Керамика (К) представляет собой глиняную смесь определенного состава, обожженную при помощи специальной техники. Является искусственным материалом.
Под термином «керамика» подразумевается большое количество материалов, основой которых является глина с различными минеральными примесями.
Виды керамики
Керамика имеет довольно сложную классификацию. Принято подразделять ее на два больших класса – грубую и тонкую. По назначению К делится на несколько групп:
- Строительная (кирпич, черепица, дренажные трубы);
- Хозяйственно-бытовая (фарфоровые, фаянсовые, гончарные изделия);
- Техническая (изоляторы, конденсаторы, детали для работы в условиях высоких температур, агрессивных сред);
- Огнеупоры (изделия эксплуатируются в высокотемпературных конструкциях).
Строительная К и огнеупоры являются основой класса грубой керамики, а хозяйственно-бытовая и техническая относятся к классу тонкой.
К представителям тонкой К относятся широко известные фарфор, фаянс, майолика.
Фарфор. Изготовляется на основе белой глины с добавками (полевой шпат, каолин, кварц, костяная мука). Характеризуется высокой плотностью, прочностью, термической стойкостью, электроизоляционными свойствами. Служит материалом для изготовления посуды, электротехнических изделий, украшений интерьера.
Изделия из фарфора
Фаянс. В составе имеет пластичные глины, каолин с добавками мела, доломита, нефелинового сиенита и др. Имеет высокую пористость, водопоглощение, газопроницаемость. Отличается незначительной прочностью. Фаянс применяется для изготовления посуды повседневного использования, изготовления санитарно-технического оборудования.
Фаянсовые изделия
Майолика. Подвид керамики из обожженной красной глины, украшенный разноцветной глазурью. Обладает высокой степенью водопоглощения. Особенностью изделий из майолики является их рельефность и наличие специфических оттеночных переходов. Применяется при изготовлении посуды, отделочной керамической плитки, изразцов, изделий украшения интерьера.
Изделия из майолики
Существует еще множество разновидностей керамики, различающихся по свойствам, характеристикам и др. параметрам.
В зависимости от состава вводимых добавок (аналог: легирующие элементы в металлах) меняются свойства керамики. Отсюда – меняются сферы ее применения.
Например, введение в состав К оксидов алюминия (Аl2О3), кремния (SiO2), железа (Fe2O3) и кальция [Са(ОН)2] существенно повышают ее прочность и термостойкость, термическую и радиационную стойкость, кислотостойкость,радиопрозрачность и огнеупорность. Такой вид керамики (алюмосиликатная) применяется при изготовлении космических аппаратов, ядерных реакторов, футеровки мартеновских и коксовых печей, костных имплантатов в медицине.
Керамика с добавками Ва, Li, Са и MgO с оксидами кремния (SiO2) используется в изготовлении радиодеталей, изоляторов авто- и авиасвечей.
Нитридная К, или сиалон включает добавки Si, Al, О, N, Y, Zr и обладает стабильностью диэлектрических свойств, высокой механической прочностью и термостойкостью. Из нее изготовляют инструменты в металлобрабатывающей отрасли, тигли для плавки полупроводниковых материалов, СВЧ изоляторов.
Безметалловая керамика нашла применение в медицине. Она служит материалом для изготовления зубных протезов, коронок, виниров и т. п.
«Зубы» из керамики
Изготовление керамики и изделий из нее довольно сложный технологический процесс, требующий проверки качества на всех этапах. Поэтому К подвергается различным испытаниям на соответствие заданным характеристикам.
Испытания керамики
Под испытаниями К понимается оценка ее физических, механических, термических и химических свойств. Конечной целью является подтверждение соответствия определенным требованиям с оценкой возможности применения для эксплуатации в заданных условиях.
К механическим испытаниям относятся:
- Определение твердости (чаше всего используется метод Виккерса);
- Определение прочности на изгиб и разрушающей нагрузки (на разрыв);
- Определение прочности на сжатие (способность выдерживать сжимающие нагрузки);
- Определение износостойкости (сопротивления истиранию).
При термических испытаниях оценивается:
- Термостойкость глазури (способность выдерживать температурные перепады);
- Морозостойкость (способность выдерживать замораживание и оттаивание);
- Теплопроводность (способность проводить тепло).
Химические испытания проводятся с целью определения химической стойкости (оценка устойчивости к воздействию агрессивных химических сред) и устойчивости к пятнообразованию.
Электротехническая керамика дополнительно подвергается электрическим испытаниям, где определяется:
- Удельное сопротивление (способность проводить электрический ток);
- Диэлектрическая проницаемость (способность накопления электрического заряда);
- Электрическая изоляция (способность предотвращения прохождения электротока).
По требованиям НТД или заказчика на конкретный вид К или изделия из нее могут проводиться другие виды испытаний. Например, на определение водопоглощения, соответствия размеров и т. п.
Для испытаний керамики разработан ряд стандартов:
- ГОСТ 27180-2019 «Плитки керамические. Методы испытаний»;
- ГОСТ 24409-80 «Материалы керамические электротехнические. Методы испытаний»;
- ГОСТ Р 57605-2017 «Композиты керамические. Метод испытания на сжатие при повышенной температуре»;
- ГОСТ 13996-2019 «Плитки керамические. Общие технические условия»;
- ГОСТ Р 57141-2016 «Плиты керамические (керамогранитные). Технические условия»;
- ГОСТ Р 71735-2024 «Керамика. Спаи керамики с металлом. Методы испытания на механическую прочность»;
- ГОСТ 13993-78 «Изделия химически стойкие и термостойкие керамические. Метод определения водонепроницаемости»;
- ГОСТ 473.11-81 «Изделия химически стойкие и термостойкие керамические. Метод определения ударной вязкости».
Кроме перечисленных имеются другие руководящие документы по проверке качества и определению характеристик К и керамических изделий.