Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1988. január-június (21. évfolyam, 1-25. szám)
1988-04-08 / 14. szám
ÚJ szú 17 1988. IV. 8. TUDOMÁNYI mmmmmmmsmamn TECHNIKA • A Kyocera cég kerámiából készült ollója előtt nem akadály a drótháló sem. Az éle nem tompul, csak a kéz legyen elég erős. A kőkorban minden szerszám kovakőből készült, amely nem más, mint a kalcedon és az opál, a szilícium e két oxidjának a keveréke. Létezik egy harmadik ilyen oxid, amely azonban kristályos szerkezetű, míg az opál és a kalcedon a mikrokristályok sűrű agglomerátuma - tehát kerámia. Ennek az ősi anyagnak azonban a 20. századig kellett várnia, hogy megváltozzanak a gyártási módszerei, s a célok amelyekre készül. A kókorszak után a bronzkorszak és a vaskorszak következett, tehát a fémek korszaka. Fémből ugyanis mindent el lehet készíteni, órát ugyanúgy mint traktort, de például hidakat vagy fegyvereket is. Leginkább az öntvényekben, ötvözetekben alkalmazzák őket, tehát néhány más fémes elemmel összekeverve. Óriási előnyük az, hogy alakíthatók, kemények, rugalmasak, ellenállók, hajlíthatok, jó hő - és villamos vezetők, könnyen megmunkálhatok. A természetben nagy mennyiségben előfordulnak, könnyen elérhetők és - néhány kivételtől eltekintve - mechanikai és fizikális tulajdonságaik hosszú időn át nem változnak. Teljesen azonban mégsem tökéletesek. Elsősorban azért, mert jelentős a súlyuk és fog rajtuk a korrózió is. Fokozatosan, mondjuk úgy, a fémek árnyékában megjelentek a szerves anyagok is: az aszfaltok, gumik, gyanták, és műanyagok. Ezeket (nem teljesen pontosan és helyesen) kiegésztóknek tartják, mivel a fémek helyetti alkalmazásuk nem eredményez olyan jó termékminőséget. Ez azonban nem mindig káros. Felesleges például, hogy a vízvezeték csöve egyszerre legyen szilárd, jól vezesse a hőt, az elektromos áramot, ellenálljon a magas hőmérsékleteknek, érzékelje a mágneses teret és jól lehessen rá menetet vágni. Nem szükséges ugyanis semmi más, minthogy jól tömítsen és könnyen össze lehessen kötni a többi csővel. Igen, a fémeknek egy sor jó tulajdonságuk van, de szinte egyetlen sem jelenti a maximumot. Szilárdak, de a kristályos anyagok szilárdabbak. Egyes fémekre ugyan nem hat a környezet, de ezek vagy nagyon drágák, vagy nehezen megmunkálhatok. Ez a magyarázata annak, hogy ma ismét szóhoz jut a kera- mika. HOGY NE TÖRJÖN Az iparban nagy mennyiségben használatos anyagokat, nagyjából három csoportba oszthatjuk: a fémek és öntvényeik, a szénalapú szerves anyagok (fa, műanyagok, gyanták) és a kerámia. A teljesség kedvéért megemlítjük még az üveget és a szilikátokat is. Talán úgyis lehetett - ha a dolgokat egyszerűsítjük -, hogy az ember miután használni kezdte a tüzet, egyszer a megszokott élelem helyett egy rakás agyagot tett a tűzre. Ezzel meg is alapozhatta a fazekasságot. Amikor azután a finomabb agyaghoz is hozzájutott mint amilyen a kaolin, létrejött a porcelán, tehát a finomkerámia - a mai kerámiaipar elődje. Már régóta ismert, hogy a kerámiának minden formájában van egy hátránya: törékeny. A fajansz, porcelán, a köcserép vagy a tégla sem állják az ütödéseket. Ezzel ellentétben a jó tulajdonságok közé kell sorolni mindenekelőtt a keménységet, a kopás- állóságot, a hóellenállást és a korrózióval szembeni tartósságot, amely utóbbi a legfőbb ellensége a fémek többségének. Ipari szempontból üdvözölhető a jó villamos