آشنایی با سرامیک

آشنایی با سرامیک

سرامیک مشتق از کلمه keramos یونانی است که به معنی سفالینه یا شئی پخته شده است. در واقع منشا پیدایش این علم همان سفالینه‌های ساخته شده توسط انسان­های اولیه هستند. در واقع قبل از کشف و استفاده فلزات، بشر از گل­های رس به علت وفور و فراوانی آنها و همچنین شکل‌گیری بسیار خوب آنها در در صورت مخلوط شدن با آب و درجه حرارت نسبتاً پایین پخت آنها استفاده می‌کرد. آلومینوسیلیکات­ها که خاک­های رسی خود آنها به حساب می‌آیند، از عناصر آلومینیوم، سیلیسم و اکسیژن ساخته می‌‌شوند که این سه عنصر بر روی هم حدود 85 درصد پوسته جامد کرة زمین را تشکیل می‌دهند. این سه عنصر فراوانترین عناصر پوسته زمین هستند

صنعت ساخت سفالینه‌ها در 4000 سال قبل از میلاد مسیح پیشرفت زیادی کرده بود. اکنون، سرامیک را به طور کلی به عنوان هنر و علم ساختن و به کار بردن اشیاء جامدی که اجزاء تشکیل­دهنده اصلی و عمدة آنها مواد غیرآلی و غیرفلزی می‌باشند، تعریف می‌کنیم و بررسی ساختمان و خواص اینگونه مواد نیز جزء این علم است.

فرآورده‌های سرامیکی:

این فرآورده‌ها را می‌توان به دو گروه عمده تقسیم کرد:

   1- سرامیک­های سنتی: اساساً مواد تشکیل­دهنده صنایع سیلیکاتی یعنی محصولات رسی، سیمان و شیشه‌های سیلیکاتی و چینی‌ها هستند.

فرآورده‌های شیشه‌ای بزرگترین بخش صنعت سرامیک محسوب می‌شوند. سایر بخش­ها به ترتیب اولویت عبارتند از:

محصولات سیمانی داخلی ( مانند سیمان­های هیدورلیکی که در صنایع ساختمانی به مصرف می‌رسند.)

سفیدآلات، ( Whiteware): شامل سفالینه‌ها، چینی‌‌ها و ترکیبات چینی مانند هستند.

لعابهای چینی

محصولات رسی ساختمانی: که به­طور عمده از آجرها و کاشی‌ها تشکیل می‌شوند.

دیرگدازها

صنعت سازنده مواد ساینده: عمدتاً ساینده‌های سیلسیم کاربیدی و آلومینائی

   2- سرامیک­های نوین: این دسته برای جوابگوئی به نیازهای مخصوص مانند مقاومت حرارتی بیشتر، خواص مکانیکی بهتر و خواص الکتریکی ویژه و مقاومت شیمیایی افزونتر به وجود آورده‌اند.

گروهی از انواع این نوع سرامیک­ها عبارتنداز:

سرامیک­های اکسیدی خالص با ساختمانی یکنواخت: به عنوان اجزاء الکتریکی با دیرگداز   بکار می‌روند. اکسیدهایی مانند آلومینا (Al2O3)، زیرکونیا (ZrO2)، توریا (ThO2)، بریلیا (BeO) و منیزیا (MgO) بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سرامیک­های الکترواپتیکی (الکترونیکی– نوری): مانند نایوبیت لیتیم ( LiNbO3) و تیتانات که اینها محیطی را فراهم می‌آورند که بوسیله آن علائم الکتریکی به نوری تبدیل می‌شوند.

سرامیک­های مغناطیسی: این مواد اساس واحدهای حافظه مغناطیسی را در کامپیوترهای بزرگ تشکیل می‌دهند.

تک بلورها

سرامیک­های نیتریدی: مانند نیترید آلومینیوم، نیترید سیلسیم و نیترید بور که بسیار دیرگداز و استحکام خوبی در درجه حرارت­های بالا دارند.

لعاب­های سرامیکی: به عنوان پوشش فلز آلومینیوم تولید می‌شوند.

مواد مرکب کامپوزیت (فلزی – سرامیکی): هر دو فاز فلزی و سرامیکی در این مواد وجود دارد.

