Keramiske Strukturer (fortsatt)

Keramisk Glass
Keramikk med en helt glassaktig struktur har visse egenskaper som er ganske forskjellige fra metaller. Husk at når metall i flytende tilstand avkjøles, faller et krystallinsk fast stoff ut når smeltepunktet er nådd. Men med et glassaktig materiale, når væsken avkjøles, blir det mer og mer viskøst. Det er ingen skarp smelting eller frysepunkt. Den går fra væske til en myk plast solid og til slutt blir hard og sprø. På grunn av denne unike egenskapen kan den blåses i former, i tillegg til å bli kastet, rullet, tegnet og ellers behandlet som et metall.

Glassaktig oppførsel er relatert til materialets atomstruktur. Hvis ren silika (SiO2) smeltes sammen, dannes et glass som kalles glassholdig silika ved avkjøling. Den grunnleggende enhetsstrukturen til dette glasset er silikatetraeder, som består av et enkelt silisiumatom omgitt av fire like langt oksygenatomer. Silisiumatomene okkuperer åpningene (interstitialer) mellom oksygenatomene og deler fire valenselektroner med oksygenatomene gjennom kovalent binding. Silisiumatomet har fire valenselektroner, og hvert av oksygenatomene har to valenselektroner, slik at silikatetetraeder har fire ekstra valenselektroner å dele med tilstøtende tetraedral. Silikatstrukturer kan koble sammen ved å dele atomene i To hjørner Av SiO2 tetraeder, danner kjede-eller ringstrukturer. Et nettverk av silikatetraedrale kjeder danner, og ved høye temperaturer glir disse kjedene lett forbi hverandre. Når smelten avkjøles, reduseres termisk vibrasjonsenergi og kjedene kan ikke bevege seg så lett, slik at strukturen blir stivere. Silika er den viktigste bestanddelen av glass, men andre oksider blir tilsatt for å endre visse fysiske egenskaper eller for å senke smeltepunktet. Keramisk Krystallinsk Eller Delvis Krystallinsk Materiale De fleste keramikk inneholder vanligvis både metalliske og ikke-metalliske elementer med ioniske eller kovalente bindinger. Derfor må strukturen metalliske atomer, strukturen av de ikke-metalliske atomer og balansen mellom ladninger produsert av valenselektronene vurderes. Som med metaller brukes enhetscellen til å beskrive keramikkens atomstruktur. De kubiske og sekskantede cellene er mest vanlige. I tillegg spiller forskjellen i radier mellom metalliske og ikke-metalliske ioner en viktig rolle i arrangementet av enhetscellen.

i metaller førte det vanlige arrangementet av atomer i tett pakkede fly til forekomsten av slip under stress, noe som gir metall deres karakteristiske duktilitet. I keramikk er sprø brudd i stedet for glid vanlig fordi både arrangementet av atomer og typen binding er forskjellig. Fraktur-eller spaltningsplanene av keramikk er resultatet av fly av regelmessig arrangerte atomer.

byggekriteriene for krystallstrukturen er:

• opprettholde nøytralitet
• charge balance dikterer kjemisk formel
• oppnå nærmeste pakking

noen av de forskjellige typer keramiske materialer utenfor glassfamilien er beskrevet nedenfor.

Silikat Keramikk
som nevnt tidligere er silikastrukturen den grunnleggende strukturen for mange keramikk, så vel som glass. Den har et internt arrangement bestående av pyramide (tetrahedral eller firesidig) enheter. Fire store oksygen (0) atomer omgir hvert mindre silisium (Si) atom. Når silikatetraeder deler tre hjørneatomer, produserer de lagdelte silikater (talkum, kaolinittleire, glimmer). Leire er det grunnleggende råmaterialet for mange byggprodukter som murstein og fliser. Når silikatetraeder deler fire atomer, produserer de rammesilikater (kvarts, tridymitt). Kvarts dannes når tetraeder i dette materialet er ordnet på en vanlig, ordnet måte. Hvis silika i smeltet tilstand avkjøles veldig sakte, krystalliserer den ved frysepunktet. Men hvis smeltet silika avkjøles raskere, er det resulterende faste stoffet et uordenlig arrangement som er glass.

