Keramiikan ja lasin lyhyt historia
Keramiikka on yksi vanhimmista teollisuudenaloista, jonka historia ulottuu tuhansien vuosien taakse. Kun ihmiset huomasivat, että savea löytyi runsaasti ja siitä voitiin muotoilla esineitä sekoittamalla se ensin veteen ja polttamalla se sitten, syntyi keskeinen teollisuudenala. Vanhin tunnettu keraaminen esine on ajoitettu jo 28 000 eaa. (BCE = Before Common Era), myöhäispaleoliittiselle kaudelle. Kyseessä on naisen patsas, Dolní Věstonicen Venus, joka on peräisin pienestä esihistoriallisesta asuinpaikasta Brnon lähellä Tšekin tasavallassa. Tästä paikasta paljastui myös satoja jääkauden eläimiä esittäviä savihahmoja lähellä hevosenkengän muotoisen uunin jäännöksiä.
Esimäiset esimerkit keramiikasta ilmestyivät Itä-Aasiaan useita tuhansia vuosia myöhemmin. Kiinassa sijaitsevasta Xianrendongin luolasta on löydetty 18 000-17 000 eaa. ajalle ajoitettuja ruukunpalasia. Uskotaan, että Kiinasta keramiikan käyttö levisi peräkkäin Japaniin ja Venäjän Kaukoidän alueelle, josta arkeologit ovat löytäneet 14 000 eaa. ajalle ajoittuvia keramiikan sirpaleita.
Keramiikan käyttö lisääntyi jyrkästi neoliittisen kauden aikana, jolloin perustettiin maatalouteen ja maanviljelyyn omistautuneita vakiintuneita yhteisöjä. Noin vuodesta 9 000 eaa. alkaen savipohjaisesta keramiikasta tuli suosittua vesi- ja ruoka-astioita, taide-esineitä, laattoja ja tiiliä, ja niiden käyttö levisi Aasiasta Lähi-itään ja Eurooppaan. Varhaiset tuotteet vain kuivattiin auringossa tai poltettiin alhaisessa lämpötilassa (alle 1 000 °C) maahan kaivetuissa alkeellisissa uuneissa. Keramiikka oli joko yksiväristä tai koristeltua maalaamalla yksinkertaisia lineaarisia tai geometrisia kuvioita.
Tiedetään, että noin 7000 eaa. ihmiset käyttivät jo teräviä työkaluja, jotka oli valmistettu obsidiaanista, luonnossa esiintyvästä vulkaanisesta lasista. Roomalainen historioitsija Plinius kertoi, että foinikialaiset kauppiaat tuottivat ensimmäisen ihmisen valmistaman lasin vahingossa vuonna 5 000 eaa., kun he rannalla levätessään asettivat keittoastiat natriumia sisältäville kiville nuotion läheisyyteen. Nuotion lämpö sulatti kivet ja sekoitti ne hiekkaan muodostaen sulaa lasia.
Arkeologit eivät ole pystyneet vahvistamaan Pliniuksen kertomusta. Sen sijaan Mesopotamiasta ja Egyptistä on löydetty yksinkertaisia lasiesineitä, kuten helmiä, jotka ovat peräisin ajalta 3 500 eaa. Pronssikauden alussa Mesopotamiassa valmistettiin lasitettua keramiikkaa. Egyptiläiset alkoivat kuitenkin vasta vuonna 1 500 eaa. rakentaa tehtaita, joissa valmistettiin lasituotteita voiteille ja öljyille.
Yksi ensimmäisistä läpimurroista keramiikan valmistuksessa oli pyörän keksiminen vuonna 3 500 eaa. Pyörän käyttöönotto mahdollisti pyöränmuotoilutekniikan hyödyntämisen säteittäisen symmetrian omaavien keraamisten esineiden valmistamiseksi.
Keraamiset keramiikkaesineet kehittyivät samalla yhä taidokkaampien maalausten käytön myötä niin, että näistä esineistä tuli lopulta todellisia taideteoksia. Koristelussa käytettiin myös hapettavaa ja pelkistävää ilmakehää polttamisen aikana erikoistehosteiden aikaansaamiseksi. Kreikkalaisia attisia maljakoita 6. ja 5. vuosisadalta eaa. pidetään tämän kehityksen huipentumana.
