kerámia szerkezetek (folytatás)

Kerámia Üveg
A teljesen üveges szerkezetű Kerámiák bizonyos tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek meglehetősen különböznek a fémekétől. Emlékezzünk arra, hogy amikor a fém folyékony állapotban lehűl, kristályos szilárd anyag csapódik ki az olvadási fagyáspont elérésekor. Üveges anyaggal azonban, amikor a folyadékot lehűtik, egyre viszkózusabbá válik. Nincs éles olvadás vagy fagyáspont. Folyadékból puha műanyag szilárd anyaggá válik, végül kemény és törékeny lesz. Ennek az egyedülálló tulajdonságnak köszönhetően formákba fújható, amellett, hogy öntött, hengerelt, húzott és más módon feldolgozott, mint egy fém.

az üveges viselkedés az anyag atomszerkezetéhez kapcsolódik. Ha tiszta szilícium-dioxid (SiO2) összeolvad, hűtés közben üveges szilícium-dioxid képződik. Ennek az üvegnek az alapegysége a szilícium-dioxid-tetraéder, amely egyetlen szilíciumatomból áll, amelyet négy egyenlő távolságra lévő oxigénatom vesz körül. A szilíciumatomok elfoglalják az oxigénatomok közötti nyílásokat (interstitiálokat), és kovalens kötés révén négy vegyértékelektront osztanak meg az oxigénatomokkal. A szilícium-dioxid-atomnak négy vegyértékelektronja van, az oxigénatomok mindegyikének két vegyértékelektronja van, így a szilícium-dioxid-tetraédernek négy extra vegyérték-elektronja van, amelyek megoszthatók a szomszédos tetraéderrel. A szilikát szerkezetek összekapcsolódhatnak azáltal, hogy megosztják az atomokat a Sio két sarkában2 tetraéderek, lánc-vagy gyűrűszerkezeteket képezve. Szilícium-dioxid-tetraéderes láncok hálózata alakul ki, és magas hőmérsékleten ezek a láncok könnyen elcsúsznak egymás mellett. Ahogy az olvadék lehűl, a termikus rezgési energia csökken, és a láncok nem tudnak olyan könnyen mozogni, így a szerkezet merevebbé válik. A szilícium-dioxid az üveg legfontosabb alkotóeleme, de más oxidokat adnak hozzá bizonyos fizikai jellemzők megváltoztatásához vagy az olvadáspont csökkentéséhez.

kerámia kristályos vagy részben kristályos anyag
A legtöbb kerámia általában fémes és nemfémes elemeket is tartalmaz ionos vagy kovalens kötésekkel. Ezért figyelembe kell venni a fémes atomok szerkezetét, a nem fémes atomok szerkezetét, valamint a vegyértékelektronok által termelt töltések egyensúlyát. A fémekhez hasonlóan az egységcellát is használják a kerámia atomszerkezetének leírására. A köbös és a hatszögletű sejtek a leggyakoribbak. Ezenkívül a fémes és nemfémes ionok sugárbeli különbsége fontos szerepet játszik az egységsejt elrendezésében.

a fémekben az atomok sűrűn csomagolt síkokba történő rendszeres elrendezése csúszás kialakulásához vezetett stressz alatt, ami a fém jellegzetes alakíthatóságát adja. A kerámiában a törékeny törés, nem pedig a csúszás gyakori, mert mind az atomok elrendezése, mind a kötés típusa eltérő. A kerámia törési vagy hasítási síkjai a rendszeresen elrendezett atomok síkjainak eredménye.

a kristályszerkezet építési kritériumai a következők:

• semlegesség fenntartása
• töltésmérleg diktálja a kémiai képletet
• a legközelebbi csomagolás elérése

az üvegcsaládon kívüli kerámia anyagok közül néhányat az alábbiakban ismertetünk.

szilikát kerámia
mint korábban említettük, a szilícium-dioxid szerkezet számos kerámia, valamint üveg alapvető szerkezete. Belső elrendezése piramis (tetraéderes vagy négyoldalas) egységekből áll. Négy nagy oxigén (0) Atom vesz körül minden kisebb Szilícium (Si) atomot. Amikor a szilícium-dioxid-tetraéderek három sarokatomot osztanak meg, réteges szilikátokat (talkum, kaolinit agyag, csillám) termelnek. Az agyag számos építési termék, például tégla és csempe alapanyaga. Amikor a szilícium-dioxid-tetraéderek négy comer atomot osztanak meg, keretszilikátokat (kvarc, tridimit) állítanak elő. A kvarc akkor képződik, amikor az anyag tetraéderei szabályos, rendezett módon vannak elrendezve. Ha az olvadt állapotban lévő szilícium-dioxidot nagyon lassan lehűtik, akkor a fagyásponton kristályosodik. De ha az olvadt szilícium-dioxidot gyorsabban lehűtjük, a kapott szilárd anyag rendezetlen elrendezés, amely üveg.