Sement
Sement (Portland sement) er en av hovedingrediensene i betong. Det finnes en rekke forskjellige grader av sement, men en typisk Portland sement vil inneholde 19 til 25% SiO2, 5 til 9% Al2O3, 60 til 64% CaO og 2 til 4% FeO. Sement fremstilles ved sliping av leire og kalkstein i riktig forhold, avfyring i en ovn, og regrinding. Når vann tilsettes, brytes mineralene enten ned eller kombineres med vann, og en ny fase vokser gjennom massen. Reaksjonen er løsning, omkrystallisering og utfelling av en silikatstruktur. Det er vanligvis viktig å kontrollere mengden vann for å forhindre et overskudd som ikke ville være en del av strukturen og ville svekke det. Varmen av hydrering (varme reaksjon i adsorpsjon av vann) i innstillingen av sement kan være stor og kan forårsake skade i store strukturer.

Nitrid Keramikk
Nitrider kombinerer den overlegne hardheten til keramikk med høy termisk og mekanisk stabilitet, noe som gjør dem egnet for applikasjoner som skjæreverktøy, slitesterke deler og strukturelle komponenter ved høye temperaturer. Tinn har en kubisk struktur som kanskje er den enkleste og mest kjente av strukturtyper. Kationer og anioner ligger begge ved noder av separate fcc-gitter. Strukturen er uendret hvis Ti-og N-atomer (gitter) byttes ut.

Ferroelektrisk Keramikk
avhengig av krystallstrukturen, i noen krystallgitter, faller sentrene til de positive og negative ladningene ikke sammen selv uten bruk av eksternt elektrisk felt. I dette tilfellet er det sagt at det eksisterer spontan polarisasjon i krystallet. Når polarisasjonen av dielektriske kan endres av et elektrisk felt, kalles det ferroelektrisk. Et typisk keramisk ferroelektrisk er barium titanat, BaTiO3. Ferroelektriske materialer, spesielt polykrystallinsk keramikk, er svært lovende for varianter av applikasjonsfelt som piezoelektriske/elektrostriktive transdusere og elektrooptiske. fasediagrammet er viktig for å forstå dannelsen og kontrollen av mikrostrukturen til mikrostrukturen av polyfasekeramikk, akkurat som det er med polyfasede metalliske materialer. Også ikke-likevektsstrukturer er enda mer utbredt i keramikk fordi de mer komplekse krystallstrukturer er vanskeligere å nukleere og vokse fra smelten.

Ufullkommenheter i Keramikk
Ufullkommenheter i keramiske krystaller inkluderer punktfeil og urenheter som i metaller. Men i keramikk defektdannelse er sterkt påvirket av tilstanden ladningsnøytralitet fordi etableringen av områder med ubalanserte kostnader krever en utgift av en stor mengde energi. I ioniske krystaller resulterer ladningsnøytralitet ofte i feil som kommer som par ioner med motsatt ladning eller flere nærliggende punktfeil der summen av alle ladninger er null. Kostnadsnøytrale feil inkluderer Frenkel-og Schottky-feilene. En Frenkel-defekt oppstår når et vertsatom beveger seg inn i en nærliggende interstitial posisjon for å skape et ledig interstitial par kationer. En Schottky-defekt er et par nærliggende kation og anion ledige stillinger. Schottky feil oppstår når en vert atom forlater sin posisjon og flytter til overflaten skaper en ledighet-ledighet par.

noen ganger kan sammensetningen endres litt for å komme til en mer balansert atomladning. Faste stoffer Som SiO2, som har en veldefinert kjemisk formel, kalles støkiometriske forbindelser. Når sammensetningen av et fast stoff avviker fra standard kjemisk formel, det resulterende faststoff sies å være nonstoichiometric. Nonstoichiometri og eksistensen av punktfeil i et fast stoff er ofte nært beslektet. Anion ledige stillinger er kilden til nonstoichiometry I SiO2-x,

Innføring av urenhetsatomer i gitteret er sannsynlig i forhold der ladningen opprettholdes. Dette er tilfelle av elektronegative urenheter som erstatter en gitteranion eller elektropositive substitusjonelle urenheter. Dette er mer sannsynlig for lignende ioniske radier siden dette minimerer energien som kreves for gitterforvrengning. Feil vil oppstå hvis ladningen av urenheter ikke er balansert.