Zróbmy sobie  mały  eksperyment myślowy: przetransportujmy dowolnego człowieka z dowolnej epoki sprzed XXI wieku do kuchni naszych czasów. Co on widzi? Że stawiamy metalowe naczynia na stole i one się robią ciepłe, a nawet wrzące w ciągu kilku minut! Żadnego dymu, ognia, poparzeń ani nawet gazu. W tym momencie nasz dowolny człowiek najprawdopodobniej schodzi na zawał, więc myślę że pozostaniemy tylko na myślowym eksperymencie i nie będziemy próbować tego doświadczenia w rzeczywistości. Jednak dzięki niemu możemy zwrócić uwagę na niesamowity wynalazek, który już stał się nieodłączną częścią naszego życia – kuchenkę indukcyjną.

O tym jak działa taka kuchenka pewnie sporo osób wie, dzięki wiedzy wyniesionej ze szkoły ale czy ktoś z Was zastanawiał się z czego zrobiona jest sama w sobie powierzchnia, na której stawiamy garnki?  Jest to kompozyt szkło-ceramika, który został w maju materiałem miesiąca. Łączy on cechy zarówno szkła jak i ceramiki, więc jest wręcz stworzony do zastosowania go jako płyty w kuchenkach. Kompozyt ten charakteryzuje się minimalną rozszerzalnością i przewodnością cieplną dzięki czemu pozostaje chłodny podczas gotowania. Ma bardzo wysoką odporność na szoki termiczne, czyli nie straszne mu zalanie wrzącą potrawą. Jest gładki, przez co łatwo utrzymać czystość. Charakteryzuje się wysoką transparentnością w szerokim spektrum fal. Niestety nie ma materiałów idealnych i główną wadą tego kompozytu, wynikającą z rodzaju komponentów jest jego kruchość. Dosyć często zdarza się, że pod wpływem uderzenia płyta pęka.

Wyprodukowanie kompozytu szkło-ceramika zaczyna się od wytworzenia tafli szkła w zwykłym procesie szklanym. Powstaje płyta o strukturze amorficznej, czyli nie charakteryzująca się uporządkowaniem przestrzennym. W zwykłym procesie szkłotwórczym należałby szybko schłodzić produkt, aby zachować otrzymaną strukturę amorficzną, lecz w przypadku omawianego kompozytu dodawane są specjalne dodatki, które stają się zarodkami i powodują częściowe skrystalizowanie struktury. Proces ten nazywany jest krystalizacją kontrolowaną i w efekcie otrzymuje się strukturę kompozytową składającą się częściowo z fazy amorficznej i krystalicznej. Najczęściej wyróżnia się trzy grupy tych materiałów podzielone ze względu na skład chemiczny: Li₂O × Al₂O₃ × nSiO₂ (system LAS), MgO × Al₂O₃ × nSiO₂  (system MAS) i ZnO × Al₂O₃ × nSiO₂ (system ZAS).

Należy wspomnieć, że nie każda płyta kuchenki indukcyjnej (a także tej wykorzystującej grzanie oporowe) jest zrobiona z kompozytu szkło-ceramika. Zdarzają się także płyty z samego szkła lub z samej ceramiki jednak dopiero połączenie tych dwóch materiałów daje możliwość uniknięcia wad każdego z nich osobno – bardzo dużej kruchości, porowatości czy niskiej transparentności. Mam nadzieję, że teraz każdy posiadacz takiego niezwykłego materiału w swojej kuchni, będzie codziennie rano smażąc jajecznicę myślał o tym człowieku z myślowego eksperymentu, który nie miał okazji zachwycać się tą fascynującą  myślą inżynierską.
 
 

Źródła:

• [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Glass-ceramic
• [2] Wykłady dla doktorantów Politechniki Warszawskiej semestr letni 2021 „Advanced ceramic materials and their role in development of our civilization” Professor Mikolaj Szafran, PhD, DSc, Eng.
• Zdjęcie autorstwa Katerina Holmes z Pexels