szigetelóképesség is. Éppen erről a részről kezdődött a kerámia iránti újabb érdeklődés. Már az elektronika kezdetei óta használatosak a fehér porcelánszigetelők, de a kerámia minőségével szemben általában is az elektrotechnikai ipar támasztott magasabb igényeket. Egyre finomabb, köny- nyebben formálható, tisztább anyagokat kezdtek használni, s létrejött az, amit ma műszaki finomkerámiának nevezünk. A durva agyag, már- ga átadja a helyét a speciális összetételű poroknak, amelyeket tisztítanak, kalibrálnak, osztályoznak, adagolnak, és kevernek nagyon pontosan és szigorú előírások szerint. Ezek mindig oxidok, vagy fém-nem- fém kombinációk, nitridek, karbidok. A kötőanyag még a formázás előtt a keverékbe kerül és a tulajdonképpeni kiégetés, pontosabban a meg- folyatás hőmérsékletszabályzott automata kemencékben történik. A végtermék a hagyományos kerámiával összehasonlíthatatlanul jobb tulajdonságokat bír felmutatni. Csökken a törékenységre való hajlam, s emellett javulnak a mechanikai tulajdonságok. Nem meglepő tehát, hogy a kerámia egyre inkább érdekes anyaggá válik az ipar számára. Felhasználása, amely először csak az elektrotechnikára és az elektronikára korlátozódott terjed a szerszámgépgyártásban, a vegyiparban, a turbinák építésénél, a méréstechnikában és más ipari ágazatokban. Először a kozmikus technikában és a repülőgépgyártásban nyert teret, utána a dugattyús motorok gyártásában (érezhetően javítja hatásfokukat és élettartamukat). Ezek a felhasználások azonban kifejezetten ipari jellegűek, nincs közük a köznapi, fogyasztási cikkekhez. GYÉMÁNTNÁL KEMÉNYEBB Hogy a kerámiából köznapi használati cikkeket is készítsenek - mégpedig nem edényeket - kinek másnak jutott volna az eszébe, mint a minden új technológia alkalmazásában élenjáró japánoknak, övék például a világ iparikerámia termelésének 60 százaléka. (30 százalék esik az USA-ra a többi Európára.) Már több mint négy éve vásárolhatók Japánban közszükségleti cikkek kerámiából. Az alapgondolat egyszerű volt: olyan új termékek után nézni, amelyek iránt érdeklődnének a vásárlók. S hogyan? Először is minden előnyös tulajdonságát ki kell használni a kerámiának, öt ilyent találtak, mindenekelőtt a keménységet. A Mosh keménységi fokok szerint, a legkeményebb - tízes - fokozattal a gyémántot osztályozzuk és kilencessel jelöljük a korundot, nyolcassal a topázt, s a sor az 1 -es jelzésű zsírkővel végződik. A keményebb ásványok természetesen nyomot hagynak a puhábbakban, így például a gyémánt mindegyiket karcolja. Úgy néz ki azonban, hogy a bórnit- ridnek nincs helye ebben az osztályozásban, mert ebbe nem karcol még a gyémánt sem. A korund nem más, mint kristályos alumíniumoxid, amely tulajdonképpen a kerámiák nagy többségének anyagát képezi. Más kerámiák a zirkóniumoxidból, vagy a titánoxidból indulnak ki, de lehetnek karbidok, nitridek, és más anyagok is, amelyeknek keménysége a 7. és a 9. fokozat között mozog, tehát magasabb, mint az acélé. Ebből az is következik, hogy a modern kerámia kopásálló, gyakorlatilag a fémtárgyakkal nem karcolható. Az ebből készített tárgy tükörsima marad hosszú használat után is. A másik előny: a kerámia nem korrodál, ellenáll a mindennapos anyagoknak, mint a só, a szóda, a tengervíz, a savak, amelyek a fémek ellenségei. A közszükségleti cikkek gyrátására ez két nagyon csábító tulajdonság. További három előnye a nagy höállóság, az