добавляются оксиды магния, алюминия и циркония. Для придания пластичности и придания определенного оттенка добавляют оксид меди, титана, марганца, железа и кобальта.

4.2 Реконструктивно-восстановительная хирургия. Биосовместимая керамика - у человека есть дефект костных тканей, в него помещают кальций-фосфатную керамику, которая является строительным материалом. Проще говоря, биосовместимый материал остеоинтегрируется (срастается) с окружающими тканями, ускоряет естественную регенерацию и постепенно биодеградирует (растворяется) без следа, с образованием собственной ткани пациента. Используемый материал не должен быть токсичным, вызывать отмирание окружающих тканей, должен иметь нейтральное значение рН и растворяться с образованием новой ткани.

5. Наука (в том числе оборонно-промышленный комплекс)

5.1 Прозрачные керамические материалы. Материалы, прозрачные для электромагнитных волн, получаемые на базе нанопорошковых керамических материалов. Имеют кубическую симметрию расположения атомов, наноразмерные межкристаллитные границы. Компания CASIO создала первый объектив с применением оптически прозрачных керамических линз LUMICERA производства компании Murata Manufacturing Co., Ltd в фотоаппарате Casio Exilim EX-Z100

5.2 Полупроводники. Уверен, что 99.9% из Вас пользуются современными телефоном, машиной, телевизором, различной бытовой техникой, где используются полупроводники (микропроцессоры). Отличная теплопроводность и надежность керамики позволяет производить превосходные корпуса для светодиодов, используемых в различных отраслях: от освещения жилых домов до автомобильных фар.

5.3 Нанокерамика. Керамический наноструктурный материал — компактный материал на основе оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других неорганических соединений, состоящий из кристаллитов (зерен) со средним размером до 100 нм. Примером использования являются керамические изоляторы - изоляторы для вакуумных дугогасительных камер.

Они предназначены в качестве изоляционного материала для вакуумных дугогасительных камер, которые предназначены для комплектации вакуумных коммутационных аппаратов.

Также используется для производства изоляторов электронно-оптических преобразователей. Они в свою очередь используются в качестве электроизоляционного материала для приборов ночного видения, потребляемые рынком военной продукции. Главным элементом прибора ночного видения является электронно-оптический преобразователь (ЭОП), который усиливает свет и вдобавок превращает инфракрасный свет в видимый.

5.4 Оборонно-промышленный комплекс. Военные машины традиционно изготавливались из тяжелой, дорогостоящей, но высокопрочной броневой стали. Современные керамические композиционные материалы все чаще применяются в качестве не несущей защиты боевых машин. Основными преимуществами таких материалов являются значительно меньшая стоимость, улучшенная защита и снижение массы более чем в два раза. Благодаря своей способности выдерживать очень высокие температуры, существенно большей, чем у металлов твердости, высочайшей удельной прочности и удельной жесткости, керамика широко используется для изготовления облицовки двигателей, компонентов ракет, режущих кромок инструментов, специальной прозрачной и непрозрачной защиты, что, безусловно, является одними из приоритетных направлений развития систем военного назначения.

6. Бытовое применение. Ни один современный человек не может представить себе свою каждодневную жизнь без санитарно-технических изделий, т.е. унитазы, умывальники, бачки для слива, биде и писуары. Так же все мы пользуемся посудой, которая в 90% случаев тоже будет обожженой глиной. Кружки/тарелки или никому не нужный семейный сервиз, который пылиться у Вас в серванте и был подарен родителями жены/мужа на вашу свадьбу/годовщину/юбилей.

Естественно это лишь основные сферы применения, но этим постом я хотел показать насколько многогранно применения простой с виду "глины" и как за многие тысячелетия из простых тарелок человечество "эволюционировало" до нанокерамики. Спасибо, что дочитали до конца!

П.С. Вся информация взята из различных источников в интернете и лишь собрана воедино.