Cement
a Cement (Portlandcement) a beton egyik fő összetevője. Számos különböző minőségű cement létezik, de egy tipikus Portlandcement 19-25% SiO2-t , 5-9% Al2O3-ot, 60-64% CaO-t és 2-4% FeO-t tartalmaz. A cementeket az agyagok és a mészkő megfelelő arányú őrlésével, kemencében történő égetéssel és újracsiszolással állítják elő. Amikor vizet adunk hozzá, az ásványi anyagok vagy lebomlanak, vagy vízzel kombinálódnak, és egy új fázis nő az egész tömegben. A reakció megoldás, átkristályosítás, szilikát szerkezet kicsapása. Általában fontos a víz mennyiségének ellenőrzése, hogy megakadályozzuk a felesleget, amely nem része a szerkezetnek, és gyengítené azt. A hidratáció hője (reakcióhő a víz adszorpciójában) a cement beállításában nagy lehet, és nagy szerkezetekben károsodást okozhat.

nitrid kerámia
A Nitridek ötvözik a kerámia kiváló keménységét a magas hő-és mechanikai stabilitással, így alkalmasak vágószerszámként, kopásálló alkatrészként és szerkezeti elemként történő alkalmazásra magas hőmérsékleten. Az ónnak köbös szerkezete van, amely talán a legegyszerűbb és legismertebb a szerkezettípusok közül. Mind a kationok, mind az anionok a különálló FCC rácsok csomópontjain helyezkednek el. A szerkezet változatlan, ha a Ti és N atomok (rácsok) felcserélődnek.

ferroelektromos kerámia
a kristályszerkezettől függően egyes kristályrácsokban a pozitív és negatív töltések középpontjai még külső elektromos mező alkalmazása nélkül sem esnek egybe. Ebben az esetben azt mondják, hogy létezik spontán polarizáció a kristályban. Amikor a dielektrikum polarizációját egy elektromos mező megváltoztathatja, ferroelektromos. Egy tipikus kerámia ferroelektromos bárium-titanát, BaTiO3. A ferroelektromos anyagok, különösen a polikristályos kerámiák, nagyon ígéretesek olyan alkalmazási területeken, mint a piezoelektromos/elektrosztatikus átalakítók és az elektrooptika.

fázisdiagram
a fázisdiagram fontos szerepet játszik a többfázisú Kerámiák mikrostruktúrájának kialakításában és irányításában, csakúgy, mint a többfázisú fémanyagok esetében. Továbbá, a nem egyensúlyi struktúrák még inkább elterjedtek a kerámiákban, mert a bonyolultabb kristályszerkezeteket nehezebb nukleálni és az olvadékból növekedni.

a kerámia hiányosságai
A kerámia kristályok hiányosságai közé tartoznak a ponthibák és a szennyeződések, mint a fémekben. A kerámiában azonban a hibaképződést erősen befolyásolja a töltéssemlegesség feltétele, mivel a kiegyensúlyozatlan töltésű területek létrehozása nagy mennyiségű energiát igényel. Az ionos kristályokban a töltéssemlegesség gyakran olyan hibákat eredményez, amelyek ellentétes töltésű ionpárokként vagy több közeli ponthibaként jönnek létre, amelyekben az összes töltés összege nulla. A töltéssemleges hibák közé tartoznak a Frenkel és a Schottky hibák. Frenkel-hiba akkor fordul elő, amikor egy gazdaatom egy közeli intersticiális helyzetbe kerül, hogy üres-intersticiális kationpárt hozzon létre. A Schottky-defektus egy pár közeli kation és anion üres álláshely. Schottky-hiba akkor fordul elő, amikor egy gazdaatom elhagyja a helyzetét, és a felszínre mozog, létrehozva egy üresedés-üresedés párot.

néha a kompozíció kissé megváltozhat, hogy kiegyensúlyozottabb atomi töltést érjen el. Az olyan szilárd anyagokat, mint a SiO2, amelyek jól meghatározott kémiai képlettel rendelkeznek, sztöchiometrikus vegyületeknek nevezzük. Ha egy szilárd anyag összetétele eltér a szokásos kémiai képlettől, akkor a kapott szilárd anyagról azt mondják, hogy nem sztoichiometrikus. A nonstoichiometria és a szilárd anyag ponthibáinak megléte gyakran szorosan összefügg. Anion megüresedett a forrása a nonstoichiometry SiO2-x,

bevezetése szennyező atomok a rács valószínűleg olyan körülmények között, ahol a töltés megmarad. Ez vonatkozik azokra az elektronegatív szennyeződésekre, amelyek rácsos aniont vagy elektropozitív helyettesítő szennyeződéseket helyettesítenek. Ez valószínűbb hasonló ionsugarak esetén, mivel ez minimalizálja a rács torzításához szükséges energiát. Hibák jelennek meg, ha a szennyeződések töltése nem kiegyensúlyozott.