ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Δρ.-Μηχ. Άγγελος Μαρκόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών

ΚΕΡΑΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Δρ.-Μηχ. Άγγελος Μαρκόπουλος Λέκτορας ΕΜΠ Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών

ΚΕΡΑΜΙΚΑ - CERAMICS Ο όρος κεραμικό υποδηλώνει το υλικό που έχει αποκτήσει τις ιδιότητές του με έψηση (επεξεργασία σε υψηλή θερμοκρασία). Αφορά ανόργανα και μη-μεταλλικά υλικά που είναι κυρίως ενώσεις μεταλλικών με μη-μεταλλικά στοιχεία. Τα υλικά αυτά είναι γνωστά από την αρχαιότητα και μέχρι και πριν 50 χρόνια περίπου ο όρος «κεραμικά υλικά» χρησιμοποιούνταν για να περιγράψει τα υλικά προερχόμενα από αργιλικές πρώτες ύλες (κυρίως οξείδια - παραδοσιακά κεραμικά). Τα προηγμένα κεραμικά (νιτρίδια, καρβίδια, βορίδια κ.α.) έχουν εντυπωσιακή εξάπλωση και πάμπολλες χρήσεις. 2

ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ 3

ΜΕΓΕΘΟΣ ΑΓΟΡΑΣ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ Παραδοσιακά vs Προηγμένα Λόγοι Εξέλιξης Υλικών 1. Ανταπόκριση σε τεχνολογική ανάγκη, π.χ. μηχανική αντοχή, φθορά, διάβρωση, θερμοκρασία χρήσης κ.α. 2. Μείωση κόστους παραγωγής και χρήσης 3. Μείωση περιβαλλοντικών επιπτώσεων 4. Αύξηση προστασίας και ασφάλειας 5. Αύξηση απόδοσης 6. Αντικατάσταση άλλων, σπανίων υλικών 6

ΚΕΡΑΜΙΚΑ VS ΜΕΤΑΛΛΑ Πλεονεκτήματα Η σχετικά χαμηλή τους πυκνότητα. Το υψηλό σημείο τήξης τους. Το υψηλό μέτρο ελαστικότητάς τους. Η χαμηλή θερμική και ηλεκτρική τους αγωγιμότητα. Η καλή τους αντίσταση σε θλίψη. Η πολύ υψηλή τους σκληρότητα. Η πυρίμαχη, η αντιδιαβρωτική και η αντιτριβική τους συμπεριφορά. 7

ΚΕΡΑΜΙΚΑ VS ΜΕΤΑΛΛΑ (2) Μειονεκτήματα 1. Η μικρή τους αντίσταση σε εφελκυσμό. 2. Η ευθραυστότητά τους. 3. Το υψηλό κόστος παραγωγής ορισμένων από αυτά. 4. Η εύκολη διάδοση των ρωγμών. 5. Η μεγάλη επίδραση της μικροδομής, των δευτερευουσών φάσεων και του πορώδους στην αντοχή σε θραύση και στις φυσικές τους ιδιότητες. 6. Η μικρή αντοχή τους σε κόπωση, λυγισμό και κρούση. 7. Η έλλειψη ειδικών μεθόδων μη καταστροφικών δοκιμών για τον έλεγχό τους. 8

ΔΟΜΗ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ Τα κεραμικά υλικά αποτελούνται από τουλάχιστον δύο στοιχεία και οι κρυσταλλικές τους δομές είναι πιο σύνθετες από των μετάλλων. Οι δεσμοί μεταξύ ατόμων στα υλικά αυτά είναι από καθαρώς ιοντικοί έως ομοιοπολικοί. Πολλά κεραμικά εμφανίζουν συνδυασμό αυτών των δύο τύπων δεσμού. Από το είδος δεσμού που επικρατεί επηρεάζονται η κρυσταλλική δομή και οι ιδιότητες του κεραμικού. 9

