Χαρακτηριστικά, ιδιότητες και εφαρμογές των κεραμικών υλικών

Τα κεραμικά υλικά (Ceramics) είναι ενώσεις μεταξύ μετάλλων και αμετάλλων, συνήθως οξείδια, νιτρίδια και καρβίδια. Ωστόσο, ο όρος κεραμικά υλικά έχει ευρύτερη χρήση και περιλαμβάνει όλα τα ανόργανα, μη μεταλλικά, υλικά που έχουν υποστεί θερμική κατεργασία σε υψηλές θερμοκρασίες (>1000°C) είτε κατά την επεξεργασία ή κατά την εφαρμογή τους.

Τα κεραμικά υλικά ταξινομούνται σε: (α) Παραδοσιακά κεραμικά (Traditional Ceramics) και (β) Προηγμένα κεραμικά (Advanced Ceramics). Στα παραδοσιακά κεραμικά κατατάσσονται τα αντικείμενα από πηλό, τα κεραμίδια και τα τούβλα. Στα κεραμικά περιλαμβάνονται επίσης το τσιμέντο και το γυαλί.

Ως προηγμένα κεραμικά αναφέρονται υλικά τα οποία είναι χρήσιμα για τις ηλεκτρικές, ηλεκτρονικές, οπτικές ή μαγνητικές ιδιότητες τους. Στην κατηγορία αυτή κύριοι εκπρόσωποι είναι τα οξείδια (π.χ. Al₂O₃, SiO₂ ,V₂O₅,TiO₂, ZrO₂), τα καρβίδια (π.χ. SiC, VC, B₄C), τα νιτρίδια (π.χ. Si₃N₄, BN), τα σύνθετα υλικά με ενίσχυση (π.χ. WC/Co, Al₂O₃/Co), τα βορίδια (π.χ. Nd₂Fe₁₄B) και τα λειαντικά (κεραμικά εκτριβής).

Εν γένει, τα κεραμικά υλικά είναι σκληρά, άκαμπτα και παρουσιάζουν αντοχές αντίστοιχες με αυτές των μετάλλων. Ωστόσο, δεν είναι όλκιμα, αλλά εξαιρετικά ψαθυρά και άρα ευάλωτα σε θραύση. Είναι καλοί μονωτές της θερμότητας και του ηλεκτρισμού αλλά παρουσιάζουν εξαιρετική ανθεκτικότητα σε υψηλές θερμοκρασίες και σε έντονες συνθήκες (π.χ. σε έντονα διαβρωτικό περιβάλλον).

Πιο συγκεκριμένα, οι βασικές ιδιότητες των παραδοσιακών κεραμικών είναι η χαμηλή μηχανική αντοχή, χαμηλή αντοχή σε θλίψη, χαμηλή δυσθραυστότητα, χαμηλό μέτρο ελαστικότητας, μέτρια θερμοκρασία χρήσης (<1100^oC), μέτρια αντοχή σε διάβρωση και μηχανική φθορά και χαμηλό κόστος. Αντίστοιχα, οι βασικές ιδιότητες των προηγμένων κεραμικών είναι η υψηλή μηχανική αντοχή και αντοχή σε θλίψη, χαμηλή έως μέτρια δυσθραυστότητα, υψηλό μέτρο ελαστικότητας, υψηλή θερμοκρασία χρήσης (>3000^οC), υψηλή αντοχή σε διάβρωση και μηχανική φθορά και μέτριο έως υψηλό κόστος.