Keraamit ja komposiitit

Transkriptio

1 Keraamit ja komposiitit MATERIAALIT JA TEKNOLOGIA, KE4 Määritelmä, keraami: Keraami on yleisnimitys materiaaleille, jotka valmistetaan polttamalla savipohjaista (alumiinisilikaatti) ainetta kovassa kuumuudessa. Nykyään puhutaan korkean teknologian keraameista erotuksena perus savi- ja keramiikkatuotteista Keraamit ovat kovia, sekä kulutusta ja lämpöä kestäviä materiaaleja. Esimerkiksi lavuaarit, WC-istuimet jne. Keraameissa atomit ovat sitoutuneet joko ionisella tai kovalenttisella sidoksella, riippuen siitä mitä alkuaineita keraamissa on. Joissakin on molempia sidostyyppejä. Keraameilla on metalleihin verrattuna mm. seuraavia etuja: - Mekaaninen kestävyys - Materiaalin keveys - Korroosion kestävyys - Korkea sulamispiste Ominaisuuksien vertailua. Karbidilamppu ja karbiditerä. Monissa keraameissa on silikaatteja eli piihapon suoloja. Mitä ovat silikaatit? 1

2 Maankuoressa useimmat mineraalit ovat piidioksidia SiO 2 tai sen johdannaisia. Piidioksidi on hapan oksidi ja se muodostaa piihappoa H 4 SiO 4 (pysymätön). Piihapon suolat ovat silikaatteja, jotka jaetaan kidekemiallisen rakenteen erilaisuuksien perusteella: 1. Jalosilikaatit, 2. Rengassilikaatit, 3. Ketjusilikaatit, 4. Nauhasilikaatit, 5. Verkkosilikaatit, 6. Hohkasilikaatit Huom. Rakenneyksikkö on aina SiO 4 4 vaikka kaava olisi mikä tahansa. 1. jalosilikaatit SiO 4 4 -ryhmä ei ole sitoutunut toiseen SiO ryhmään. 2. Rengassilikaatit Vähintään kolme SiO ryhmää on liittynyt renkaaksi niin, että neljästä hapesta kaksi on yhteisiä. 2

3 3. Ketjusilikaatit SiO 4 4 -ryhmät ovat liittyneet yhteen yhdellä yhteisellä hapella, muodostavat äärettömän pitkiä ketjuja. 4. Nauhasilikaatit Kaksi ketjua on liittynyt yhteen, muodostavat äärettömiä kaksoisketjuja. 5. Verkkosilikaatit Muodostavat äärettömän kaksi-dimensionaalisen verkon. Verkkojen välissä ovat muut metallit. 6. Hohkasilikaatit Silikaatit ovat liittyneet toisiinsa kolmiulotteisesti. Kvartsi täydellisin, ei vieraita alkuaineita. 3

4 Määritelmä, komposiitti: Komposiitti on kahden tai useamman materiaalin (metalli, puu, muovi tai keraami) yhdistelmä, jossa materiaalit toimivat yhdessä, mutta eivät ole liuenneet tai sulautuneet toisiinsa. Eli lähtöaineiden ominaisuuksia yhdistellään niin, että tulos on enemmän kuin osiensa summa. Kevyitä ja kestäviä. Kestävät hyvin korroosiota. Helposti muokattavia ja muotoiltavia. Sähkön- ja lämmönjohtokykyä voidaan muunnella. Hyvä kemiallinen kestävyys Lämpölaajenemista voidaan säädellä. 4

5 Komposiittikypärä ja erilaisia liittimiä. Keraameilla ja komposiiteilla on myös huonoja puolia: Keraamit ovat hauraita. Keraameissa atomit eivät pääse liukumaan toistensa ohitse niin kuin metalleissa. Lisäksi keraamien tuotantokustannukset (valmistus korkeissa lämpötiloissa) ovat kalliita. Komposiittien haittana on, etteivät ne hajoa luonnossa. Ne pitää siksi kierrättää ja/tai uusiokäyttää hyvin. Lopuksi hieman lisätietoa ja täydennystä perinteisiin materiaaleihin. Kalkkikivi, marmori ja liitu ovat kaikki kiteytynyttä CaCO 3 :a eli kalsiumkarbonaattia. Siis hiilihapon H 2 CO 3 kalsiumsuoloja. Mihin ilmiöön perustuu laastin käyttö rakennusaineena? Mitä ovat sementti ja betoni? Sementti on kalkkikiven, saven ja veden sekoitus. Betoni on sementin, kiviaineksen ja veden seos. Määritelmä, lasi: Lasi on seos kvartsihiekasta (eli SiO 2 ), kalkkikivestä (eli CaCO 3 ), ja soodasta (eli Na 2 CO 3 ). Lasi on amorfinen aine eli ei ole säännöllistä kide(hila)rakennetta eikä siten tarkkaa sulamispistettä. (Älä sekoita käsitteitä amfoteerinen&amfolyytti sekä amorfinen.) 5

6 Määritelmä, amorfinen aine, allotropia ja amfolyytti: Amorfinen aine on aine, jolla ei ole säännöllistä kide(hila)rakennetta eikä siten tarkkaa sulamispistettä. Amfolyytti on aine, joka voi toimia happona tai emäksenä, esim. vesi, aminohapot jne. Muista allotropia tarkoittaa ilmiötä, jossa sama alkuaine esiintyy useammassa muodossa sama. 6