Керамический состав и свойства | Британика

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Прочтите краткий обзор этой темы

керамический состав и свойства, атомная и молекулярная природа керамических материалов и их результирующие характеристики и производительность в промышленных применениях.

Под промышленной керамикой обычно понимают все промышленно используемые материалы, которые представляют собой неорганические, неметаллические твердые вещества. Обычно это оксиды металлов (т. е. соединения металлических элементов и кислорода), но многие виды керамики (особенно передовая керамика) представляют собой соединения металлических элементов и углерода, азота или серы. По атомному строению они чаще всего кристаллические, хотя могут содержать и сочетание стекловидной и кристаллической фаз. Эти структуры и химические ингредиенты, хотя и различные, приводят к общепризнанным керамическим свойствам длительного использования, включая следующие: механическая прочность, несмотря на хрупкость; химическая стойкость к разрушающему воздействию кислорода, воды, кислот, оснований, солей и органических растворителей; твердость, способствующая сопротивлению износу; тепло- и электропроводность значительно ниже, чем у металлов; и возможность получения декоративной отделки.

В данной статье описывается связь между свойствами керамики и их химической и структурной природой. Однако прежде чем приступить к такому описанию, следует отметить, что существуют исключения из нескольких определяющих характеристик, изложенных выше. Например, по химическому составу алмаз и графит, которые представляют собой две разные формы углерода, считаются керамикой, даже если они не состоят из неорганических соединений. Есть также исключения из стереотипных свойств, приписываемых керамике. Возвращаясь к примеру с алмазом, этот материал, хотя и считается керамическим, имеет более высокую теплопроводность, чем у меди — свойство, которое ювелир использует, чтобы отличить настоящий алмаз от имитаторов, таких как кубический цирконий (монокристаллическая форма). диоксид циркония). Действительно, многие керамические материалы обладают хорошей электропроводностью. Например, поликристаллический (многозернистый) вариант диоксида циркония используется в качестве датчика кислорода в автомобильных двигателях благодаря его ионной проводимости. Кроме того, было показано, что керамика на основе оксида меди обладает сверхпроводящими свойствами. Даже известная хрупкость керамики имеет свои исключения. Например, некоторые композитные керамические материалы, которые содержат усы, волокна или частицы, препятствующие распространению трещин, демонстрируют устойчивость к дефектам и ударную вязкость, соперничающие с металлами.

Читайте также:
Набор инструментов арендодателя для базового обслуживания и ремонта |

Тем не менее, несмотря на такие исключения, керамика в целом проявляет такие свойства, как твердость, тугоплавкость (высокая температура плавления), низкая электропроводность и хрупкость. Эти свойства тесно связаны с определенными типами химической связи и кристаллическими структурами материала. Химическая связь и кристаллическая структура рассматриваются по очереди ниже.

Химические связи

Рисунок 1: Три распространенные металлические кристаллические структуры.

В основе многих свойств керамики лежат прочные первичные связи, которые удерживают атомы вместе и формируют керамический материал. Эти химические связи бывают двух типов: они либо ионного характера, включающего перенос связывающих электронов от электроположительных атомов (катионов) к электроотрицательным атомам (анионам), либо ковалентного характера, включающего совместное орбитальное распределение электронов между составляющими атомами. или ионов. Ковалентные связи по своей природе имеют высокую направленность, часто определяя возможные типы кристаллической структуры. Ионные связи, с другой стороны, полностью ненаправлены. Эта ненаправленная природа позволяет упаковывать ионы в виде твердых сфер в различные кристаллические структуры с двумя ограничениями. Первое ограничение связано с относительным размером анионов и катионов. Анионы обычно крупнее и плотно упакованы, как в гранецентрированных кубических (ГЦК) или гексагональных плотноупакованных (ГПУ) кристаллических структурах, встречающихся в металлах. (Эти металлические кристаллические структуры показаны на рис. 1.) Катионы, с другой стороны, обычно меньше по размеру и занимают промежутки или промежутки в кристаллической решетке между анионами.

