הגדרה וכימיה קרמית

המילה "קרמיקה" באה מהמילה היוונית "keramikos" שמשמעותה "של כלי חרס". בעוד הקרמיקה הקדומה ביותר הייתה חרס, המונח מכיל קבוצה גדולה של חומרים, כולל כמה אלמנטים טהורים. קרמיקה היא לא אורגני, לא מתכתי מוצקבדרך כלל על בסיס תחמוצת, ניטריד, בוריד או קרביד, הנורה בטמפרטורה גבוהה. קרמיקה עשויה להיות מזוגגת לפני הירי לייצור ציפוי המפחית את נקבוביות ובעל משטח חלק וצבעוני לעיתים קרובות. קרמיקה רבים מכילים תערובת של קשרים יוניים וקוואלנטיים בין אטומים. החומר המתקבל עשוי להיות גבישי, חצי גביש או זגוגי. בדרך כלל מכונים חומרים אמורפיים בעלי הרכב דומה "זכוכית".

ארבעת הסוגים העיקריים של קרמיקה הם כלי לבנה, קרמיקה מבנית, קרמיקה טכנית וחסיני אש. כלי בית כוללים כלי בישול, חרסאריחי קיר. קרמיקה מבנית כוללת לבנים, צינורות, אריחי קירוי ואריחי רצפה. קרמיקה טכנית ידועה גם כקרמיקה מיוחדת, עדינה, מתקדמת או מהונדסת. סוג זה כולל מסבים, אריחים מיוחדים (למשל מגן על חום חללית), שתלים ביו-רפואיים, בלמי קרמיקה, דלקים גרעיניים, מנועי קרמיקה וציפויים קרמיים. חסיני אש הם קרמיקה המשמשת לייצור כור היתוך, כבשנים, ומקרין חום באחורי הגז.

חומרי גלם לקרמיקה כוללים חימר, קאולינט, תחמוצת אלומיניום, סיליקון קרביד, טונגסטן קרביד, ואלמנטים טהורים מסוימים. חומרי הגלם משולבים במים ליצירת תערובת שניתן לעצב או לעצב. קשה לעבוד בקרמיקה לאחר היצור, ולכן בדרך כלל הם מעוצבים לצורות הרצויות הסופיות שלהם. הטופס מותר להתייבש ונורה בתנור שנקרא כבשן. תהליך הירי מספק את האנרגיה ליצירת חדש קשרים כימים בחומר (זיגוג) ולפעמים מינרלים חדשים (למשל, צורות מוליטיות מקאולין בירי חרסינה). ניתן להוסיף זיגוגים אטומים למים, דקורטיביים או פונקציונליים לפני הירי הראשון או שהם עשויים לדרוש ירי לאחר מכן (נפוץ יותר). ירי ראשון של קרמיקה מניב מוצר שנקרא ביסק. הירי הראשון שורף אורגניים וזיהומים נדיפים אחרים. הירי השני (או השלישי) עשוי להיקרא זיגוג.

כלי חרס, לבנים, אריחים, כלי חרס, חרסינה וחרסינה הם דוגמאות נפוצות לקרמיקה. חומרים אלה ידועים לשימוש בבנייה, יצירה ואומנות. ישנם חומרים רבים אחרים לקרמיקה:

• בעבר, זכוכית נחשב לקרמיקה, כי זה מוצק אורגני שנורה ומטופל כמו קרמיקה. עם זאת, מכיוון זכוכית היא אמורפי מוצק, זכוכית נחשבת בדרך כלל כחומר נפרד. למבנה הפנימי המסודר של קרמיקה תפקיד גדול בתכונותיהם.
• סיליקון טהור ומוצק פחמן עשוי להיחשב כקרמיקה. במובן קפדני, יהלום אפשר לקרוא קרמיקה.
• קרביד סיליקון וטונגסטן קרביד הם קרמיקה טכנית בעלי עמידות בפני שחיקה גבוהה, מה שהופך אותם לשימושיים לשריון גוף, צלחות ללבוש לכרייה ורכיבי מכונות.
• תחמוצת אורניום (UO₂ הוא קרמיקה המשמשת כדלק בכור גרעיני.
• זירקוניה (זירקוניום דו חמצני) משמש לייצור סכיני קרמיקה, אבני חן, תאי דלק וחיישני חמצן.
• תחמוצת אבץ (ZnO) הוא מוליך למחצה.
• תחמוצת בורון משמשת לייצור שריון גוף.
• ביסמוט סטרונציום תחמוצת נחושת ומגנזיום דיבוריד (MgB₂) הם מוליכי-על.
• Steatite (סיליקט סיליקון) משמש כמבודד חשמל.
• בריום טיטנט משמש לייצור גופי חימום, קבלים, מתמרים וגופי אחסון נתונים.
• ממצאים קרמיים מועילים בארכיאולוגיה ופליאונטולוגיה מכיוון שניתן להשתמש בהרכבם הכימי לזיהוי מקורם. זה כולל לא רק את הרכב החימר אלא גם את ההרכב של החרס מזג - החומרים שנוספו במהלך הייצור והייבוש.

קרמיקה כוללת מגוון כה גדול של חומרים, עד שקשה להכליל את המאפיינים שלהם. מרבית הקרמיקה מציגים את המאפיינים הבאים:

• קשיות גבוהה
• בדרך כלל שביר, עם קשיחות לקויה
• גבוה נקודת המסה
• עמידות כימית
• מוליכות חשמלית ותרמית לקויה
• נמוך משיכות
• מודולוס גבוה של גמישות
• חוזק דחיסה גבוה
• שקיפות אופטית למגוון אורכי גל

חריגים כוללים קרמיקה מוליכת-על ופיזואלקטריים.

מדע ההכנה ואפיון הקרמיקה נקרא קרמוגרפיה.

חומרים מרוכבים מורכבים ביותר מכיתת חומר אחת, שעשויה לכלול קרמיקה. דוגמאות למרכיבים מרוכבים כוללים סיבי פחמן ופיברגלס. א סרמט הוא סוג של חומר מורכב המכיל קרמיקה ומתכת.

א זכוכית-קרמיקה הוא חומר לא קריסטלי עם הרכב קרמי. בעוד שקרמיקה גבישית נוטה להיות מעוצב, קרמיקה מזכוכית יוצרת מליהוק או לפוצץ ממסה. דוגמאות לקרמיקה מזכוכית כוללות כיריים "זכוכית" ומרכיב הזכוכית המשמש לקשירה פסולת גרעינית לסילוק.