elektromos szigetelóképesség és mindenekelőtt a hőszigetelés, amelyek elsősorban az ipar érdeklődését keltették fel. Egy további tulajdonság viszont a fogyasztót érdekli, a kerámiát nagyon pontosra lehet formázni, noha ez nehéz, és csak gyémánttal lehetséges. Ehhez még hozzá kell tenni a szinte végtelen színskálát. Az emberek néha még az ezüstöt vagy az aranyat is összetévesztik a jól színezett kerámiával. DRÁGAKÖVEK ROKONA A gyártási eljárás lényegében ugyanolyan egyszerű, mint valaha: az alapanyagot, fémoxid vagy a fém-nemfém keveréket, amelyet a vegyipar gyárt nagyon finom és tiszta por formájában, összesütik, hogy a nagy nyomás és hó hatására homogén anyag képződjön. Az egyes részek a lehűlés során összekapcsolódnak és mikrokristályokat alkotnak. A tárgy ebben a pillanatban is megkaphatja végleges formáját, vagy még a sajtolás, fröccsentés vagy kinyomás előtt. Ha a tárgy már elérte végső keménységét nem lehet tovább alakítani. Ugyanúgy, mint az üveg, a kerámia is rugalmas, de nem deformálható, mert egy határ felett már törik. Ezt a hátrányt sikerült ugyan jelentősen csökkenteni, de a kerámia még mindig törékenyebb mint az acél. Éppen ezért olyan nehéz a hagyományos módon, tehát csavarozással, szegecseléssel összekapcsolni az ebből készült alkatrészeket. Mivel az esetek többségében ragasztani kell a kerámiát, nem tartozik az ideális szerkezeti anyagok közé. Ipari kerámiából nagyon sokféle van, a legelterjedtebb az a alumíniumoxid alapanyagú, amelyet a villamos szigetelők gyártásához használnak. Ez nem monokristályos szerkezetű, hanem apró mikrokristályok tömege, amelyeket magnézi- umoxidos vagy meszes kötőanyag tart össze. A kemencében a megfo- lyatás 1500 és 1700 Celzius-fok közötti hőmérsékleten történik, olvadáspontja 2000 fok. Ez a kerámia megtartja a korundéval azonos keménységét és kitűnik mechanikus ellenállóságával. Jól vezeti a hőt és magas hőmérsékleten is kiváló elektromos szigetelő marad. Fajlagos sűrűsége köbcentiméterenként 4 gramm, ez az érték az acélnál 7,8. A SIKER TITKA AZ ELNYÜHETETLENSÉG A tömeges felhasználásra kerülő kerámiaeszközöket Japánban cirkó- niumoxid alapanyagból készítik. Más fémek oxidjai a kötőanyag szerepét töltik be. Ez a kerámia csak valamivel könyebb mint az acél, puhább mint a korund, de jól ellenáll a korróziónak, nem vezeti a hőt és négyszer-ötször rugalmasabb (tehát kevésbé törékeny), mint az alu- miniumoxidból készült kerámia. Éppen ezért választották a közszükségleti cikkek anyagául. Más kerámiák, amelyeket nagymértékben produkál az ipar, kevésbé találnak egyelőre felhasználóra a szokásos termelői ágazatokban, de mivel feltételezhetjük, hogy a közeljövőben majd elterjednek, érdemes megemlíteni őket. A títánoxid, az ismert rutil elnevezésű ásvány, például keménységet, simaságot, nagy kopásállóságot és kis súrlódási együtthatót ad a kerámiának. A ti- tánnitrid a fentiek mellett még egy jelentős esztétikailag fontos tulajdonsággal bír: a színe hasonlít az ezüstre, s így alkalmas például késpengék készítésére. A titánkarbidot a fémforgácsoló, eszterga- és marókések gyártásánál már ma is használják. A szilícium, az ismert félvezető, a földön nagy mennyiségben található oxid, karbid vagy nitrid formájában. Rendkívül nagy keménységű kerámia gyártását teszi lehetővé, amely kedvező tulajdonságait magas hőmérsékleten is megőrzi. Mindenhol alkalmazható, ahol az egyéb