Керамика, ее виды и применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Кераммика (др. греч. кЭсбмпт -- глина) -- изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением[1].

В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как материал в промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), строительстве, искусстве, широко используется в медицине, науке. В XX столетии были созданы новые керамические материалы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой[2].

1. Виды керамики

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок[3] стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики фарфор, полуфарфор, каменная керамика, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики -- гончарная керамика Кроме того, различают керамику карбидную , алюмооксидную, циркониевую , нитридную

Фарфор имеет плотный спёкшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издаёт высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырьё для фарфора -- каолин,песок, полевой шпати другие добавки. Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 -- 12 %. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырьё для производства фаянса -- беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 -- 5 %, используется в производстве посуды.

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Сырьё -- беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок

Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками - ангобами.

2. Исторический обзор

керамика промышленность медицина высокотемпературный

Глина преданно служила человечеству на всем пути его долгой истории. На первый взгляд совсем непривлекательная, она была незаменимой во многих областях трудовой деятельности человека. Пластичность глины, ее способность после обжига превращаться в прочный и водостойкий материал, привлекли к ней внимание человека еще в эпоху мезолита, 10--16 тысяч лет до н. э.

Археологические раскопки, проводимые на территории многих стран Европы, Африки, Азии, Америки подтверждают повсеместное развитие керамического ремесла. В дошедших до нас памятниках материальной культуры можно встретить замечательные по красоте изделия бытового назначения: посуду, украшения, всевозможные фигурки животных, птиц и многие другие предметы.

Первые изделия из глины были хрупкими и очень боялись влаги, поэтому хранить в них можно было только зерно и другие сухие продукты. Но однажды, удаляя золу погасшего костра, человек заметил, что глинистая земля, которую он всегда брал для изготовления изделий домашнего обихода, под действием тепла стала прочной как камень. С тех пор человек стал обжигать глиняные изделия для придания им прочности. Чудесное превращение глины получило название “керамика”, что в переводе с греческого обозначает “глина”.

Открытие обжига сделало глиняную посуду древнего человека практичной. Керамические изделия тогда выполняли способами налепа, ленточным, спирально-жгутовым -- укладывали один на другой по спирали. В период позднего неолита, примерно 4 тысячи лет до н. э., керамические сосуды начинали украшать орнаментом, в котором преобладали мотивы круга и спирали, обозначавшие солнце, луну, молнию и другие магические силы, и покрывать многоцветными узорами. Такие изделия были найдены на юго-западе нашей страны (трипольская культура), странах Средней Азии, Ближнего Востока, Средиземноморья и других районах мира.

Примером керамического мастерства того периода являются кувшины с узким горлом, разнообразные сдвоенные сосуды, напоминающие очертаниями современный бинокль, глубокие миски, расписанные черной, красной и белой глинами. Уже в тот период керамика достигла большой художественной выразительности. И только с изобретением гончарного круга (4 -- начало 3-го тысячелетия до н. э.) резко упростился процесс изготовления керамических изделий, повысилась производительность труда.

Гончарный круг явился величайшим достижением, позволившим создавать симметричные, равномерно расширяющиеся или, наоборот, сужающиеся изделия разнообразной формы. Из влажной, хорошо вымешанной глины опытный гончар мог за несколько минут сделать горшок, чашку или другую нужную вещь. Кусок глины в его руках сплющивался, вытягивался, стенки сосуда поднимались, становились тоньше и приобретали задуманную форму. После этого изделия обжигали в вырытых в земле ямах или кирпичных печах. Мягкая, пластичная глина превращалась в твердый черепок.

Мастера гончарного дела постепенно открывали секреты глины: разобрались в ее видах, научились составлять рецепты глинистых масс, изобрели глазурь, придумали новые, более экономичные формы изделий. Применяя простые приемы обработки глины, несложное оборудование, они с большим вкусом и виртуозностью создавали подлинные произведения искусства.

Современное керамическое производство оснащено сложным оборудованием, использует новые красители и методы отделки. Конечно, в домашних условиях невозможно да и нет необходимости копировать его. Но создать изделия, несложные по технологии изготовления, можно. Они сохранят тепло ваших рук, вашу любовь к этому древнему, но вечно молодому виду творчества.

Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Считалось, что возникновение керамики напрямую связано с переходом человека к оседлому образу жизни, поэтому оно произошло намного позднее, чем корзины. Ещё недавно первые известные нам образцы керамики относились к эпохе верхнего палеолита (граветтская культура)[4]. Древнейший предмет из обожжённой глины датируется 29-25 тысячелетиями до нашей эры. Это Вестоницкая Венера, хранящаяся в моравском музее в Брно[5].