Второе ограничение на типы кристаллической структуры, которые могут быть приняты атомами с ионными связями, основано на законе физики — кристалл должен оставаться электрически нейтральным. Этот закон электронейтральности приводит к образованию очень специфической стехиометрии, то есть определенных соотношений катионов и анионов, которые поддерживают чистый баланс между положительным и отрицательным зарядом. На самом деле известно, что анионы упаковываются вокруг катионов, а катионы вокруг анионов, чтобы устранить локальный дисбаланс заряда. Это явление называется координацией.

Большинство первичных химических связей, обнаруженных в керамических материалах, на самом деле представляют собой смесь ионных и ковалентных типов. Чем больше разница в электроотрицательности между анионом и катионом (то есть чем больше разница в потенциале для принятия или отдачи электронов), тем ближе к ионной связь (то есть тем больше вероятность того, что электроны будут переданы, образуя положительно заряженные катионы). отрицательно заряженные анионы). И наоборот, небольшие различия в электроотрицательности приводят к совместному использованию электронов, как в ковалентных связях.

Читайте также:
Делаем идеально прямые пропилы: 8 шагов

Вторичные связи также важны в некоторых видах керамики. Например, в алмазе, монокристаллической форме углерода, все связи являются первичными, а в графите, поликристаллической форме углерода, существуют первичные связи внутри слоев кристаллических зерен и вторичные связи между слоями. Относительно слабые вторичные связи позволяют листам скользить друг относительно друга, придавая графиту хорошо известную смазывающую способность. Именно первичные связи в керамике делают их одними из самых прочных, самых твердых и самых огнеупорных материалов.

Кристальная структура

Рисунок 2А: Расположение ионов магния и кислорода в магнезии (MgO); Пример кристаллической структуры каменной соли.

Кристаллическая структура также отвечает за многие свойства керамики. На рисунках с 2А по 2D показаны репрезентативные кристаллические структуры, иллюстрирующие многие уникальные свойства керамических материалов. Каждый набор ионов показан в общей рамке, которая описывает элементарную ячейку этой структуры. Многократно перемещая элементарную ячейку на одну клетку в любом направлении и многократно размещая структуру ионов внутри этой ячейки в каждом новом положении, можно построить кристалл любого размера. В первой структуре (рис. 2А) показанный материал представляет собой магнезию (MgO), хотя сама структура называется каменной солью, поскольку обычная поваренная соль (хлорид натрия, NaCl) имеет такую ​​же структуру. В структуре каменной соли каждый ион окружен шестью ближайшими соседями с противоположным зарядом (например, центральный катион Mg 2+ , окруженный анионами O 2–). Эта чрезвычайно эффективная упаковка обеспечивает локальную нейтрализацию заряда и обеспечивает стабильное соединение. Оксиды, которые кристаллизуются в этой структуре, обычно имеют относительно высокие температуры плавления. (Магнезия, например, является обычным компонентом огнеупорной керамики.)

Рисунок 2B: Расположение ионов урана и кислорода в уране (UO2); пример кристаллической структуры флюорита.

Вторая структура (рис. 2B) называется флюоритом, в честь минерального фторида кальция (CaF).2), который обладает этой структурой, хотя показанный материал представляет собой уран (диоксид урана, UO2). В этой структуре анионы кислорода связаны только с четырьмя катионами. Оксиды с такой структурой хорошо известны своей легкостью образования кислородных вакансий. В диоксиде циркония (диоксид циркония, ZrO2), который также имеет эту структуру, большое количество вакансий может быть образовано путем легирования или осторожного введения в состав ионов другого элемента. Эти вакансии становятся подвижными при высоких температурах, придавая материалу кислородно-ионную проводимость и делая его полезным в некоторых электрических приложениях. Структура флюорита также имеет значительное открытое пространство, особенно в центре элементарной ячейки. Считается, что в уране, который используется в качестве топливного элемента в ядерных реакторах, эта открытость помогает разместить продукты деления и уменьшить нежелательное набухание.