anyagokat a hőmérséklet károsítja, például a turbinalapátok, vagy a rakétamotorok fúvókéinak gyártásánál. Említésre méltó a SiAION jelzésű kerámia, amely mint a neve is mutatja szilíciumból, alumíniumból, oxigénből áll. Védőrétegek készítésére alkalmas, de mivel könnyű, például a golyóálló mellények készítésére is felhasználják. Az ipari finomkerámia legnagyobb gyártói a japán cégek, közöttük is a Kyocera, az Ars és a Toto. Közülük az első gyártja a legtöbb közszükségleti cikket kerámiából, az óráktól kezdve a kávéfőzők szűrőjéig. Mint már szó volt róla a kerámia legnagyobb előnye a tartósság és a színezés lehetősége. A kerámiatárgyak sokfélesége szembeötlő. Magába foglalja az összes vágószerszámot, például az ollókat, késeket, bárdokat és a szerszámgépeknél, használatos eszterga- és marókéseket. A kerámiából készült olló vágja a huzalt, az üvegvattát, a műanyagot, a vékony fémlemezeket, a fémhálót anélkül, hogy eltompulna az éle, csak a felhasználó kezében legyen elég erő. A HUSZADIK SZÁZAD MAROKKÖVE Az ollóról elmondottak érvényesek a késekre is. Még a legjobban élezett penge is eltompul, ha sok húst vágnak vele a porcelántálon, de nem javítják az élet az esetleg ott lévő csontok sem. A hentes azután töltheti az időt a kések élesítésével. A gondosan kidolgozott cirkónium- oxid-penge azonban intenzív használat mellett is hónapokig megőrzi é- lét. Az esztéták is elégedettebbek lehetnek, hiszen készíthető akár fehér színű penge is. Mivel a korrózió nem jelent problémát, problémamentes tehát a vegyiparban való alkalmazás is. A kerámiából készült csipesszel bármilyen oldatba belenyúlhatunk, akármilyen hőmérsékleten. Az ékszerészek már évszázadok óta használják a tűzzománcot, ami szintén kerámia. A műszaki kerámia térhódítása után ezt már nem kell semmilyen más anyag felületére felvinni. Minden dísztárgy (óra öngyújtó, nyakék, függő) egyenesen tűzzománcból készülhet. Jelenleg ez a módszer leginkább az óragyártásban terjedt el, ahol szinte minden színben, s azok minden árnyalatában és mindenféle alakban készülnek időmérők, olyanok is, amelyek tökéletesen hasonlítanak az aranyból, ezüstből vagy acélból készült órákra. Ezek után már csak a legegyszerűbb példa következhet- az ősi marokkó, a kaparó. Ez ma is hasonlít a kókorszak hasonló eszközéhez, dé az éle nem tompul, még csak nem is pattan le. És minden kaparható vele. A rozsda az acélról, a zománc a porcelánról, a festék a kőről. Ha ilyen kemények lesznek más köznapi szerszámaink is, akkor elmondhatjuk, hogy előre léptünk a kőkorszakba. (100+1) Hogyan forog a Föld? Az Üzbegisztán! Kitabuban a Föld forgását kutató nemzetközi központot hoztak létre. Ugyanakkor megszüntették azt a hasonló nemzetközi szolgálatot, amely az optikai asztronómia eszközeivel vizsgálta a pólusok mozgását és a Föld forgását. A nagy üzbég tudós Ulugbek nevét viselő állomás szakemberei ugyanis új módszereket vezettek be a szóban forgó kutatásban, mégpedig a műholdakról érkező információ feldolgozására támaszkodva. így nagyobb pontossággal képesek megállapítani a pólusok mozgását. A méréseredményeket hetente kétszer küldik Moszkvába, Irkutszkba, Kijevbe, Párizsba és a japán Micuzavába. Ezeknek az adatoknak nagy tudományos és gazdasági jelentőségük van, mivel nélkülözhetetlenek a mai geodéziában, geofizikában, a tengeri, valamint az ürnavigá- cióban. (A CSTK felvétele) ELŐRE A KŐKORBA »
