Tehnološki materijali današnjice

1. staklo

2. cement

3. keramika

opsidijan

• = staklena stijena (mineral)

• prirodno nastala kombinacija oksida staljenih velikom vulkanskom toplinom i ostakljenih brzim hlađenjem na zraku

1. Staklo

• = pothlađena tekućina amorfnog sastava

• koristi se od davnina

• dobiva se taljenjem sode, vapnenca i kvarcnog pijeska

proizvodnja običnog (natrijevog) stakla

• može se prikazati jednadžbom:

Najčešći staklotvorni oksidi:

• borov oksid B2O3

• silicijev(IV) oksid SiO2

• olovov(IV) oksid PbO2

• germanijev(IV) oksid GeO2

• fosforovi oksidi P2O5 i P2O3

• arsenovi oksidi As2O5 i As2O3

• antimonovi oksidi Sb2O3 i Sb2O5

• vanadijev oksid V2O5

• niobijev(V) oksid Nb2O5

• tantalov(V) oksid Ta2O5

Svojstva stakla

• prozirnost

• propuštanje vidljive svjetlosti

• refleksija svjetlosti

• apsorpcija

• lom (optički indeks loma kroz cijeli je stakleni predmet jednak)

• disperzija

Stakla su

• električni izolatori

• kemijski otporna na kiseline (osim HF i H3PO4)

• neotporna na jake lužine

• sva svojstva ovise prije svega o kemijskom sastavu određene vrste stakla

Staklo je

• amorfna krutina koja nema točno definiran kemijski sastav

• zbog toga nema ni određeno talište• već se zagrijavanjem polako omekšava, što

omogućuje njegovu obradu:• puhanjem• lijevanjem u kalupe• izvlačenjem• prešanjem

Kristalno staklo

• dobiva se ako se kalcijev oksid djelomično zamijeni olovovim(II)oksidom

• teško olovno staklo ima velik indeks loma svjetlosti pa je takvo staklo blistavo

• brušenjem se sjaj još pojačava

• rabi se za izradu leća, kristalnih čaša, vaza, nakita…

češki kristal je sastavom kalijevo-kalcijevo staklo

Fotoosjetljiva (fotosenzibilna) stakla

• koriste se za izradu naočala

• sadrže AgCl koji se pod utjecajem Sunčeva svjetla raspada

• atomi srebra u staklu zatamnjuju ga

Svjetlovodi ili optička vlakna

• su telekomunikacijski vodovi za optički prijenos signala

• to su prijenosni medij za elektromagnetske valove visokih frekvencija (1012 – 1015 Hz) koji omogućava prijenos velikog broja informacija

• prekooceanski svjetlosni telefonski kablovi omogućuju istodobno 40 000 telefonskih razgovora

osnovna sirovina

• je kvarc, tj. najčišće silicijevo staklo• presjek vlakna je 1-3μm• zbog totalne refleksije svjetlost putuje kroz

svjetlovod bez raspršenja• prijenos signala je jednosmjeran• na jednoj strani – optički predajnik

(svijetleća ili laserska dioda)• na drugoj strani – optički prijemnik

(fotoosjetljiva dioda)

2. Cement

• = hidraulično građevinsko vezivo otporno na vodu

• pomiješan s vodom stvrdne se i na zraku i pod vodom

• proizvodi se toplinskom obradom sirovine – smjese vapnenca i gline

glavni sastojci cementa:

• kalcijev oksid

• silicijev(IV) oksid

• aluminijev oksid

• željezov(III) oksid

PC – portlandski cement

• najpoznatija vrsta cementa

• patentiran u Engleskoj 1824.

