MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Materiały ceramiczne – wiadomości 

podstawowe

 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

 

Ceramika  i  szkło 

należą  do  materiałów 

inżynierskich    z  jednej  strony  najstarszych 

najwcześniej  stosowanych  przez  człowieka, 

charakteryzujących  się  największą  odpornością 

na  działanie  środowiska,  a  z  drugiej  strony  są 

to 

najbardziej 

nowoczesne 

materiały 

opracowane 

dla 

przemysłu 

lotniczego, 

kosmicznego i elektronicznego.  

 

Materiały  ceramiczne  i  szkła  choć  nie  są 

tak  wytrzymałe  jak  metale,  nie  mają  sobie 

równych, jeżeli chodzi o odporność korozyjną i 

odporność na ścieranie.  

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

 

Ceramikę

 

stanowią 

materiały 

nieorganiczne  o  jonowych  i  kowalencyjnych 

wiązaniach  międzyatomowych,  wytwarzane 

zwykle w wysokotemperaturowych procesach 

związanych  z  przebiegiem  nieodwracalnych 

reakcji. 

 

Pomimo  tego  do  tej  grupy  materiałów 

zaliczane  są  również  szkła  oraz  beton  i 

cement,  chociaż  przy  ich  wytwarzaniu 

zachodzą nie wszystkie z tych procesów. 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

 

Materiały  ceramiczne  należą 

do 

najwcześniej 

wytwarzanych 

materiałów 

przez 

człowieka. 

Krzemienne 

narzędzia 

oraz 

materiały  budowlane  z  kamienia  i 

gliny  były  wykorzystywane  już    w 

czasach 

prehistorycznych. 

Najstarsze  ze  znanych  wyrobów 

ceramicznych  pochodzą  z  mezolitu, 

a szersze wytwarzanie ozdobnych  i 

użytkowych  wyrobów  ceramicznych 

rozpoczęło  się  około  10  000  lat 

temu.  

  

Naczynie 

dwuuszne 

Anatolia  
(2750-2300 p.n.e.)

.

  

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

790 000 p.n.e. – ogień – Rów Jordanu, 
11 000 p.n.e. – ceramika – Japonia  
6200 p.n.e. – cegła suszona - Jerycho  
6000 p.n.e. – koło  
4000 p.n.e. – 

początki warzenia piwa  

Wynalazki prehistoryczne  

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Podstawowe własności materiałów ceramicznych 

•korzystny stosunek masy do objętości, 
•biokompatybilność 
•wysoka temperatura topnienia, 
•duża odporność korozyjna, 
•duża stabilność termiczna oraz wytrzymałość mechaniczna  
•wysoka wytrzymałość na ściskanie 
•w podwyższonej temperaturze (żaroodporność, żarowytrzymałość), 
•wysoka kruchość, twardość i związana z nią odporność na ścieranie, 
•mała przewodność cieplna i elektryczna. 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Podstawowe własności materiałów ceramicznych 

RODZAJ CERAMIKI 

T

topnienia 

[˚C] 

METALE 

ŻAROODPORNE 

Węglik hafnu HfC 

4150 

Węglik tantalu TaC 

3850 

Grafit C 

3800 

Węglik cyrkonu ZrC 

3520 

Węglik niobu NbC 

3500 
3370 

Wolfram W 

Azotek tantalu TaN 

3350 

Borak hafnu HfB

2

 

3250 

Węglik tytanu TiC 

3120 

Tlenek toru ThO

2

 

3110 

Borek cyrkonu ZrB

2

 

3060 

Borek tantalu TaB

2

 

3000 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Podstawowe własności materiałów ceramicznych 

RODZAJ CERAMIKI 

T

topnienia 

[˚C]  METALE ŻAROODPORNE 

2996 

Tantal Ta 

Borek tytanu TiB

2

 

2980 

Węglik wolframu WC 

2850 

Tlenek magnezu MgO 

278 

Tlenek cyrkonu ZrO

2

 

2770 

Azotek boru BN 

2730 

2622 

Molibden Mo 

Tlenek berylu BeO 

2570 

Węglik krzemu SiC 

2500 

2468 

Niob Nb 

Węglik boru B

4

C 

2450 

Tlenek glinu Al

2

O

3

 

2050 

Tlenek chromu Cr

2

O

3

 

1990 

Krzemian magnezu 

2MgO•SiO

2

 

1830 

1800 

Tytan Ti 

1772 

Platyna Pt 

Krzemionka (krystobalit) 

SiO

2

 

1715 

Tlenek tytanu TiO

2

 

1605 

1527 

Żelazo Fe 

1490 

Kobalt Co 

1455 

Nikiel Ni 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

 

Postęp odnotowany w obszarze materiałów ceramicznych 

sprawił,  że  ceramiki  z  natury  kruche,  w  postaci  niektórych 

kompozytów  z  osnową  ceramiczną,  np.  Si

3

N

4

  -  SiC, 

charakteryzują  się  odpornością  na  pękanie  większą  od 

niektórych metali.  

 

Chociaż  większość  materiałów  ceramicznych  jest 

dobrymi  izolatorami  elektrycznymi  i  cieplnymi,  to  SiC  i  AlN 

mają przewodność cieplną zbliżoną do metali, a FeO i ZnO są 

półprzewodnikami. 

Wiadomości ogólne 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Ogólna klasyfikacja materiałów ceramicznych  

(opracowano według K.G. Budinskiego) 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Zastosowanie głównych grup materiałów ceramicznych 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

 

W  przeciwieństwie  do  metali  wytrzymałość 

materiałów  ceramicznych  i  szkieł  może  się  zmniejszać  z 

upływem  czasu  bez  działania  naprężeń  cyklicznych,  co 

nazywamy zmęczeniem statycznym  

 

Natomiast  stosowanie  materiałów  ceramicznych  w 

wysokich  temperaturach  w  połączeniu  z  ich  wrodzoną 

kruchością  sprawia,  że  pojawia  się  problem  pękania 

spowodowanego  szybkimi  zmianami  temperatury  tzw. 

szokiem cieplnym.

  

 

Zaletą 

wynikającą 

z 

charakteru 

wiązań 

międzyatomowych  jest  to,  że  ceramiki  są  twarde,  a  zatem 

są  one  odporne  na  zarysowania  lub  wgniecenia  i  dlatego  są 

odpowiednie  do  zastosowania  jako  materiały  o  dobrej 

odporności  na  ścieranie  i  jako  materiały  ścierne  do  cięcia, 

szlifowania i polerowania metali. 

MATERIAŁY CERAMICZNE I KOMPOZYTOWE 

 

Przełom gruboziarnistej 

ceramiki narzędziowej Al

2

O

3

. 

Mikroskop skaningowy; 

powiększenie 4000 razy  

Przełom drobnoziarnistej 

ceramiki narzędziowej Al

2

O

3

. 

Mikroskop skaningowy; 

powiększenie 4000 razy  

Ceramika 

gruboziarnista 

z 

dużymi 

ziarnami  

o wymiarach 50 -150 μm uzyskuje wytrzymałości na zginanie 

70 MPa. 

  W  przypadku  ceramiki  drobnoziarnistej  z  ziarnami  o 

wymiarach 2 μm może uzyskać wytrzymałość na zginanie nawet 

do 450 MPa.