Керамика представляет собой обширную группу материалов и изделий, которые производятся путем высокотемпературного спекания глин, их смесей с минеральными добавками, а также оксидов и некоторых органических соединений. Термин происходит от греческого слова «keramike», что означает гончарное искусство.
Исторический путь
Человечество познакомилось с пластичностью глины в глубокой древности. Примерно семь тысяч лет назад люди освоили обжиг, который придает глиняной массе твердость, водостойкость и жаропрочность. Широкому распространению керамики способствовала доступность сырья и относительная простота технологии. Первоначально ее использовали преимущественно для изготовления посуды ручной лепки. Около 6–5 тысяч лет назад в Месопотамии появился гончарный круг, что значительно упростило и ускорило процесс формования. Примерно пять тысячелетий назад в древних цивилизациях Египта, Вавилонии и Ассирии научились покрывать керамику глазурью — тонким стекловидным слоем, который делал изделия водонепроницаемыми и более декоративными. В тот же период в Двуречье начали изготавливать строительный кирпич из обожженной глины.
Современное производство
Сегодня состав керамической массы тщательно подбирается в зависимости от требуемых свойств будущего изделия. В глину могут добавлять кварц, оксиды алюминия, титана и других металлов. Наиболее распространенным методом является пластическое формование. Этот процесс включает несколько этапов: дробление и смешивание сырья, добавление воды и тщательное замешивание до получения однородного пластичного теста. Затем массу формуют на специальных прессах или разливают в гипсовые формы. Важным этапом является вакуумная обработка для удаления воздуха, что улучшает качество конечного продукта. После этого заготовки сушат и подвергают обжигу.
В процессе обжига образуется стекловидный расплав, который при охлаждении прочно связывает тугоплавкие частицы в монолитное камневидное тело. Температура обжига варьируется в широких пределах — от 900°C для строительного кирпича до 2000°C при производстве специальных технических керамик.
Основные виды керамики
Среди множества разновидностей можно выделить несколько основных технологических видов: терракоту, майолику, фарфор и фаянс.
Терракота — это неглазурованная, цветная пористая керамика. Она широко используется для отделки зданий и создания художественных изделий.
Майолика представляет собой цветную пористую глину, покрытую прозрачными или непрозрачными (глухими) глазурями. Ее основное применение — декоративная отделка.
Фарфор — это тонкая керамика, отличающаяся белым, звонким, просвечивающим в тонком слое и водонепроницаемым черепком. Его история началась в Китае в IV–VI веках. Секрет производства долгое время оставался загадкой для Европы. Мягкий фарфор был получен в Италии (Флоренция) в конце XVI века, а твердый — в Германии (Мейсен) в начале XVIII века. В России над разгадкой тайны фарфора работал М. В. Ломоносов. В 1744 году в Петербурге был открыт фарфоровый завод, где уже около 1747 года Д. И. Виноградову удалось получить твердый фарфор из отечественного сырья.
Твердый и мягкий фарфор различаются составом и температурой обжига. Твердый фарфор, применяемый для посуды и технических изделий (например, электроизоляторов), обжигается при температуре до 1450°C. Мягкий фарфор, используемый преимущественно для художественных целей, обжигается при более низких температурах (около 1300°C). Фарфор может быть глазурованным или неглазурованным (бисквит). Помимо эстетической ценности, фарфор обладает химической стойкостью, твердостью и отличными диэлектрическими свойствами, что делает его востребованным в химической промышленности, электротехнике и электронике.
Фаянс изготавливается из того же сырья, что и фарфор, но по другой технологии обжига. Он отличается пористостью и водопоглощением, поэтому фаянсовые изделия всегда покрывают водонепроницаемой глазурью. Этот материал, известный еще со времен Древнего Египта, сегодня используется для производства столовой посуды, а также облицовочных плиток и санитарно-технического оборудования в строительстве.
Роль керамики в современном мире и будущее
Керамика проникла практически во все сферы человеческой жизни и деятельности: от быта и медицины до ракетостроения, радиотехники и металлообработки. Она украшает наш дом в виде изящного фарфора и помогает в промышленности, где керамические резцы успешно конкурируют с инструментами из самых твердых сплавов. Этот материал способен выдерживать экстремальные температуры и воздействие агрессивных химических сред.
Значение керамики как конструкционного материала продолжает расти. Ученые и инженеры прогнозируют, что в ближайшие десятилетия появятся новые прорывные применения. Например, еще в конце XX века ожидалось создание автомобильного двигателя, все детали которого будут выполнены из керамики, что открывает перспективы для повышения эффективности и долговечности.