C9500 Užitá chemie 4. lekce Keramika, kámen Mgr. Ing. Radka Kopecká, Ph.D. 175344@mail.muni.cz C9500 Užitá chemie – 1 Úvod 1 Minerály (nerosty) a horniny tvoří povrch naší planety. •MINERÁLY (stejnorodé látky), lze zapsat chemickým vzorcem - vyskytují se jako součást hornin, nebo samostatně - velké množství tvoří ložiska nerostných surovin. Nerosty v krystalovém tvaru jsou ohraničeny pravidelnými stěnami. •HORNINY (nestejnorodé látky), nelze zapsat chemickým vzorcem - jsou tvořeny souborem zrn jednoho nebo více minerálů, které jsou v hornině různě umístěny. - podle způsobu vzniku se horniny dělí na 3 skupiny: VYVŘELÉ USAZENÉ PŘEMĚNĚNÉ Minerály, horniny, nerosty Chladnutím a tuhnutím horniny zvané magma vznikly vyvřelé horniny. Usazené horniny vznikly zvětráváním a následným usazováním starších hornin. Přeměněné horniny vznikly přeměnou vyvřelých hornin v důsledku tepla a tlaku v nitru Země. https://is.muni.cz/elportal/estud/pedf/js07/mineraly/materialy/pages/predmluva.html •Mineralogie je nauka o minerálech (nerostech). •Petrologie je nauka o horninách. Krystal je mnohostěn omezený pravidelnými přirozenými hladkými plochami. Krystaly mohou vyrůst jako: •monokrystaly – všechny částice jsou v jedné krystalové struktuře, která je neporušená, vlastnosti se mohou v určitých směrech lišit - anizotropní – polovodiče z monokrystalů Si a Ge •polykrystaly – jsou tvořeny větším počtem malých krystalů, vlastnosti mají ve všech směrech stejné – izotropní – kovy. Krystaly rozdělujeme podle jejich souměrnosti do 7 soustav: kosočtverečná, čtverečná, krychlová, jednoklonná, trojklonná a šesterečná. Mineralogie Fyzikln a chemick vlastnosti nerost tvrdost hustota Fyzikální vlastnosti nerostů •tvrdost • hustota •štěpnost •lom •pružnost •lesk •barva •propustnost světla •vryp •žárovzdornost •elektrické vlastnosti •magnetismus. Chemické vlastnosti •chemické složení •polymorfie •izomorfie •reakce s kyselinami •rozpustnost ve vodě Třídy mineralogického systému I. Prvky II. Sulfidy III. Halogenidy IV. Oxidy a hydroxidy V. Uhličitany VI. Sírany VII. Fosforečnany VIII. Křemičitany IX. Organické nerosty Přírodní skla (nepatří do mineralogického systému) Horniny Keramika - definice Keramické výrobky řadíme mezi silikáty stejně jako sklo, maltoviny, smalty. Keramika je pevná anorganická polykrystalická látka vyrobená keramickým výrobním způsobem z minerálních surovin s převládající složkou SiO2, tedy jílových minerálů, vytvarovaná a následně vypálená na vysokou teplotu (obvykle nad 900 °C), čímž dojde ke slinování keramického střepu, zpevnění a tvorbě mikrostruktury. keramika https://www.youtube.com/watch?v=syaKXsyohAo Slinování (= spékání ve smyslu práškové metalurgie) se v oblasti technologie silikátů označuje proces, kterým se zpevňují disperzní systémy za zvýšené teploty. Obvykle je doprovázeno objemovou kontrakcí a zhutňováním, tj. snížením pórovitosti. Vzniká tak hutná polykrystalická hmota, v níž jsou původní částice pevně spojeny. Slinování může probíhat v pevném stavu nebo účinkem taveniny. Kromě krystalických fází příp. fáze skelné obsahuje keramický střep obvykle také větší či menší množství pórů. Keramika na bázi přírodních surovin představuje, vedle kamene a dřeva, jeden z nejdéle používaných materiálů v lidské historii a vůbec první záměrně vyrobený materiál umělý. Keramika - historie Keramika - suroviny Vzorek kaolinu Kaolin=reziduální nepřemístěná bělavá