"Keramos" – значит обожженный материал

Керамики можно определить как неорганические вещества с ионной и ковалентной межатомной связью.

Это слово происходит от наименования района древних Афин - "Сerami", где гончары производили свои товары. К традиционным керамикам относят как изделия керамической промышленности – глиняную посуду, фарфор, фаянс, черепицу и кирпичи, так и сырьё для их производства. Главным сырьём служит обыкновенная глина, состоящая из небольших кристаллов гидратированных алюмосиликатов, т.е. соединений, содержащих в различных пропорциях Al2O3, SiO2 и H2O. После формовки посредством пластической деформации керамические изделия обжигаются при высокой температуре для того, чтобы удалить воду и обеспечить условия для протекания различных реакций. Микроструктура готовых изделий состоит из кристаллов тугоплавких компонентов, заключенных в стеклообразную (некристаллическую) матрицу. Сам материал представляет собой сложную гетерогенную неравновесную систему, которая с трудом поддаётся контролю. В производстве керамики до сих пор искусство и опыт играют важную роль. Специалисты по физике твёрдого тела только приступили к объяснению свойств керамик, исходя из свойств отдельных фаз.

В настоящее время термин "керамика" приобрёл более широкое значение. Кроме традиционных материалов, изготавливаемых из естественной глины, этим термином обозначают новые керамики, например, очень чистые и плотные простые оксиды, карбиды, нитриды, графит, керметы (керамики в металлической матрице), стёкла (аморфные оксиды) и стеклокерамики, бетон (в ряде случаев такие материалы, как бетон и стекло, не относят к керамикам, так как эти вещества не подвергаются высокотемпературному обжигу и в них, следовательно, не протекают необратимые реакции, характерные для других перечисленных групп материалов).

Физические и механические свойства керамик определяются характером химической связи и кристаллической структурой. Керамики характеризуются высокой твёрдостью, жёсткостью, относительно высоким пределом прочности на сжатие и недостатком пластичности. Химические связи в керамиках весьма прочны, поэтому керамики характеризуются также высокими температурами плавления и химической устойчивостью (см. таблицу).

Керамика tпл.,°С
Карбид гафния HfC ~4150
Карбид тантала ТaС 3850
Графит С 3800*
Карбид циркония ZrС 3520
Карбид ниобия NbС 3500
Нитрид тантала TaN 3350*
Борид гафния HfB2 3250
Карбид титана TiC 3120
Оксид тория ThO2 3110
Борид циркония ZrB2 3060
Борид тантала TaВ2 3000
Борид титана TiB2 2980
Карбид вольфрама WC ~2850
Оксид магния MgO 2798
Оксид циркония ZrO2 2770
Нитрид бора BN 2730*
Оксид бериллия BeO 2570
Карбид кремния SiC 2500
Циркон ZrO·SiO2 2495
Карбид бора B4C 2450
Оксид алюминия Al2O3 2050
Оксид хрома Cr2O3 1990
Торстерит 2MgO·SiO2 1830
Муллит 3Al2O3·2SiO2 1810
Оксид кремния (кристобалит) 1715
Оксид титана TiO2 1605

* Вещество сублимирует

Отсутствие свободных электронов служит причиной того, что керамики, как правило, плохо проводят электричество и тепло. Поэтому керамики широко используются в электротехнике как диэлектрики. В некоторых керамиках взаимодействие, существующее между диполями, ведёт к спонтанной ориентации диполей и явлению сегнетоэлектричества. Подобное взаимодействие между магнитными диполями, существование которых связано со спином электронов, ведёт к ферримагнетизму целого класса керамик (ферритов). Наличие примесей в ряде керамик приводит к возникновению в так называемой "запрещённой зоне" дополнительных энергетических уровней и примесной полупроводимости. Такие керамики могут также поглощать падающее на них излучение, а затем вновь испускать его в виде когерентного пучка. Такие материалы являются активными элементами лазеров и мазеров.

Благодаря уникальности своих свойств современные керамики получили заслуженное признание и самое широкое распространение в самых различных отраслях науки и техники.