Читайте также:
15 украшений для подоконников, которые украсят ваше пространство

Рисунок 2C: Расположение ионов титана, бария и кислорода в титанате бария (BaTiO3); пример кристаллической структуры перовскита.

Третья структура (рис. 2C) называется перовскитом. В большинстве случаев структура перовскита кубическая, т. е. все стороны элементарной ячейки одинаковы. Однако в титанате бария (BaTiO3), показанный на рисунке, центральный катион Ti 4+ можно заставить сместиться от центра, что приведет к некубической симметрии и к электростатическому диполю или выравниванию положительных и отрицательных зарядов по направлению к противоположным концам структуры. Этот диполь отвечает за сегнетоэлектрические свойства титаната бария, в котором домены соседних диполей выстраиваются в одном направлении. Огромные диэлектрические постоянные, достижимые с перовскитными материалами, являются основой многих устройств с керамическими конденсаторами.

Рисунок 2D: Расположение ионов меди, иттрия, кислорода и бария в оксиде меди иттрия-бария (YBa2Cu3O7); пример сверхпроводящей керамической кристаллической структуры.

Некубические вариации, обнаруженные в перовскитовой керамике, вводят понятие анизотропии, т. е. ионного расположения, которое не является одинаковым во всех направлениях. В сильно анизотропных материалах могут быть большие различия свойств. Эти случаи иллюстрируются оксидом иттрия-бария-меди (YBCO; химическая формула YBa2Cu3O7), показанный на рисунке 2D. YBCO — сверхпроводящая керамика; то есть он теряет всякое сопротивление электрическому току при экстремально низких температурах. Его структура состоит из трех кубов, с иттрием или барием в центре, медью по углам и кислородом посередине каждого края, за исключением среднего куба, который имеет кислородные вакансии на внешних краях. Важнейшей особенностью этой структуры является наличие двух слоев ионов меди-кислорода, расположенных выше и ниже кислородных вакансий, вдоль которых происходит сверхпроводимость. Перенос электронов перпендикулярно этим слоям неблагоприятен, что делает структуру YBCO сильно анизотропной. (Одной из проблем при изготовлении кристаллической керамики YBCO, способной пропускать большие токи, является выравнивание всех зерен таким образом, чтобы их медно-кислородные листы выровнялись.)

Типы плитки, используемой в напольных покрытиях

Челси Бипат

Плитка является популярным напольным материалом, потому что она предлагает множество преимуществ, особенно для домовладельцев, которые ищут эстетичный вид, долговечность и экономичность. Напольная плитка изготавливается из самых разных материалов, таких как глина, камни, металлы и кварц. Каждый вид напольного покрытия имеет свои индивидуальные особенности, свойства и преимущества. Выбор правильной плитки зависит от размера проекта, бюджета, внешнего вида и технических характеристик.

Читайте также:
Персонализированный садовый мастерок Индивидуальная.

Основные преимущества плитки заключаются в следующем:

  • Экономичное
  • Прочный и стойкий
  • Водонепроницаемость
  • Экологичность
  • Широкий выбор стилей и цветов
  • Легко очистить

Существует множество видов плитки, различающихся по материалу, стилю и цвету. Каждый тип предлагает преимущества и недостатки. В этой статье будут перечислены различные виды плитки и их характеристики.

Эффективно управляйте своим проектом и экономьте на материалах.

Свяжитесь с нами

Травертин

Травертин — это тип известняка, натуральный и пористый камень, который имеет шероховатую текстуру из-за пузырьков воздуха и органических веществ. Плитка из травертина имеет различные уникальные узоры и цвета, которые зависят от используемого материала. Их можно использовать в помещении и на улице, а их сопротивление скольжению делает их полезными для ванных комнат и других мест, подверженных воздействию воды.