Kuusi vuosisataa eaa. (eaa. = yhteinen aikakausi) asti savitavarat pysyivät Euroopassa ja Lähi-idässä valmistettujen keraamisten tuotteiden pääluokkana. Kiinalaiset olivat ensimmäisiä, jotka ottivat käyttöön korkean lämpötilan uunit, jotka pystyivät saavuttamaan jopa 1350 °C:n lämpötilan, ja noin vuonna 600 jKr. kehittivät posliinin (materiaali, jonka huokoisuus on alle 1 %) kaoliinisavesta. Keskiajalla kaupankäynti Silkkitien kautta mahdollisti posliinin käyttöönoton ja leviämisen ensin islamilaisiin maihin ja myöhemmin Eurooppaan, mikä johtui suurelta osin Marco Polon matkoista.
1500-luvulle tultaessa Euroopassa kehitettiin ensimmäiset masuuniuunit, jotka kykenivät jopa 1500 °C:n lämpötilaan. Niitä käytettiin raudan sulattamiseen, ja ne rakennettiin aluksi luonnonmateriaaleista. Kun 1500-luvulla kehitettiin synteettisiä materiaaleja, jotka kestivät paremmin korkeita lämpötiloja (ns. tulenkestävät materiaalit), syntyi teollinen vallankumous. Nämä tulenkestävät aineet loivat tarvittavat edellytykset metallien ja lasin sulattamiselle teollisessa mittakaavassa sekä koksin, sementin, kemikaalien ja keramiikan valmistukselle.
Sen jälkeen keramiikkateollisuus on kokenut syvällisen muutoksen. Sen lisäksi, että perinteisestä keramiikasta ja lasista on tullut jokapäiväistä, on vuosien mittaan kehitetty uusia tuotteita, joissa on hyödynnetty näiden materiaalien ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten niiden matalaa lämpö- ja sähkönjohtavuutta, korkeaa kemikaalien kestävyyttä ja korkeaa sulamispistettä. Noin vuonna 1850 esiteltiin ensimmäiset posliiniset sähköeristimet, mikä aloitti teknisen keramiikan aikakauden.
Toisen maailmansodan jälkeen keramiikka ja lasi ovat myötävaikuttaneet monien teknisesti kehittyneiden alojen kasvuun, mukaan lukien elektroniikka, optoelektroniikka, lääketiede, energia-ala, autoteollisuus, ilmailu- ja avaruustekniikka sekä avaruustutkimus. Lisäksi keraamisten käsittely- ja karakterisointitekniikoiden innovaatiot ovat mahdollistaneet sellaisten ominaisuuksiltaan räätälöityjen materiaalien luomisen, jotka täyttävät erityisten ja räätälöityjen sovellusten vaatimukset. Viime vuosina keramiikan käsittely on saanut uutta puhtia nanoteknologiasta, jonka ansiosta valmistajat voivat tuoda markkinoille materiaaleja ja tuotteita, joilla on epätavallisia ominaisuuksia, kuten läpinäkyvää keramiikkaa, sitkeää keramiikkaa, hyperelastisia luita ja mikroskooppisia kondensaattoreita.
Kaikkien näiden edistysaskeleiden odotetaan nostavan maailmanlaajuisen keramiikka- ja lasiteollisuuden lähes 1,1 biljoonan dollarin suuruisiksi markkinoiksi vuonna 2023, kun se vuonna 2018 oli arviolta 800 miljardia dollaria.
Yhteenveto keramiikka- ja lasiteollisuuden historian merkittävimmistä virstanpylväistä on esitetty alla olevassa taulukossa.