Найденные в 1993 году горшки из пещеры Саньженьдонь(англ.) в провинции Цзянси на юго-востоке КНР были слеплены 20--19 тыс. лет назад[6]. Черепки от остроконечного сосуда, найденные в пещере Юйчаньянь (англ.) в провинции Хунань на юго-востоке Китая, датируются возрастом 18,3--17,5 тыс. лет назад[7].

В мезолитических культурах керамика используется нерегулярно и, как правило, на позднем этапе; наиболее совершенные образцы мезолитической керамики известны в культуре дзёмон на территории Японии. В неолите керамика становится неотъемлемым атрибутом практически всех археологических культур (исключение -- период древнейших аграрных сообществ докерамического неолита на ближнем Востоке, когда переход к оседлому образу жизни произошёл раньше многих других технологических инноваций).

Первоначально керамика формовалась вручную. Изобретение гончарного круга в третьем тысячелетии до нашей эры (поздний энеолит-- ранний бронзовый векк) позволило значительно ускорить и упростить процесс формовки изделия. В доколумбовых культурах Америки индейская керамика изготавливалась без гончарного круга вплоть до прихода европейцев.

Отдельные виды керамики формировались постепенно по мере совершенствования производственных процессов, в зависимости от свойств сырья и получаемых условий обработки.

Древнейшие виды керамики -- это разнообразные сосуды, а также пряслица, ткацкие грузики и другие предметы. Эта бытовая керамика разными способами облагораживалась -- наносился рельеф штамповкой, прочерчиванием, налепными элементами. Сосуды получали разную окраску в зависимости от способа обжига. Их могли лощить, окрашивать или разрисовывать орнаментом, покрывать ангобом, глянцеватым слоем (греческая керамика и римские Terra sigillata[8]), цветной глазурью («Гафнеркерамика» Ренессанса).

К концу XVI века в Европе появилась майолика(в зависимости от происхождения, также часто называется фаянсом). Обладая пористым черепком из содержащей железо и известь, но при этом белой фаянсовой массы, она была покрыта двумя глазурями: непрозрачной, с высоким содержанием олова, и прозрачной блестящей свинцовой глазурью.

Декор писали на майолике по сырой глазури, прежде чем обжечь изделие при температуре порядка 1000 °C. Краски для росписи брались того же химического состава, что и глазурь, однако их существенной частью были окислы металлов, которые выдерживали большую температуру (так называемые огнеупорные краски -- синяя, зелёная, жёлтая и фиолетовая). Начиная с XVIII века стали применять так называемые муфельные краски, которые наносились на уже обожжённую глазурь. Они используются и для росписи фарфора.

В XVI веке в Германии распространилось производство каменной керамической посуды. Белый (например, в Зигбурге) или окрашенный (например, в Ререне), весьма плотный черепок состоял из глины, смешанной с полевым шпатом и другими веществами. После обжига при температуре 1200--1280 °C каменная керамика становилась твёрдой и практически не пористой. В Голландии производили красную каменную керамику по образцу Китайской керамики, и ту же особенность обнаруживает керамика Бёттгера

Каменная керамика также изготовлялась Веджвудом в Англии. Тонкий фаянс как особый сорт керамики с белым пористым черепком, покрытым белой же глазурью, появился в Англии в первой половине XVIII века. Фаянс в зависимости от крепости черепка делится на мягкий тонкий фаянс с высоким содержанием извести, средний -- с более низким её содержанием и твёрдый -- совсем без извести. Этот последний по составу и крепости черепка часто напоминает каменную керамику или фарфор.

Гончарные изделия можно разделить на две группы: неглазированная и глазированная керамика. В первую группу входят терракота и гончарная керамика -- наиболее древние из всех видов керамики. Терракота -- по-итальянски “обожженная земля”. Она представляет собой не политую глазурью обожженную глину. Раньше из нее делали скульптуры, бусы, рельефы. В наше время этот вид керамики применяется редко.

Гончарная керамика требует дополнительной обработки. Для придания ей водонепроницаемости ее заглаживают перед обжигом любым гладким предметом (“лощат”), уплотняя наружный слой глины до появления своеобразного блеска. “Морение” заключается в длительной выдержке глиняных изделий в дыму медленно остывающей печи. Очень древний способ обработки -- “запарка”, или “обварка”: вынутое из печи изделие опускают в воду с мукой. При этом на его поверхности образуются красивые подпалины, посуда становится водонепроницаемой. В настоящее время гончарная керамика получила очень широкое распространение. Из нее делают горшки, чашки, кувшины и другие предметы домашнего обихода. И ценятся они не меньше, чем фарфоровые, стеклянные.