ΑΤΟΜΙΚΗ ΔΙΕΥΘΕΤΗΣΗ ΣΤΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Στην περίπτωση δεσμού μεταξύ ανόμοιων ατόμων ο μοριακός δεσμός προκύπτει από τη δράση δύο αντιθέτως δρώντων μεγεθών: 1. Της ηλεκτροαρνητικότητας, δηλαδή της δύναμης έλξης των ηλεκτρονίων από τον πυρήνα του ατόμου και 2. Της ικανότητας των ατόμων να μοιράζονται μεταξύ τους τα ηλεκτρόνια. Ανάλογα με τη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ των συνδεόμενων ατόμων, διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις δεσμών: 1. Μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας: Ιοντικός. 2. Μηδενική διαφορά ηλεκτραρνητικότητας: Ομοιοπολικός. 3. Ενδιάμεσες τιμές διαφοράς ηλεκτραρνητικότητας: Μικτός, που είναι και ο συνηθέστερος. 10

ΑΤΟΜΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ Το % ποσοστό ιοντικού χαρακτήρα Ρ διατομικού μορίου που αποτελείται από τα στοιχεία Α και Β δίνεται από τη σχέση: P 16( X A X B) 3.5( X A X B) Όπου τα Χ αντιπροσωπεύουν τις τιμές της ηλεκτροαρνητικότητας κατά Pauling των στοιχείων Α και Β. 2 11

ΤΑ ΙΟΝΤΙΚΑ Ή ΕΤΕΡΟΠΟΛΙΚΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Ionic Ceramics: είναι ενώσεις μετάλλου με αμέταλλο, τα οποία φέρουν ανόμοια ηλεκτρικά φορτία, μεταξύ των οποίων αναπτύσσεται ηλεκτροστατική έλξη, η οποία συνεισφέρει κατά το μεγαλύτερο μέρος στο δεσμό του κεραμικού. Τα κεραμικά µε πυκνότερη διάταξη ιόντων, έτσι που τα θετικά ιόντα να βρίσκονται πλησιέστερα σε αρνητικά, επιδεικνύουν σταθερότερη δομή. Οι συνηθέστερες κρυσταλλικές δομές των ιοντικών κεραμικών είναι η κυβική εδροκεντρωμένη και η μέγιστης πυκνότητας εξαγωνική. 12

ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΕΣ ΔΟΜΕΣ Για τα κεραμικά υλικά που οι δεσμοί μεταξύ ατόμων είναι ιοντικοί, οι κρυσταλλικές δομές μπορούν να θεωρηθούν ότι αποτελούνται από ιόντα. Τα μεταλλικά ιόντα (κατιόντα) είναι θετικά φορτισμένα και τα μη-μεταλλικά ιόντα (ανιόντα), αρνητικά. Δύο χαρακτηριστικά των ιοντικών συστατικών επηρεάζουν την κρυσταλλική δομή των κρυσταλλικών κεραμικών: 1. Το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου κάθε ιόντος, π.χ. CaF 2. 2. Τα σχετικά μεγέθη των κατιόντων και των ανιόντων. 13

ΙΟΝΤΙΚΕΣ ΑΚΤΙΝΕΣ Επειδή τα μεταλλικά στοιχεία χάνουν e όταν ιονίζονται είναι κατά κανόνα μικρότερα από τα ανιόντα. Κατά συνέπεια ο λόγος r c /r a <1. Κάθε κατιόν επιθυμεί να έχει όσο το δυνατόν περισσότερα γειτονικά ανιόντα (και το ανάποδο). Ο αριθμός ένταξης, δηλαδή ο αριθμός των κοντινότερων ανιόντων σε ένα κατιόν, σχετίζεται με τον παραπάνω λόγο. Σταθερές κρυσταλλικές δομές σχηματίζονται όταν τα ανιόντα που περιβάλλουν ένα κατιόν βρίσκονται σε επαφή με αυτό. Για κάθε αριθμό ένταξης υπάρχει ένας κρίσιμος λόγος r c /r a για τον οποίο εξασφαλίζεται επαφή. 14

ΑΡΙΘΜΟς ΕΝΤΑΞΗς 15

ΤΥΠΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΩΝ ΔΟΜΩΝ Τύπου ΑΧ = οι αριθμοί ανιόντων και κατιόντων είναι ίσοι. 1. Δομή ορυκτού άλατος (ο αριθμός ένταξης είναι 6) 2. Δομή Χλωριούχου καισίου (ο αριθμός ένταξης είναι 8) 3. Δομή σφαλερίτη (ο αριθμός ένταξης είναι 4) 16

ΤΥΠΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΩΝ ΔΟΜΩΝ (2) Τύπου Α m X p = εάν τα φορτία ιόντων δεν είναι ίδια και θα διαφέρει και ο αριθμός ανιόντων κατιόντων. 1. Δομή φλουορίτη ΑΧ 2 (r c /r a =0.75, αριθμός ένταξης 8) 17

ΤΥΠΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΩΝ ΔΟΜΩΝ (3) Τύπου Α m Β n X p = για 2 κατιόντα Α και Β. 1. Δομή τιτανικού βαρίου 18

ΤΥΠΟΙ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΩΝ ΔΟΜΩΝ (4) Κρυσταλλικές δομές προερχόμενες από τη διάταξη μέγιστης πυκνότητας ανιόντων. 19

ΤΑ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Είναι ενώσεις δύο αμετάλλων, π.χ. SiO 2, ή καθαρά στοιχεία, π.χ. το διαμάντι. Τα άτομα συνδέονται µε κοινά ζεύγη ηλεκτρονίων της εξωτερικής τους στιβάδας. Συνηθέστερη δομή είναι η κυβική, είτε κρυσταλλική µε δημιουργία αλυσίδων, επίπεδων ή τρισδιάστατων πλεγμάτων, είτε άμορφη. 20

ΑΜΟΡΦΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Όλα τα εμπορικά γυαλιά αποτελούν άμορφα τρισδιάστατα πλέγματα, με βασική μονάδα σταθερά τετράεδρα SiO 4 που ενώνονται μεταξύ τους με διάφορους τρόπους δίνοντας κεραμικά διαφορετικών μικροδομών. 21

ΑΤΕΛΕΙΕΣ ΣΤΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Τα κεραμικά, όπως και τα μέταλλα, παρουσιάζουν ατέλειες 1. Σημειακές: κενό, παρεμβολή, αταξίες Frenkel (κενή θέση κατιόντος και ζεύγος παρεμβολής κατιόντος) και Schottky (ζεύγος κενής θέσης ανιόντος και κατιόντος), απουσία στοιχειομετρίας (δύο καταστάσεις σθένους για ένα είδος ιόντων), προσμίξεις λόγω παρεμβολής ή αντικατάστασης. 2. Γραμμικές: διαταραχές, όρια κόκκων 3. Τριών διαστάσεων: μικρορωγμές, πορώδες. 22

ΠΟΡΩΔΕΣ Οι ατέλειες τριών διαστάσεων είναι οι σημαντικότερες στα κεραμικά. Τα κεραμικά χαρακτηρίζονται από υψηλά ποσοστά πορώδους (20% πορώδες είναι συνήθης τιμή). Το υψηλό πορώδες επηρεάζει την αντοχή των υλικών αυτών σε μηχανικές καταπονήσεις. Διακρίνεται σε μεμονωμένους πόρους (κλειστό πορώδες) και σε διάκενα που δημιουργούνται από συνδεδεμένους πόρους (ανοικτό πορώδες). Η αστοχία τους οφείλεται συνήθως στη γρήγορη διάδωση ρωγμών, που προέρχονται από τη διαδικασία παραγωγής τους ή που εμφανίστηκαν κατά τη χρήση τους εξαιτίας των διαφορετικών συντελεστών θερμικής διαστολής διαφορετικών κόκκων ή φάσεων. 23

ΚΡΑΜΑΤΑ ΚΕΡΑΜΙΚΩΝ Τα κεραμικά, όπως και τα μέταλλα, σχηματίζουν κράματα. Στα μέταλλα επιδιώκεται η βελτίωση της μηχανικής αντοχής, της αντοχής σε κόπωση ή σε διάβρωση. Στα κεραμικά η δημιουργία κράματος έχει σαν σκοπό την αύξηση της πυκνότητας του υλικού κατά το στάδιο της πυροσυσσωμάτωσης του ή τη βελτίωση της αντοχής του σε θραύση. Τα οξείδια έχουν καλή αναμιξημότητα σε υγρή κατάσταση. Κατά την απόψυξη στερεοποιούνται δίνοντας μια ή περισσότερες φάσεις. Τα κεραμικά συστήματα, στη συντριπτική τους πλειοψηφία, αποτελούνται από περισσότερα από ένα κύρια συστατικά και από πλήθος δευτερευόντων τα οποία παίζουν σημαντικό ρόλο στις ιδιότητες του συστήματος. Είναι συνήθως πολυφασικά με περισσότερες από μια κύριες φάσεις και πολλές δευτερεύουσες. 24

ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΦΑΣΕΩΝ Τα διαγράμματα φάσεων αποδίδουν γραφικά τη θερμοδυναμική ισορροπία του συστήματος για συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης, θερμοκρασίας και χημικής σύστασης. Σήμερα, έχουν διερευνηθεί πειραματικά τα διαγράμματα φάσεων ενός μεγάλου αριθμού συστημάτων. Τα διμερή και τριμερή διαγράμματα παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τον αριθμό των φάσεων σε ισορροπία, τη σύσταση κάθε φάσης, τα σχετικά ποσοστά τους και τη μικροδομή του συστήματος. 25

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟς 26

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ 27

ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΥΡΙΤΙΑ-ΑΛΟΥΜΙΝΑ 28

ΤΡΙΜΕΡΕΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ 29

ΠΡΟΗΓΜΕΝΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Από απόψεως χημικής σύστασης και με κριτήριο το βασικό μη μεταλλικό στοιχείο των ενώσεων τους (O, C, N, Β, Si, F), τα προηγμένα κεραμικά κατατάσσονται στις ακόλουθες κύριες κατηγορίες: Οξείδια (Al 2 O 3, ZrO 2, UO 2, πυριτικά γυαλιά). Καρβίδια (SiC, B 4 C, WC, TiC). Νιτρίδια (Si 3 N 4, TiN, AlN, GaN, BN). Βορίδια (ZrB 2, TiB 2 ). Πυριτίδια (MoSi 2, TiSi 2 ). Φθορίδια (CaF 2, LiF). Χαρακτηριστικές ιδιότητες των προηγμένων κεραμικών είναι: Πολύ λεπτή και καλά ελεγχόμενη μικροδομή. Μεγάλη χημική καθαρότητα και μικρός αριθμός φάσεων. Υψηλή σκληρότητα. Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες. Υψηλή αντοχή σε φθορά και διάβρωση. Καλές μηχανικές, ηλεκτρομαγνητικές και οπτικές ιδιότητες, σχετικά μικρή πυκνότητα. Ψαθυρή συμπεριφορά έναντι καταπόνησης και αστοχίας. 30

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΡΟΗΓΜΕΝΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Οξείδια: Αλουμίνα Al 2 O 3 (πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες, υψηλή δυστικτότητα, μονωτικές ιδιότητες), Ζιρκονία ZrO 2, Πυριτία SiO 2. Καρβίδια: του βορίου B 4 C(υψηλή σκληρότητα), του πυριτίου SiC(πολύ καλή συμπεριφορά σε οξειδωτικές συνθήκες και υψηλές θερμοκρασίες). Νιτρίδια: του πυριτίου Si 3 N 4, του βορίου NB-CBN, του Τιτανίου TiN. SiALON (αλουμίνα και νιτρίδιο του πυριτίου που βρίσκεται σε κρυσταλλική μορφή μέσα σε υαλώδη φάση που αποτελείται κυρίως Υ 2 Ο 3 για βελτίωση σε ερπυσμό). Είναι ελαφρύ, με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και πολύ καλή αντοχή σε θραύση. Ενώσεις του Ουρανίου. Ο άνθρακας: διαμάντι, γραφίτης, φουλερένια. Κοινά και κεραμικά γυαλιά (με υψηλό ποσοστό κρυσταλλικής δομής, η οποία οφείλεται σε προσθήκες οξειδίων). 31

ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Τα κεραμικά υλικά είναι κάπως περιορισμένα σε εφαρμογές που εξαρτώνται από τις μηχανικές τους ιδιότητες. Σε θερμοκρασία δωματίου, τα κεραμικά (κρυσταλλικά και μη) πάντοτε θραύονται σε εφελκυσμό προτού συμβεί οποιαδήποτε πλαστική παραμόρφωση (ψαθυρή θραύση). Στα κεραμικά οι ισχυροί δεσμοί που υπάρχουν προσδίδουν στα υλικά μεγάλη στιβαρότητα. Γενικά παρουσιάζουν υψηλό μέτρο ελαστικότητας και αυξημένη σκληρότητα αλλά ταυτόχρονα είναι εύθραυστα, λόγω δυσκολίας μετακίνησης των διαταραχών μέσα στη δομή του υλικού. 32

ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΘΡΑΥΣΗ Τα κεραμικά στερούνται πλαστικής περιοχής και θραύονται με την επιβολή τυχαίου φορτίου. Για το λόγο αυτό πρέπει να εξετάζεται η αρτιότητά τους μετά από κάθε χρήση. Η χαμηλή αντοχή σε θραύση οφείλεται στο γεγονός ότι σχεδόν πάντα έχουν πόρους, μικρορωγμές ή ακαθαρσίες που αποδίδονται σε διάφορες αιτίες. 33

ΨΑΘΥΡΗ ΘΡΑΥΣΗ 34

ΣΚΛΗΡΟΤΗΤΑ Η σκληρότητα μπορεί να εκφραστεί συναρτήσει του μέτρου ελαστικότητας. Για καθαρά μέταλλα η ανηγμένη σκληρότητα (Η/Ε) είναι πολύ χαμηλή, για κράματα υψηλότερη και για κεραμικά ακόμη μεγαλύτερη (Μέσος όρος μετάλλων 1x10-3, κραμάτων μετάλλων 1x10-2, κεραμικών 8x10-2 ). Η σκληρότητα (και η συμπεριφορά σε εφελκυσμό) εξαρτάται από την ευκολία ή δυσκολία κίνησης των διαταραχών στη μάζα του υλικού. Στα καθαρά μέταλλα, ο μεταλλικός δεσμός δημιουργείται από την ηλεκτροστατική έλξη των θετικών ιόντων και του νέφους ηλεκτρονίων. Μια διαταραχή εκτοπίζει τα άτομα κατά τη διεύθυνση των επιπέδων ολίσθησης χωρίς να επηρεάζει τον μεταλλικό δεσμό. Η ευκολία μετακίνησης περιορίζεται από παρεμβολές. 35

ΕΝΩ ΣΤΑ ΚΕΡΑΜΙΚΑ Ομοιοπολικά κεραμικά: τα ηλεκτρόνια που δημιουργούν το δεσμό συγκεντρώνονται στην περιοχή μεταξύ των ατόμων και παρεμποδίζουν την κίνηση των διαταραχών. Μια διαταραχή για να μετακινηθεί πρέπει να σπάσει τους δεσμούς και αυτοί να αποκατασταθούν μετά το πέρασμά της. Ιοντικά κεραμικά: στην περίπτωση αυτή η κίνηση των διαταραχών δε συναντά την ίδια δυσκολία σε όλες τις διευθύνσεις. Διαταραχή σε οριζόντια διάτμηση είναι δύσκολη λόγω των απωστικών δυνάμεων μεταξύ ομώνυμων φορτίων. Διαταραχή σε επίπεδο 45 ο οδηγεί στην προσέγγιση ετερώνυμων ιόντων και διευκολύνεται η κίνηση της διαταραχής. Σε πολυκρυσταλλικά κεραμικά, με περισσότερα επίπεδα ολίσθησης, η μετακίνηση διαταραχών είναι δυσχερέστερη. 36

ΜΕΤΡΟ ΕΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑς Το μέτρο ελαστικότητας είναι υψηλότερο αυτού των μετάλλων, κι ανεξάρτητο του χρόνου φόρτισης, σε αντίθεση με ότι συμβαίνει στα πολυμερή. Λόγω χαμηλής πυκνότητας, τα κεραμικά παρουσιάζουν υψηλό λόγο Ε/ρ (ειδικό μέτρο ελαστικότητας) και για το λόγο αυτό κεραμικές ίνες χρησιμοποιούνται ως ενισχυτικό των σύνθετων υλικών. Το Ε και σ TS επηρεάζονται από το πορώδες. Αυξημένο πορώδες οδηγεί στη μείωση του Ε και της σ TS. 37