hornina sedimentárního původu. Vzniká zvětráváním či kaolinizací živcových hornin Keramika - suroviny Kaolín Keramika - výroba 1.Dle obsahu pórů: a)pórovitá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm nad 10 % b)polohutná keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm = 6 – 10 % c)hutná keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm = 3 – 6 % d)poloslinutá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm = 1,5 – 3 % e)slinutá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu nm pod 1,5 % 2.Dle struktury: a)jemná keramika – vyznačuje se tenkým a jemnozrnným střepem (porcelán a bílá kamenina, obkládačky, laboratorní, zdravotnická a technická keramika) b)hrubá keramika – keramika se silnostěnným a hrubozrnným střepem (cihlářské zboží, kamenina, žáruvzdorné výrobky 3.Dle použití výrobků: a)stavební keramika (cihlářské výrobky, pórovinové obkládačky, kamenina) b)zdravotnická keramika - technická keramika (elektrotechnická a konstrukční) c)žárovzdorné materiály (šamot, dinas, hořečnatá a hořečnatovápenatá keramika, keramika oxidová, siliciumkarbidová, uhlíková apod.) Keramika - dělení 4. Dle chemického a fázového složení: a)fázový systém SiO2 – dinas b)fázový systém Al2O3 – korundová keramika c)fázový systém ZrO2 – zirkoničitá (baddeleyitová) keramika - ostatní žárovzdorná oxidová keramika d)fázové systémy typu BeO, MgO, ThO2 e)fázový systém Al2O3 - SiO2 – cihlářské výrobky, hrubá kamenina, šamot f)fázový systém Al2O3 - SiO2 - K2O (Na2O) – porcelán, pórovina, jemná kamenina, zdravotnická keramika g)fázový systém MgO – Cr2O3 – chrommagnezitové žárovzdorné hmoty h)fázový systém MgO - SiO2 – steatitová, stealitová a forsteritová žárovzdorná keramika i)fázový systém MgO - Al2O3 - SiO2 – cordieritová keramika (s nízkou teplotní roztažností) j)fázový systém BaO - Al2O3 - SiO2 - celsianová keramika (s nízkou teplotní roztažností) k)fázový systém Li2O - Al2O3 - SiO2 - lithná keramika (s nízkou teplotní roztažností) l)fázový systém TiO2 – rutilová keramika m)fázový systém Al2O3 - TiO2 - thialitová keramika (s velmi nízkou teplotní roztažností) n)fázový systém BaO - TiO2 - speciální elektrokeramika (skupina tzv. feroelektrických dielektrik) o)fázový systém ZrO2 - SiO2 – zirkonsilikátová keramika p)fázový systém ZrO2 – Al2O3 – korundo-baddeleyitová (tavená, odlévaná) keramika q)fázový systém MeO – Fe2O3 - feritová (magnetická) keramika (kde Me je buď Mn, Ni, Zn, Co, Cu, Mg u tzv. magneticky měkkých feritů nebo Me = Ba, Sr, Pb u tzv. magneticky tvrdých feritů r)neoxidová keramika – keramika na bázi SiC (karbidu křemíku), Si3N4 (nitridu křemíku), B4C (karbidu boru), BN (nitridu boru) s)keramika s velmi vysokými teplotami tání a zpravidla velmi vysokou tvrdostí t)grafitová keramika – keramika na bázi C (uhlík) Glazury Smalt je materiál vyrobený tavením anorganického skla-základní glazury (frity) nanášený na kovový povrch. Smalty jsou používané pro kuchyňské nádobí, vany, chemické zařízení, stavební materiál, ale i v umění. Základní zkoušky keramického střepu Optimální mikrostruktura má homogenní zrna, jasně definované hranice zrn, minimální obsah pórů a rovnoměrné rozložení všech přítomných fází. Mikrostruktura je významně ovlivněna již charakterem výchozího prášku a technologií jeho zpracování. Obecně platí, že čím je zrno jemnější, tím má výsledná keramika vlastnosti na vyšší úrovni (pokročilejší) a reprodukovatelné.