Керамические

Керамическая плитка изготавливается из глины и минералов в процессе нагревания и охлаждения. Керамическая плитка обычно подразделяется на фарфоровую и нефарфоровую. Керамическая плитка не из керамогранита является наиболее экономичной и простой в обращении, но она не так долговечна, как керамогранит. Керамика доступна в самых разных цветах, размерах, текстурах и формах.

Фарфоровая плитка изготавливается с использованием глины. Фарфоровые глины более плотные и менее пористые, что делает плитку твердой и водонепроницаемой. Это делает их прочными и подходящими для мест с интенсивным пешеходным движением. Керамогранит можно использовать как внутри помещений, так и снаружи, благодаря их высокой плотности.

Плитка из искусственного дерева

Плитка из искусственного дерева изготавливается из фарфора или керамики, но отличается уникальным внешним видом. Существует растущая тенденция использования этой плитки: она обеспечивает эстетику дерева в сочетании с долговечностью керамогранита или керамической плитки.

Мрамор

мраморная плитка

Мрамор — прочный природный камень, доступный в нескольких цветах, в зависимости от содержания минералов. Мраморная плитка обладает высокой эстетической ценностью и элегантной атмосферой, которая может увеличить стоимость дома. Мраморная плитка имеет различную отделку, в том числе шлифованную, полированную, шлифованную и матовую. Основным недостатком мрамора является его высокая цена и стоимость обслуживания. Мрамор имеет пористую поверхность и требует нанесения герметиков до двух раз в год.

Читайте также:
8 рецептов праздничных коктейлей для начала праздничной вечеринки - 7x7 Bay Area

Шифер

Сланцевая плитка изготавливается из метаморфических пород и благодаря своей долговечности может использоваться как снаружи, так и внутри помещений. Сланец устойчив к скольжению, даже когда он влажный или жирный, что делает его распространенным вариантом для ванных комнат и кухонь. Сланцевая плитка доступна во многих цветах, таких как синий, зеленый, красный, оранжевый и коричневый. При использовании в местах с интенсивным движением сланцевую плитку следует снимать и запечатывать через регулярные промежутки времени в рамках технического обслуживания здания.

гранит

Гранит – магматическая горная порода с высокой плотностью и прочностью. Гранитная плитка отличается своим уникальным рисунком, и нет двух одинаковых плиток. Полированная гранитная плитка устойчива к царапинам.

Mosaic

Мозаика изготавливается из нескольких материалов, таких как камень, стекло и керамика. Они сложены вместе, чтобы создать красочные и разнообразные узоры. По этой причине мозаичные плитки обычно используются в декоративных целях, когда требуется визуальное воздействие.

Оникс — мягкий полупрозрачный камень, а также один из самых хрупких видов камня. Чтобы компенсировать это, плитка из оникса усилена поддерживающей сеткой, основой из смолы или стекловолокна. Плитка из оникса используется внутри помещений, для полов с малой проходимостью или даже для столешниц. Перед установкой следует выполнить сухую раскладку, чтобы обеспечить вариацию цвета и рисунка. Этот тип плитки обеспечивает гладкую текстуру землистых тонов.

кварцит

Кварцит — это метаморфическая порода, из которой делают прочную, нескользкую и красивую плитку. Это один из самых популярных вариантов для дома, обычно используемый в окрестностях бассейнов, подъездных путей или интерьеров. Кварцит можно кристаллизовать и запечатать более темным оттенком, чтобы получить отделку, подобную мрамору. Эти плитки долговечны и доступны в различных текстурах и цветах, что делает их очень универсальными и подходящими как для домашнего, так и для коммерческого использования.

Тераццо

Терраццо представляет собой композицию из нескольких материалов, включая мрамор, кварц, стекло, гранит и камни. Эти материалы отверждаются, шлифуются и полируются для создания гладкой поверхности. Плитка терраццо прочна и долговечна, ее можно несколько раз перекрашивать, чтобы защитить ее поверхность. Эта плитка распространена в общественных зданиях, но не рекомендуется для домашнего использования, потому что она может стать скользкой.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: