Keramické Konstrukce (pokračování)

Keramické Sklo
Keramiky se zcela sklovité struktury mají určité vlastnosti, které jsou zcela odlišné od těch kovů. Připomeňme, že když je kov v kapalném stavu ochlazen, krystalická pevná látka se vysráží, když je dosaženo bodu tuhnutí tání. Při sklovitém materiálu se však při ochlazování kapaliny stává stále více viskózní. Neexistuje žádný ostrý bod tání nebo mrazu. Přechází z kapaliny na měkkou plastovou pevnou látku a nakonec se stává tvrdou a křehkou. Díky této jedinečné vlastnosti, to může být vyhozen do tvarů, kromě toho, že lité, válcované, tažené a jinak zpracované jako kov.

sklovité chování souvisí s atomovou strukturou materiálu. Pokud se spojí čistý oxid křemičitý (SiO2), vytvoří se při chlazení sklo zvané sklovitý oxid křemičitý. Základní jednotkovou strukturou tohoto skla je čtyřstěn křemíku, který se skládá z jediného atomu křemíku obklopeného čtyřmi stejně vzdálenými atomy kyslíku. Křemíkové atomy obsadit otvory (interstitials) mezi atomy kyslíku a podíl čtyř valenčních elektronů s atomy kyslíku prostřednictvím kovalentní vazby. Na atom křemíku má čtyři valenční elektrony každého z atomů kyslíku má dva valenční elektrony, takže oxid křemičitý čtyřstěn má navíc čtyři valenční elektrony sdílet s přilehlé tetraedrické. Silikátové struktury lze propojit sdílením atomů ve dvou rozích SiO2, čtyřstěny, které tvoří řetězce nebo kruhu struktury. Vytváří se síť křemičitých čtyřstěnných řetězců a při vysokých teplotách se tyto řetězce snadno posouvají kolem sebe. Jak se tavenina ochladí, tepelná vibrační energie klesá a řetězy se nemohou pohybovat tak snadno, takže struktura se stává tužší. Oxid křemičitý je nejdůležitější složkou skla, ale přidávají se další oxidy, které mění určité fyzikální vlastnosti nebo snižují teplotu tání.

keramický krystalický nebo částečně krystalický materiál
většina keramiky obvykle obsahuje kovové i nekovové prvky s iontovými nebo kovalentními vazbami. Proto je třeba vzít v úvahu strukturu kovové atomy, strukturu nekovových atomů a rovnováhu nábojů produkovaných valenčními elektrony. Stejně jako u kovů se jednotková buňka používá při popisu atomové struktury keramiky. Kubické a hexagonální buňky jsou nejčastější. Navíc, rozdíl mezi poloměry kovových a nekovových iontů hraje důležitou roli v uspořádání jednotkové buňky.

V kovech, pravidelné uspořádání atomů do hustě zabalené letadla vedly ke vzniku skluzu pod tlakem, který dává kovové jejich charakteristické tažnost. V keramice je křehká zlomenina spíše než skluz běžná, protože uspořádání atomů i typ vazby jsou odlišné. Lomové nebo štěpné roviny keramiky jsou výsledkem rovin pravidelně uspořádaných atomů.

stavební kritéria pro krystalovou strukturu jsou:

• zachování neutrality,
• poplatek rovnováhu diktuje chemický vzorec
• dosažení nejblíže balení

několik různých typů keramických materiálů mimo sklo rodině jsou popsány níže.

silikátová keramika
jak již bylo zmíněno, struktura oxidu křemičitého je základní strukturou pro mnoho keramiky i skla. Má vnitřní uspořádání sestávající z pyramidových (čtyřstěnných nebo čtyřstranných) jednotek. Čtyři velké atomy kyslíku (0) obklopují každý menší atom křemíku (Si). Když čtyřstěny oxidu křemičitého sdílejí tři rohové atomy, produkují vrstvené křemičitany(mastek, kaolinitový jíl, slída). Jíl je základní surovinou pro mnoho stavebních výrobků, jako jsou cihly a dlaždice. Když čtyřstěny oxidu křemičitého sdílejí čtyři atomy comer, produkují rámcové křemičitany(křemen, tridymit). Křemen se vytváří, když jsou čtyřstěny v tomto materiálu uspořádány pravidelným, řádným způsobem. Pokud je oxid křemičitý v roztaveném stavu ochlazován velmi pomalu, krystalizuje v bodě tuhnutí. Pokud je však roztavený oxid křemičitý ochlazován rychleji, výsledná pevná látka je neuspořádané uspořádání, kterým je sklo.

Cement
Cement (portlandský cement) je jednou z hlavních složek betonu. Existuje řada různých druhů cementu, ale typický portlandský cement bude obsahovat 19 až 25% SiO2, 5 až 9% Al2O3, 60 až 64% CaO a 2 až 4% FeO. Cementy se připravují mletím jílů a vápence ve správném poměru, vypálením v peci a přebrousením. Když se přidá voda, minerály se buď rozkládají nebo kombinují s vodou a v celé hmotě roste nová fáze. Reakcí je roztok, rekrystalizace a vysrážení silikátové struktury. Obvykle je důležité kontrolovat množství vody, aby se zabránilo přebytku, který by nebyl součástí struktury a oslabil by ji. Teplo hydratace (teplo reakce při adsorpci vody) v nastavení cementu může být velké a může způsobit poškození ve velkých strukturách.

Nitridová Keramika
Nitridy kombinovat vynikající tvrdost keramiky s vysokou tepelnou a mechanickou stabilitu, což je vhodné pro aplikace jako řezné nástroje, opotřebení-odolné části, součásti a strukturální součásti při vysokých teplotách. Cín má kubickou strukturu, která je možná nejjednodušší a nejznámější z typů struktur. Kationty a anionty leží v uzlech samostatných mřížek fcc. Struktura se nezmění, pokud jsou atomy Ti A N (mřížky) zaměněny.

Feroelektrické Keramiky
v Závislosti na krystalové struktuře, v některých krystalu svazech, center kladných a záporných nábojů se neshodují dokonce i bez použití externího elektrického pole. V tomto případě se říká, že v krystalu existuje spontánní polarizace. Když polarizace dielektrika může být změněna elektrickým polem, nazývá se ferroelektrická. Typickým keramickým ferroelektrikem je titaničitan barnatý, BaTiO3. Feroelektrických materiálů, zejména polykrystalické keramiky, jsou velmi slibné pro odrůdy z oblasti aplikace, jako jsou piezoelektrické/elektrostrikční měniče, a electrooptic.

Phase Diagram
fáze diagram je důležitý pro pochopení tvorby a kontroly mikrostruktura mikrostruktura vícefázové keramiky, stejně jako je to s vícefázové kovových materiálů. Taky, nerovnovážné struktury jsou ještě častější v keramice, protože složitější krystalové struktury jsou obtížnější nukleovat a růst z taveniny.

nedokonalosti v keramice
nedokonalosti v keramických krystalech zahrnují bodové vady a nečistoty jako u kovů. Nicméně, v keramice defekt tvorba je silně ovlivněna stavu nabití neutrality, protože vytvoření oblasti nevyvážené poplatky vyžaduje vynaložení velkého množství energie. V iontové krystaly, poplatku neutrality často za následek vady, které přicházejí jako dvojice iontů s opačným nábojem nebo několik blízkých bodových závad, ve kterém součet všech poplatků je nulová. Náboj neutrální vady patří Frenkel a Schottky vady. Frenkel-defekt nastane, když se hostitelský atom přesune do blízké intersticiální polohy, aby vytvořil dvojici kationtů neobsazenosti-intersticiální. Schottky-defekt je dvojice blízkých kationtů a aniontů. Schottkyho vada nastane, když hostitelský atom opustí svou pozici a přesune se na povrch a vytvoří pár volných pracovních míst.

někdy se složení může mírně změnit, aby dospělo k vyváženějšímu atomovému náboji. Pevné látky, jako je SiO2, které mají dobře definovaný chemický vzorec, se nazývají stechiometrické sloučeniny. Když se složení pevné látky odchyluje od standardního chemického vzorce, říká se, že výsledná pevná látka je nestoichiometrická. Nestoichiometrie a existence bodových defektů v pevné látce jsou často úzce spjaty. Anion volná místa jsou zdrojem nonstoichiometry v SiO2-x,

Zavedení nečistot atomů v mřížce, je pravděpodobné, že v podmínkách, kde náboj je zachován. To je případ elektronegativních nečistot, které nahrazují mřížkový anion nebo elektropozitivní substituční nečistoty. To je pravděpodobnější pro podobné iontové poloměry, protože to minimalizuje energii potřebnou pro zkreslení mřížky. Vady se objeví, pokud není náplň nečistot vyvážená.