38

ΙΔΙΟΤΗΤΕς 39

ΑΝΤΟΧΗ ΣΕ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟ - ΘΛΙΨΗ Η αντοχή των κεραμικών σε εφελκυστικά φορτία είναι πολύ μικρότερη από την αντοχή σε θλιπτικά. Στον εφελκυσμό η αστοχία του κεραμικού επέρχεται από την ταχύτατη διάδοση της μεγαλύτερης ρωγμής, της οποίας η διεύθυνση είναι κάθετη στη διεύθυνση εφελκυσμού. Στη θλίψη οι ρωγμές διαδίδονται αργά και σταθερά κατά τη διεύθυνση θλίψης. Η θραύση δεν προέρχεται από τη γρήγορη, ασταθή διάδοση μιας ρωγμής αλλά από τη συνένωση πολλών ρωγμών που δημιουργούν μια ζώνη θραύσης. Οι ρωγμές που είναι κάθετες στη διεύθυνση θλίψης κλείνουν. 40

ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Τα κεραμικά παρουσιάζουν σταθερή μηχανική αντοχή για μεγάλο εύρος θερμοκρασιών (450 ΜPa μέχρι και 1400 ο C, για υπερκράματα 700 MPa μέχρι και 800 ο C). Η μηχανική αντοχή των κεραμικών σε θερμικά σοκ είναι σταθερή μέχρι μια κρίσιμη τιμή της ΔΤ (μέγιστη διαφορά θερμοκρασίας στην οποία αντέχει το υλικό χωρίς να αστοχήσει). Όταν η ΔΤ υπερβεί την κρίσιμη τιμή η αντοχή μειώνεται απότομα, λόγω εμφάνισης μικρορωγματώσεων. c Ερπυσμός: η συμπεριφορά είναι όμοια με των μετάλλων. Ο ερπυσμός εκδηλώνεται όταν το κεραμικό υπερβεί περίπου το 1/3 της θερμοκρασίας τήξης, που για τα προηγμένα υλικά μπορεί και να ξεπερνά τους 2000 ο C. f 1 v Ea 41

ΚΑΜΨΗ, ΚΟΠΩΣΗ, ΦΘΟΡΑ Σε δοκιμή κάμψης, η μέγιστη εφελκυστική τάση στην επιφάνεια της ράβδου είναι μεγαλύτερη από την αντίστοιχη τιμή σε εφελκυσμό. Η εξασθένιση της αντοχής και η τελική αστοχία του κεραμικού επέρχεται χωρίς κυκλική φόρτιση. Ωστόσο, ο μηχανισμός που ελέγχει την αστοχία του υλικού είναι μάλλον χημικός παρά μηχανικός. Τα κεραμικά εμφανίζουν μικρή φθορά κατά την εκτριβή τους, ιδιότητα που συνδέεται με την υψηλή σκληρότητα, την έλλειψη πλαστικότητας, τις ατέλειες δομής, τη θερμική και χημική τους σταθερότητα. 42

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Η έλλειψη ελέυθερων ηλεκτρονίων καθιστά τα κεραμικά κακούς αγωγούς του ηλεκτρισμού. Ωστόσο, μερικά κεραμικά είναι καλοί αγωγοί (καρβίδια, νιτρίδια και βορίδια των W, V, Nb, Cr, Co). Όταν είναι ενεργειακά δυνατή η μεταπήδηση ηλεκτρονίων μεταξύ των διαφορετικών σταθμών ενέργειας, τα κεραμικά εμφανίζουν ημιαγωγιμότητα (GaAs, SiC). Ορισμένα κεραμικά έχουν πιεζοηλεκτρικές και άλλα φερροηλεκτρικές ιδιότητες. Ο γραφίτης είναι αγωγός ενώ το διαμάντι μονωτής. 43

ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Η θερμική αγωγιμότητα κυμαίνεται σε ένα ευρύ πεδίο τιμών. Ωστόσο, μερικά κεραμικά παρουσιάζουν πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα. Η θερμοχωρητικότητα των κεραμικών είναι μεγαλύτερη των μετάλλων και μικρότερη των πολυμερών. Ορισμένα κεραμικά έχουν πολύ μικρό συντελεστή θερμικής διαστολής (βοριοπυριτικά γυαλιά) 44

ΑΛΛΕς ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Αντοχή σε διάβρωση: τα κεραμικά δεν αντιδρούν με το περιβάλλον, λόγω της σταθερότητας των χημικών τους δεσμών και δεν υπόκεινται σε ηλεκτροχημική διάβρωση όπως τα μέταλλα. Άλλες ιδιότητες με ενδιαφέρον: οπτικές, ιδιότητες, προσρόφηση, κατάλυση, βιοσυμβατότητα. 45