Basic HTML Version
9
Keramický zpravodaj 29 (5) (2013)
(Black ceramics yesterday, today and tomorrow)
VLADIMÍR DUFEK
1
Abstrakt
Černou keramiku představuje nejen keramika grafitová,
tvořená čistým grafitem a velkou skupinou žárovzdorných
materiálů, obsahujících více než 50 % uhlíku, uváděných
jako kompozity, ale také určité typy neoxidové keramiky,
zejména karbidy a boridy. Dále ji doplňují výrobky z nově
vyvinutých uhlíkových allotropů, připravované různými
postupy nanotechnologie. Průvodním jevem v moderní
nano-éře je také zdomácnění jejich nových názvů, v tomto
sdělení uvedených.
Klíčová slova
černá keramika, grafit, tuha, diamant, skelný uhlík, grafen,
nanotrubice, fullereny
Abstract
The black ceramics is represented not only by graphite ce-
ramics, created by pure graphite with a large group of refrac-
tories, comprizing more than 50 % of carbon, introduced as
composites, but also by some types of nonoxide ceramics,
especially carbides and borides. Further it is complemented
by products from new carbon allotropes, developed through
various nanotechnology procedures. Accompanying phe-
nomenon in the new nano-epoch is also the domestication
of new nomenclature, explained in this communication.
Keywords
Black ceramics, graphite, diamond, glassy carbon, gra-
phene, nanotubes, fullerenes
Starověk a barvení keramiky
Hliněné nádoby, které člověka provázely od nejstarších
dob, měly zpravidla matné šedohnědé zbarvení. Různá
náleziště vhodné hlíny poskytovala možnosti jejich zbar-
vení volit. Černou barvu keramiky způsoboval v Číně již
v období 2200 př. n. l. podle Kunce [1] oxid uhelnatý
z kouřových plynů při ohřevu v pecích vytápěných dře-
vem. V redukčním prostředí docházelo totiž k reakci pří-
tomných znečišťujících oxidů železa s oxidem uhelnatým
na černý magnetit Fe
3
O
4
, matný povrch však není správ-
né připisovat zakuřování s usazováním uhlíku v pórech
hmoty. Podobně byla připravována černá keramika také
ve starém Egyptě a v Řecku.
Grafit, hexagonální modifikace uhlíku, sloužil již ve starém
Egyptě a v Mezopotamii k přípravě líčidel a černých barev;
byl užíván i k ozdobě nádob nejstarší keramiky. Synony-
mum slova grafit (v češtině tuha) vedlo k pojmenování
psacích „olůvek“, zdomácnělých u nás výrazem tužky.
V přírodě zajišťuje koloběh uhlíku oxid uhličitý, který je
do atmosféry dodáván spalováním nejrůznějších orga-
nických hmot a odtud odebírán rostlinami. Především
lesy osvícené sluncem zajišťují fotosyntézou vznik nové
1
Vladimír Dufek, Ing. CSc., Praha, v.dufek@seznam.cz
biomasy jako zdroje uhlíku v pevném stavu. Pro úplnost
dodejme, že v lidském těle představuje uhlík 18,5 %
hmotnosti, neuvažujeme-li vodné roztoky. Teprve na dal-
ších místech jsou s 5 % minerální látky obsahující zejmé-
na vápník a fosfor.
Středověk a novověk
Zatímco pro konec starověku je uváděn přesný rok 476,
kdy zanikla západořímská říše, pro přechod k novověku
je uváděna řada událostí: zánik říše byzantské po pádu
Konstantinopole 1453, objevení Ameriky 1492, či znač-
ně pozdější období třicetileté války v letech 1618-1648.
I když nelze vyloučit přírodní grafit jako přísadu do
keramické hmoty již ve starověku, záměrné zbarvování
keramiky uhlíkem (včetně sazí jako zplodin spalování
organických hmot) lze doložit až ve středověké keramice,
kdy byly takto hotoveny také první žárovzdorné výrobky.
Geologická literatura o prvku uhlíku zmiňuje ložiska gra-
fitu, hlavního zdroje uhlíku, které v usazených horninách
vznikaly při přeměně zbytků organických látek; v pegma-
titech se tvořila čočkovitá tělesa šupinatého charakteru.
Uhlík je také hlavním prvkem fosilních paliv, představují-
cích energetický základ pro dnešní výrobu elektřiny.
Novodobé technické užití uhlíku počíná použitím jemné-
ho grafitového prášku, pojeného organickými látkami.
Vzniklá pasta získala protlačováním tvar tenkých vláken,
z nichž byla organická přísada následně odstraněna
žíháním. Vlákna byla aplikována již koncem 19. století
v Edisonových prvních elektrických žárovkách.
Prvními průmyslovými výrobky, které můžeme označovat
jako černá keramika, byly elektrody k jejichž přípravě
sloužilo v polovině 19. století impregnované dřevěné
uhlí. Nedlouho poté Bunsen použil pro elektrochemické
články jako výchozí surovinu práškové uhlí, pojené le-
pidly, např. cukrovým sirupem. V roce 1876 patentoval
A. Carre pyrolýzu obloukových uhlíků ze směsi mletého
koksu a lampových sazí. Za šest let pak byla podle dalších
patentů z oblasti strojírenství zahájena výroba uhlíkových
kartáčů do elektromotorů a dynam generátorů.
Rozměrné součásti černé keramiky podle Achesonova
patentu z konce 19. století umožnily přechod od relativ-
ně malých výrobků postupně až k blokům s hmotností
několika tun. Určené byly vedle vyzdívek pecí také pro
jiné oblasti strojírenství a chemické technologie. Zave-
dením grafitace, transformace uhlíku na umělý grafit,
se dospělo k moderním materiálům, zvaným někdy
neokeramika. Rozdíl spočívá v tom, že zatímco k výpalu
polotovarů z černé keramiky postačí teplota 1000 °C, ke
grafitaci je třeba až 3000 °C. Roku 1942 byly výrobky
z černé keramiky použity pro první atomový reaktor.
Široký sortiment grafitové keramiky 20. století je předsta-
vován ponejvíce žárovzdornými tvarovkami pro vyzdívky
ČERNÁ KERAMIKA VČERA, DNES A ZÍTRA