A kerámia és az üveg rövid története
A kerámia az egyik legősibb iparág, amely több ezer évre nyúlik vissza. Miután az emberek felfedezték, hogy az agyag bőségesen megtalálható és tárgyakká formálható, ha először vízzel összekeverik, majd kiégetik, egy kulcsfontosságú iparág született. A legrégebbi ismert kerámiatárgyat már i. e. 28 000-re datálják (BCE = Before Common Era), a késő paleolitikum idejére. Ez egy női szobor, a Dolní Věstonice-i Vénusz, amely a csehországi Brno melletti kis őskori településről származik. Ezen a helyen jégkorszaki állatokat ábrázoló agyagfigurák százait is feltárták egy patkó alakú kemence maradványai mellett.
A kerámia első példányai több ezer évvel később jelentek meg Kelet-Ázsiában. A kínai Xianrendong-barlangban Kr. e. 18 000-17 000-re datált edénytöredékeket találtak. Úgy vélik, hogy Kínából a kerámia használata egymás után terjedt el Japánban és az orosz Távol-Kelet térségében, ahol a régészek Kr.e. 14 000-re datált kerámiatárgyak szilánkjait találták.
A kerámia használata a neolitikumban drámaian megnőtt, a földműveléssel és földműveléssel foglalkozó letelepedett közösségek létrejöttével. Körülbelül i. e. 9000-től kezdve az agyagalapú kerámiák népszerűvé váltak mint víz- és élelmiszertartályok, műtárgyak, csempék és téglák, és használatuk Ázsiából a Közel-Keletre és Európába terjedt el. A korai termékeket egyszerűen a napon szárították vagy alacsony hőmérsékleten (1000 °C alatt) égették a földbe ásott kezdetleges kemencékben. A kerámia vagy egyszínű volt, vagy egyszerű lineáris vagy geometrikus motívumok festésével díszítették.
Tudjuk, hogy i. e. 7000 körül az emberek már használtak obszidiánból, egy természetesen előforduló vulkáni üvegből készült éles szerszámokat. A római történetíró, Plinius arról számolt be, hogy az első ember alkotta üveget véletlenül föníciai kereskedők állították elő i. e. 5000-ben, amikor egy tengerparton pihenés közben főzőedényeket helyeztek nátriumban gazdag sziklákra a tűz közelébe. A tűz hője megolvasztotta a köveket, és a homokkal keveredve olvadt üveget képezett.
A régészek nem tudták megerősíteni Plinius beszámolóját. Ehelyett egyszerű üveg tárgyakat, például gyöngyöket fedeztek fel Mezopotámiában és Egyiptomban, amelyek i. e. 3500-ból származnak. A bronzkor elején Mezopotámiában mázas kerámiát gyártottak. Az egyiptomiak azonban csak i. e. 1500-ban kezdtek gyárakat építeni a kenőcsök és olajok üvegedényeinek előállítására.
A kerámiakészítés egyik első áttörése a kerék feltalálása volt i. e. 3500-ban. A kerék bevezetése lehetővé tette a kerékformázási technika felhasználását a sugárirányú szimmetriájú kerámiatárgyak előállításához.
Eközben a kerámia kerámiák egyre kidolgozottabb festésekkel fejlődtek, így ezek a tárgyak végül valódi műalkotásokká váltak. A díszítésekhez az égetés során oxidáló és redukáló atmoszférát is használtak a különleges hatások elérése érdekében. Az i. e. 6. és 5. századi görög attikai vázákat tekintik e fejlődés csúcspontjának.
Az i. e. 16. századig (i. e. = Közös korszak) az agyagedények maradtak az Európában és a Közel-Keleten gyártott kerámiatermékek fő osztálya. A kínaiak vezették be elsőként a magas hőmérsékletű, akár 1350°C-ot is elérő kemencéket, és Kr. u. 600 körül kifejlesztették a porcelánt (egy 1%-nál kisebb porozitású anyag) kaolin agyagból. A középkorban a Selyemúton keresztül folytatott kereskedelem lehetővé tette a porcelán bevezetését és elterjedését először az iszlám országokban, majd később Európában is, ami nagyrészt Marco Polo utazásának köszönhető.
A 15. századra Európában kifejlesztették a legkorábbi, akár 1500°C-ot is elérő kohókat. Ezeket vas megolvasztására használták, és kezdetben természetes anyagokból építették őket. Amikor a 16. században kifejlesztették a magas hőmérsékletnek jobban ellenálló szintetikus anyagokat (az úgynevezett tűzálló anyagokat), megszületett az ipari forradalom. Ezek a tűzálló anyagok megteremtették a szükséges feltételeket a fémek és az üveg ipari méretű olvasztásához, valamint a koksz, a cement, a vegyi anyagok és a kerámia gyártásához.
A kerámiaipar azóta mélyreható átalakuláson ment keresztül. Nemcsak a hagyományos kerámiák és üvegek váltak mindenütt jelenlévővé, hanem az évek során új termékeket fejlesztettek ki, hogy kihasználják ezen anyagok egyedülálló tulajdonságait, például alacsony hő- és elektromos vezetőképességüket, magas kémiai ellenállásukat és magas olvadáspontjukat. 1850 körül jelentek meg az első porcelán elektromos szigetelők, ezzel kezdődött a műszaki kerámia korszaka.
