Використання кераміки – як, де і навіщо? Люди вперше почали виготовляти кераміку тисячі років тому (кераміка, скло, цегла є одними з найстаріших матеріалів, які винайшла людина), і ми сьогодні все ще розробляємо нові керамічні матеріали, такі як каталітичні перетворювачі для сучасних машин і високотемпературних надпровідників для майбутніх комп’ютерів.

Існує дуже велика різниця між старовинною, загальноприйнятою керамікою, такою як цегла і скло, та сучасною, інженерною керамікою, яка іноді має суто специфічне призначення, як фільтрація сажі з брудного дизельного двигуна вантажівки або свердло, що працює в п’ять разів довше. Частково це пов’язано з тим, що вчені поділяють кераміку на два види: традиційну і передову (або інженерну) кераміку.

Цегла, кераміка, скло, порцеляна, плитка, цемент та бетон – це наша класична, перевірена часом кераміка. Хоча всі вони мають різне призначення, все одно це універсальні матеріали.

Візьміть плитку, наприклад. Ми можемо використати її всередині наших будинків або зовні; на стінах, підлозі або даху. Візьмемо скло, яке ми вставляємо у вікна або використовуємо як екран смартфона – ми можемо навіть пити шампанське зі скляного фужера. Стародавня кераміка, яку винайшли наші предки, в наш час знаходить все нові та нові способи використання.

На відміну від сказаного вище, сучасна кераміка – це та, які була розроблена (переважно з початку 20 ст.) для вузько спеціалізованого застосування. Наприклад, нітриди кремнію та карбіди вольфраму призначені для виготовлення дуже важких, високопродуктивних ріжучих інструментів, хоча вони також мають інше застосування.

Найсучаснішою модифікованою керамікою є оксиди металів, карбіди та нітриди, що означає, що вони є сполуками, утвореними шляхом об’єднання атомів металу з атомами кисню, вуглецю або азоту.

Так, наприклад, у нас є карбід вольфраму, карбід кремнію та нітрид бору, які є твердою керамікою, що призначена для розрізання; оксид алюмінію (глинозем) та діоксид кремнію використовуються для виготовлення інтегральних мікросхем (“мікрочипів”); а оксид літію-кремнію використовується для створення теплозахисних конусів на космічних ракетах. Високотемпературні надпровідники виготовляють з кристалів ітрію, барію, міді та кисню.

Як ми бачимо, найважливішою властивістю кераміки є те, що вони вогнетривка. Просто згадайте, більшість з нас має кухню і ванну, викладену плиткою, тому що вона міцна, водонепроникна, в основному стійка до подряпин, і має гарний вигляд і після довгих років використання.

Враховуючи ці властивості, сучасні інженери також поставили керамічні плитки на космічних ракетах, щоб захистити їх від спеки, коли вони повертаються на Землю.

Отже, кераміка є термостійкою, дуже твердою, довговічною, хімічно інертною, не має магнітних властивостей. Але водночас кераміка має і суттєвий недолік – вона є дуже крихкою.

Наприклад, реактивний двигун літака – це пристрій, який працює внаслідок спалювання паливних сумішей при високих температурах. Необхідність витримати неймовірні температури пояснює, чому компоненти двигунів часто виготовляють із кераміки. Саме з тієї ж причини 31 000 керамічних плиток була використана на вже списаному космічному шатлі, щоб захистити його від загоряння по дорозі назад до Землі з космосу.

Однак навіть в нашому сучасному світі пластмаса, цегла, скло, цемент, бетон, порцелянова плитка залишаються сировиною, що використовується при зведенні будинків. Інструменти, що використовуються на будівельних майданчиках, також часто виготовляють з кераміки.

Якщо ви ріжете скло, свердлите отвори в плитці, подрібнюєте бетон або розпилюєте цеглу, інженерна кераміка (вольфрам або карбід кремнію) допоможе вам надати форму традиційній кераміці, і вона зробить це краще, ніж традиційні інструменти зі сталі.

Проте кераміка – це не завжди ріжучі інструменти, найчастіше ми її взагалі не помічаємо, особливо коли керамічні деталі ховаються всередині електричного та електронного обладнання. Хоча для транспортування електрики використовують провідникові метали, такі як мідь, для ізоляції високовольтних електричних мереж нам потрібна кераміка.

Іноді кераміка одночасно ізолює нас від електрики та тепла: нагрівальні елементи часто ховають в керамічні ручки, електричні кухонні плити виготовляють з високоефективного керамічного скла, а лампи розжарювання мають скляну оболонку.

Використання кераміки у світі медицини також дуже поширене. П’єзоелектричні перетворювачі, які створюють ультразвукові хвилі, що використовуються при скануванні вагітності, зубні протези з фарфору, кісткові імплантати з нітриду кремнію, які розроблені настільки розумними, що вони сприяють природному зростанню кісток. Список можна продовжувати.

Кераміка – повсюди. Людина є настільки винахідливою істотою, що змогла придумати найрізноманітніші способи застосування навіть такому звичайному матеріалу, з якого зроблена чашка для кави.