• vapnenac i glina u omjeru 3 : 1

• prirodna sirovina za proizvodnju može biti i lapor – smjesa kalcijevog i silicijevog te u manjoj mjeri željezovog, aluminijevog i magnezijevog oksida

HM – hidraulični modul

• = mjera za kemijski sastav sirovine za proizvodnju PC (standard: 1,7-2,1)

Beton

• = smjesa cementa, pijeska i šljunka s vodom

• hidratacijom cementa dobiva se kameni agregat visoke čvrstoće koja se s vremenom još i povećava

• čvrstoća se još dodatno može povećati i umetanjem željeznih šipki (armirani beton)

• uporaba: izgradnja kuća, cesta, mostova, vodenih brana…

3. Keramika

• grč. keramike tehne = pečenje gline

• keramički proizvodi poznati još iz prapovijesti

• oni su najdragocjeniji izvor arheoloških podataka

• tradicionalna (silikatna) keramika – proizvodnja predmeta dobivenih pečenjem gline na visokim temperaturama

Glina

• je smjesa hidratiziranih alumosilikata,

• kvarcnog pijeska

• vapnenca

• željezovih oksida

Zemljina kora bogata je

• mineralima tzv. glinencima:

Svojstva gline

• upijanje velikih količina vode (do 80%)

• plastičnost

• ljepljivost

• stezanje pri sušenju

• zadržavanje oblika nakon žarenja

Vrste gline

• kaolin ili porculanska zemlja – čisti kaolinit

• lončarska glina – kaolin s primjesama

• ilovača – kaolin s puno primjesa kvarcnog pijeska, željezovog oksida, vapnenca

Tradicionalna keramička proizvodnja

• obuhvaća:• pročišćavanje gline izmuljivanjem• pripremu smjese od gline, pijeska i vode• ručno ili strojno oblikovanje dobivenog

tijesta• sušenje predmeta• pocakljivanje• pečenje

Fina keramika

• terakota

• fajansa

• majolika

• kamenina

• porculan

• dobivaju se promjenom sastava smjese i temperature pečenja te pocaklivanjem

Porculan

• je najplemenitija keramika

• temeljne sirovine:

• glina (daje plastičnost)

• kvarc (daje tvrdoću, vatrostalnost i kemijsku otpornost)

• i glinenac (daju staklastost)

• glavni sastojci: silicijev, aluminijev, magnezijev, kalijev i natrijev oksid

Svojstva porculana

• bjelina

• prozirnost

• neporoznost

• velika tvrdoća

• kemijska otpornost

uporaba:

• servisi za jelo

• vaze

• ukrasni predmeti

• kemijsko posuđe

• sanitarni materijal

• izolacijski materijal u elektrotehnici

tzv. moderna keramika

• = nemetalni, anorganiski čvrsti materijali dobiveni obradom na visokim temperaturama

• kemijski: oksidi, nitridi, karbidi ili kompoziti s metalima i plastikom

• kontroliran sastav i mikrostruktura

svojstva:

• tvrdoća,

• negorivost,

• vatrostalnost

• kemijska otpornost

uporaba u industriji:

• metalurgija – vatrostalni materijali za izradbu obloga u pećima za taljenje

• strojna i automobilska industrija – materijali za brušenje, poliranje, rezanje, dijelovi automobilskih motora

• svemirska i avionska industrija – ventili, mlaznice, turbine• elektrotehnika – izolacijski materijali, kondenzatori• elektronika – mikroelektronički elementi• medicina – biokeramike (umjetni zubi i kosti)• nuklearna tehnologija – nuklearna goriva, imobilizacija

visokoradioaktivnog otpada

Staklokeramika

• keramika koja ne nastaje uobičajenim procesima pečenja keramike

• uz djelomičnu, nadziranu kristalizaciju odgovarajućeg stakla

• sirovine – iste kao i za proizvodnju stakla

svojstva:

• koeficijent termičkog rastezanja ~ 0

• neporoznost

• vatrostalnost

• ti se materijali mogu zagrijati do crvenog usijanja i zatim uroniti u hladnu vodu a da se ne rasprsnu

Glavni sastojci:

• oksidi:

• silicija

• litija

• magnezija

• aluminija