Come vengono utilizzate le ceramiche in chimica?

La parola “ceramica” deriva dalla parola greca “keramikos”, che significa “di ceramica”. Mentre le prime ceramiche erano ceramiche, il termine comprende un ampio gruppo di materiali, inclusi alcuni elementi puri. Una ceramica è un solido inorganico, non metallico, generalmente basato su un ossido, nitruro, boruro o carburo, che viene cotto ad alta temperatura. La ceramica può essere smaltata prima della cottura per produrre un rivestimento che riduce la porosità e ha una superficie liscia, spesso colorata. Molte ceramiche contengono una miscela di legami ionici e covalenti tra gli atomi. Il materiale risultante può essere cristallino, semicristallino o vetroso. I materiali amorfi con composizione simile sono generalmente definiti “vetro”.

I quattro tipi principali di ceramica sono le ceramiche bianche, le ceramiche strutturali, le ceramiche tecniche e i refrattari. Whitewares includono pentole, ceramiche e rivestimenti. Le ceramiche strutturali includono mattoni, tubi, tegole e piastrelle per pavimenti. Le ceramiche tecniche sono anche conosciute come ceramiche speciali, fini, avanzate o ingegnerizzate. Questa classe include cuscinetti, piastrelle speciali (ad es. Schermatura termica di veicoli spaziali), impianti biomedicali, freni in ceramica, combustibili nucleari, motori in ceramica e rivestimenti in ceramica. I refrattari sono ceramiche utilizzate per realizzare crogioli, forni in linea e irradiare calore nei camini a gas.

Come vengono prodotte le ceramiche

Le materie prime per la ceramica includono argilla, caolinato, ossido di alluminio, carburo di silicio, carburo di tungsteno e alcuni elementi puri. Le materie prime vengono unite all’acqua per formare un impasto che può essere modellato o modellato. Le ceramiche sono difficili da lavorare dopo che sono state realizzate, quindi di solito vengono plasmate nelle loro forme finali desiderate. La forma viene lasciata asciugare e viene cotta in un forno chiamato forno. Il processo di cottura fornisce l’energia per formare nuovi legami chimici nel materiale (vetrificazione) e talvolta nuovi minerali (ad esempio, forme di mullite dal caolino nella cottura della porcellana). Smalti impermeabili, decorativi o funzionali possono essere aggiunti prima della prima cottura o possono richiedere una cottura successiva (più comune). La prima cottura di una ceramica produce un prodotto chiamato bisque. La prima accensione brucia sostanze organiche e altre impurità volatili. La seconda (o terza) cottura può essere chiamata smaltatura.

Esempi e usi della ceramica

Ceramiche, mattoni, piastrelle, terracotta, porcellana e porcellana sono esempi comuni di ceramica. Questi materiali sono ben noti per l’uso nell’edilizia, nell’artigianato e nell’arte. Esistono molti altri materiali ceramici:

  • In passato, il vetro era considerato una ceramica, perché è un solido inorganico che viene cotto e trattato in modo molto simile alla ceramica. Tuttavia, poiché il vetro è un solido amorfo, il vetro è generalmente considerato un materiale separato. La struttura interna ordinata della ceramica gioca un ruolo importante nelle loro proprietà.
  • Il silicio e il carbonio puri solidi possono essere considerati ceramiche. In senso stretto, un diamante potrebbe essere definito una ceramica.
  • Il carburo di silicio e il carburo di tungsteno sono ceramiche tecniche che hanno un’elevata resistenza all’abrasione, rendendole utili per giubbotti antiproiettile, piastre antiusura per l’estrazione mineraria e componenti di macchine.
  • L’ossido di uranio (UO2 è una ceramica usata come combustibile per reattori nucleari.
  • La zirconia (biossido di zirconio) viene utilizzata per realizzare lame di coltelli in ceramica, gemme, celle a combustibile e sensori di ossigeno.
  • L’ossido di zinco (ZnO) è un semiconduttore.
  • L’ossido di boro è usato per creare giubbotti antiproiettile.
  • Il bismuto, l’ossido di rame e lo stronzio e il diboruro di magnesio (MgB2) sono superconduttori.
  • La steatite (silicato di magnesio) viene utilizzata come isolante elettrico.
  • Il titanato di bario viene utilizzato per creare elementi riscaldanti, condensatori, trasduttori ed elementi di memorizzazione dei dati.
  • I manufatti in ceramica sono utili in archeologia e paleontologia perché la loro composizione chimica può essere utilizzata per identificarne l’origine. Ciò include non solo la composizione dell’argilla ma anche quella del temperare – i materiali aggiunti durante la produzione e l’essiccazione.

Proprietà della ceramica

La ceramica include una così ampia varietà di materiali che è difficile generalizzare le loro caratteristiche. La maggior parte delle ceramiche mostra le seguenti proprietà:

  • Alta durezza
  • Di solito fragile, con scarsa tenacità
  • Punto di fusione elevato
  • Resistenza chimica
  • Scarsa conduttività elettrica e termica
  • Bassa duttilità
  • Alto modulo di elasticità
  • Elevata resistenza alla compressione
  • Trasparenza ottica a una varietà di lunghezze d’onda

Le eccezioni includono la ceramica superconduttiva e piezoelettrica.

Termini correlati

Si chiama la scienza della preparazione e caratterizzazione della ceramica ceramografia.

I materiali compositi sono costituiti da più di una classe di materiali, che può includere la ceramica. Esempi di compositi includono fibra di carbonio e fibra di vetro. UN CERMET è un tipo di materiale composito contenente ceramica e metallo.

A vetroceramica è un materiale non cristallino con una composizione ceramica. Mentre la ceramica cristallina tende a essere modellata, la vetroceramica si forma dalla fusione o dal soffiaggio di una fusione. Esempi di vetroceramica includono fornelli in “vetro” e il composito di vetro utilizzato per legare i rifiuti nucleari per lo smaltimento.