Ко второй группе относится глазированная (или поливная) керамика. Ее покрывают слоем глазури, эмали и вторично обжигают. Глазурь сделала изделия водонепроницаемыми и позволила гончарам декорировать их: матовая, бархатистая поверхность чередуется с наплывами блестящей глазури. Под глазурью хорошо смотрится роспись ангобами -- окрашенными в разные цвета жидкими глинами. Ангобирование -- старинный вид обработки глиняных поверхностей, однако до настоящего времени находит широкое применение.

Ближайшей родственницей гончарной керамики является майолика. Это слово произошло от названия средиземноморского острова Мальорка, где зародился этот вид керамики. Майоликой называют изделия из гончарных глин, покрытые цветными глазурями -- эмалями.

Фаянс. Основа его -- белая глина. Фаянсовый кувшин от майоликового отличить легко, стоит только обратить внимание донышко: у гончарной керамики выступs на нем -- темные, а у фаянсовой - белые. То, что отличает фаянс от майолики, сближает его с фарфором, но фаянс не обладает белизной и прозрачностью фарфора, его черепок порист и менее прочен. Изделия фаянса имеют толстые, непрозрачные стенки мягких, обтекаемых форм. Особенно красиво, когда сквозь прозрачную зеленую, лиловую или коричневую глазурь просвечивается кремоватый черепок.

В России фаянсовое производство достигло высокого развития в XVIII веке. Талантливые и самобытные народные мастера Гжели и других центров керамических промыслов заняли почетное место в истории русского декоративного и прикладного искусств.

Родиной фарфора является Китай. Благодаря высокой прочности, абсолютной белизне черепка, богатству красок, химической стойкости он значительно превзошел всю европейскую керамику. Для создания фарфора необходима очень высокая температура об жига -- до 1400 °С и сложная по составу глиняная масса, включающая каолин, песок полевой шпат и другие добавки. Фарфор ценился очень дорого и керамисты европейских стран бились над разгадкой так называемого “китайского секрета”, но все их попытки кончались безрезультатно. И вот в 1709 гор в Мейсене (Саксония) получен плотный, полупрозрачный, абсолютно белый фарфоровый черепок. К концу XVIII века изготовление фарфора было освоено на всем европейском континенте.

В России фарфор изобретен другом М. В. Ломоносова ученым-химиком Д. И. Виноградовым.

Во время поисков секрета изготовления фарфора во многих странах были созданы свои разновидности фарфоровой керамики: в Германии -- красная огнеупорная масса, в Англии -- каменная масса, получившая название “веджвудский фарфор” (по имени изобретателя и хозяина завода Д. Веджвуда), во Франции -- мягкий фриттовый фарфор.

Следующий и последний вид керамики -- шамот. Он представляет собой керамический бой, замешанный на глине. Шамот имеет грубозернистый состав, глазурь на его поверхности растекается пятнами, не покрывая ее полностью, что придает изделию из шамота особую оригинальность. Он очень ценится художниками, которые ввели его в область декоративно-прикладного искусства.

3. Керамика в России

Древнейшая керамическая посуда (12 тыс. л. н.) в России обнаружена в Забайкалье и на Дальнем Востоке(см Сибирский Неолит)

Прозрачная керамика

Исторически керамические материалы непрозрачны из-за особенностей их структуры. Однако спекание частиц нанометровых размеров позволило создать прозрачные керамические материалы, обладающие свойствами (диапазоном рабочих длин волн излучения, дисперсией, показателем преломления), лежащими за пределами стандартного диапазона значений для оптических стекол.

4. Нанокерамика

Керамический наноструктурный материал (англ. nanoceramics) -- компактный материал на основе оксидов, карбидов, нитридов, боридов и других неорганических соединений, состоящий из кристаллитов (зёрен) со средним размером до 100 нм[15]. Нанокерамика применяется для производства бронекерамики[16], генераторных ламп СВЧ-диапазона, подложки для полупроводниковых приборов, изоляторов для вакуумных дугогасительных камер, силовых полупроводниковых приборов и электроннооптических преобразователей в приборах ночного видения[17].

Технология производства керамических изделий

1. Приготовление шликераа;

2. Формовка изделия;

3. Сушка;

4. Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка)

5. Обжиг

Сырьё для керамических масс подразделяется на пластичное (глиныи каолины) и непластичное. Добавки шамота и кварца уменьшают усадку изделий и вероятность растрескивания на стадии формования. В качестве стеклообразователей используют свинцовый сурикк, буру.

Размещено на Allbest.ru