A második világháború után a kerámia és az üveg számos technológiailag fejlett terület fejlődéséhez járult hozzá, többek között az elektronika, az optoelektronika, az orvostudomány, az energetika, az autóipar, a repülés és az űrkutatás területén. Emellett a kerámiafeldolgozási és jellemzési technikák terén elért innovációk lehetővé tették olyan testre szabott tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozását, amelyek megfelelnek az egyedi és testre szabott alkalmazások követelményeinek. Az utóbbi években a kerámiafeldolgozás új lendületet kapott a nanotechnológiától, amely lehetővé teszi a gyártók számára, hogy olyan nem hagyományos tulajdonságokkal rendelkező anyagokat és termékeket vezessenek be, mint az átlátszó kerámia, a képlékeny kerámia, a hiperelasztikus csontok és a mikroszkopikus kondenzátorok.
Mindezek az előrelépések várhatóan 2023-ra közel 1,1 billió dolláros piaccá növelik a globális kerámia- és üvegipart, a 2018-as 800 milliárd dolláros becsült értékről.
A kerámia és az üveg történetének legfontosabb mérföldköveit az alábbi táblázatban foglaljuk össze.
Év(ek) | Kialakulás |
---|---|
i. e. 28 000 | A kerámiafigurákat szertartási célokra használják. |
i. e. 18 000 | Kínai kerámia megjelenése. |
18.000 i.e. – 14.000 i.e. | A kerámia kerámia elterjed Kelet-Ázsiában. |
9.000 i.e. | A kerámia termékek, például vázák, téglák és csempék népszerűvé válnak a Közel-Keleten és Európában. |
7.000 i.e. | Megjelennek a természetes üvegből készült éles szerszámok. |
5.000 i.e. | Föníciai kereskedők készítik valószínűleg az első üveget. |
i. e. 3500 | Mezopotámiában és Egyiptomban egyszerű üveg tárgyakat készítenek. |
3.500 Kr.e. | Feltalálják a kereket, amelyet később a kerámia kerekes formázásában alkalmaznak. |
3.000 Kr.e. | Mázas kerámiát készítenek Mezopotámiában. |
i. e. 1500 | Az egyiptomiak elkezdenek üvegáruk gyártására szolgáló gyárakat építeni. |
i. e. 700 | A kerámia kerámia az attikai Görögországban műalkotássá válik. |
600 k. e. | 600 k. e. A kínaiak bevezetik a porcelánt. |
1400-as évek | Magas hőmérsékletű kemencéket fejlesztenek ki Európában kohászati célokra. |
1500-as évek | Magas hőmérsékletű tűzálló anyagokat vezetnek be acél, üveg, kerámia és cement előállítására szolgáló kemencék építéséhez, ami az ipari forradalomhoz vezet. |
1800-as évek közepe | Feltalálják a porcelán elektromos szigetelőket és az izzólámpákat. |
1920-as évek | Nagyszilárdságú, kvarccal dúsított porcelán a szigetelők, a timföldgyertyák, az autóüveg ablakok és a kerámia kondenzátorok számára. |
1940-es évek | Az oxidmágneses anyagok (ferritek) és a ferroelektromos anyagok kutatása kezdődik. |
1950-es évek | Báriumtitanát alapú kerámia kondenzátorokat fejlesztenek. |
1960-as évek | Bevezetik a 220 kV feletti feszültségű alumínium-oxid szigetelőket, és kifejlesztik a karbidok és nitridek alkalmazását. Feltalálják az első ittrium-alapú átlátszó kerámiát. Felfedezik a bioglaszt is. |
1970-es évek | Kifejlesztik a részlegesen stabilizált cirkónium-dioxidot. Nagy teljesítményű cellás kerámia szubsztrátokat hoznak forgalomba a dízelmotorok katalizátorához és részecskeszűrőjéhez. |
1980-as évek | Kerámia magas hőmérsékletű szupravezetőket fejlesztenek. |
1990-es évek | Multirétegű kerámia áramköröket (alacsony hőmérsékletű együttégetett kerámia) hoznak forgalomba. A fogpótlásokhoz bevezetik az alacsony olvadási hőmérsékletű kerámiákat. Az első whisker-erősítésű alumínium-oxid kompozitokat melegsajtolással állítják elő. Polikristályos neodímium-ittrium-alumínium gránátokat fejlesztenek ki szilárdtest-lézerekhez. |
1990-es évek vége | A nanotechnológiai kezdeményezések világszerte elkezdenek terjedni. |
1990-es évek vége | Kifejlesztik a robotöntési eljárást a kerámiák 3D nyomtatására. |
2000-es évek | A NASA a ZrB2/HfB2 alapú, akár 2200°C hőmérsékletnek is ellenálló kompozitok létrehozásával feléleszti az érdeklődést az ultramagas hőmérsékletű kerámiák (UHTC) fejlesztése iránt a hiperszonikus repülőgépek és az újrafelhasználható űreszközök gyártásához. |
2010-es évek | Változatos eljárásokat dolgoznak ki a műszaki kerámiák 3D nyomtatására. 2017-ben 3D nyomtatással létrehozzák az első hiperelasztikus csontot. |