Vuosi(t) | Kehitys |
---|---|
28 000 eaa | Keraamisia hahmoja käytetään seremoniallisiin tarkoituksiin. |
18 000 eaa | Kiinalainen keramiikka ilmestyy. |
18 000 eaa-14 000 eaa | Keraaminen keramiikka leviää Itä-Aasiassa. |
9 000 eaa | Keraamiset tuotteet, kuten maljakot, tiilet ja laatat, yleistyvät Lähi-idässä ja Euroopassa. |
7 000 eaa. | Esiintyvät luonnonlasista valmistetut terävät työkalut. |
5 000 eaa. | Foenikialaiset kauppiaat valmistavat mahdollisesti ensimmäisen lasin. |
3 500 eaa | Yksinkertaisia lasiesineitä valmistetaan Mesopotamiassa ja Egyptissä. |
3 500 eaa | Keksitään pyörä, jota myöhemmin sovelletaan keramiikan pyöränmuovauksessa. |
3 000 eaa | Mesopotamiassa valmistetaan lasitettua keramiikkaa. |
1 500 eaa | Egyptiläiset alkavat rakentaa tehtaita lasitavaran tuotantoa varten. |
700 eaa | Keramiikkakeramiikasta tulee taideteos Attikankreikassa. |
600 eaa | 600 jKr. |
600 jKr. | Kiinalaiset tuovat markkinoille posliinia. |
1400-luku | Korkean lämpötilan uunit kehitetään Euroopassa metallurgiseen käyttöön. |
1500-luku | Korkean lämpötilan tulenkestävät materiaalit otetaan käyttöön, jotta voidaan rakentaa uuneja teräksen, lasin, keramiikan ja sementin valmistukseen, mikä johtaa teolliseen vallankumoukseen. |
1800-luvun puoliväli | Keksitään posliiniset sähköeristimet ja hehkulamput. |
1920-luku | Esittelyyn tulee kvartsilla rikastettua lujaa posliinia eristimiin, alumiinioksidia sisältäviä sytytystulppia, lasi-ikkunoita autoihin ja keraamisia kondensaattoreita. |
1940-luku | Magneettisten oksidimateriaalien (ferriitit) ja ferroelektristen materiaalien tutkimus alkaa. |
1950-luku | Keramiikkakondensaattoreita kehitetään bariumtitanaattiin perustuen. |
1960-luku | Aluminaeristeet yli 220 kV:n jännitteille otetaan käyttöön ja kehitetään karbidien ja nitridien sovelluksia. Ensimmäinen yttriumpohjainen läpinäkyvä keramiikka keksitään. Myös biolasi löydetään. |
1970-luku | Kehitetään osittain stabiloitu zirkonia. Korkean suorituskyvyn solukeraamiset substraatit dieselmoottoreiden katalysaattoreihin ja hiukkassuodattimiin kaupallistetaan. |
1980-luku | Keraamiset korkean lämpötilan suprajohteet kehitetään. |
1990-luku | Keramiikan monikerrospiirit (matalalämpötilaiset rinnakkaispoltetut keraamiset aineet) kaupallistetaan. Hammasproteeseja varten otetaan käyttöön matalasti sulavia keraameja. Ensimmäiset vispilävahvistetut alumiinioksidikomposiitit valmistetaan kuumapuristamalla. Kehitetään polykiteisiä neodyymi-yttrium-alumiinigranaatteja kiinteän tilan lasereita varten. |
1990-luvun loppupuoli | Nanoteknologia-aloitteet alkavat yleistyä maailmanlaajuisesti. |
1990-luvun loppupuoli | Kehitetään robottivaluprosessi keramiikan 3D-tulostusta varten. |
2000-luku | Kehittämällä ZrB2/HfB2-pohjaisia komposiitteja, jotka kestävät jopa 2200 °C:n lämpötiloja, NASA herättää uudelleen kiinnostuksen ultrakorkean lämpötilan keramiikan (UHTC) kehittämiseen hypersonisten lentokoneiden ja uudelleenkäytettävien avaruusajoneuvojen valmistusta varten. |
2010-luku | Teknisen keramiikan 3D-tulostukseen kehitetään erilaisia prosesseja. Vuonna 2017 luodaan ensimmäinen hyperelastinen luu 3D-tulostamalla. |