کاربید‌های سرامیکی: به عنوان ساینده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بوریدهای سرامیکی: از نظر استحکام و مقاومت اکسیده شدن در درجه حرارت­های بالا حائز اهمیت هستند.

سرامیک­های فروالکتریکی: دارای ثابت دی‌الکتریک بسیار بالائی بوده و به­عنوان اجزاء الکترونیکی در خازن­ها کاربرد دارد.

شیشه سرامیک­ها

 علم سرامیک:

به طور کلی علم سرامیک را می‌توان به دو شاخه سرامیک فیزیکی و سرامیک صنعتی تقسیم کرد.

سرامیک فیزیکی درباره ساختمان مواد سرامیکی و خواص آنها بحث می‌کند. در این شاخه ساختمان اتم، اتصالات بین اتم­ها، ساختمان­های بلوری، ساختمان شیشه، معایب ساختمانی، استحاله‌های فازی، رشد دانه‌ها، تبلور مجدد و مباحثی نظیر آنها مورد بحث قرار می‌گیرد. علاوه بر این خواص الکتریکی، مغناطیسی، نوری، حرارتی و مکانیکی سرامیک­ها هم مورد بحث قرار می‌گیرند.

در سرامیک صنعتی از تکنولوژی ساخت سرامیک­ها صحبت می‌شود.اصولاً مراحل ساخت هر جسم سرامیکی به صورت زیر است:

انتخاب مواد اولیه و تغلیظ و تخلیص آن.

آماده‌سازی مواد اولیه (خردکردن- دانه‌بندی- مخلوط کردن )

شکل دادن 

خشک کردن                                

پختن (زینتر کردن

خواص سرامیک ها ( بیوسرامیک ها)
مواد سرامیکی خواص ویژه ای از خود نشان می دهند به طوری که این امر موجب می گردد که جایگزین دیگری با مواد دیگر نداشته باشد وبنابراین نقش ویژه ای در تهیه انواع بیشماری از ادوات و تجهیزات بازی می کند. برای ایجاد یک خواص خوب و مناسب ودر نتیجه بکارگیری صحیح مواد سرامیکی دانستن اطلاعات درمورد رابطه بین خواص و ریزساختار مواد سرامیکی ضروری است. ریزساختار مواد بستگی زیادی به فرآیند تولید و روش تهیه دارد. سرامیک های پیشرفته امروز کاربردهای بسیار فراوانی دارند و امروزه سعی بر تولید مواد سرامیکی است که به شکل کامل تولید شده و بعد از تولید نیاز به ماشین کاری و در نتیجه تحمیل هزینه اضافی به سیستم حذف گردد.

مواد جدیدی که امروزه اهمیت ویژه ای برای تحقیق و توسعه این مواد در نظر گرفته می شوند در زمینه سرامیک به شرح زیر می باشند :
بیوسرامیک ها که تاثیر به سزایی در رشد صنعت پزشکی و بهبود وضعیت سلامتی جوامع انسانی داشته اند، مواد ساینده نظیر ابزار برش و چرخ های ساینده که کاربری آن در صنایع کاربردی فلزات و ... است. سرامیک های سخت و بسیار سخت (hard and Super hard ceramics ) موادی هستند که مطالعه بر روی آن ها بسیار پر اهمیت و البته هزینه بر است.

روش های مطالعه رفتار مواد در دماهای بالا، فیلترها، خوردگی مواد نیز نیاز به تقویت دارد. تجزیه SO و NO در فرآیند احتراق محصولات سرامیکی در دماهایی پائین از طریق احیای کاتالیتیک (Catalytic reduction ) مورد بررسی قرار گیرد.

اجزای سرامیکی برای هایپر فیلتراسیون (Hyper filtration ) گازی در اندازه مولکولی در مایع آب مناسب هستند. الکتروسرامیک ها کاربردهای بسیار متنوعی داشته و شامل سرامیک های با هدایت یونی (کاربرد در باتری ها و سنسورها )، عایق های الکتریکی، نیمه هادی ها و سوپرهادی ها می گردند.

سرامیک های فروالکتریک کاربردهای بسیار زیادی در خازن ها، سنسورها، سرامیک های پیزوالکتریک، اجزای الکترواپتیک ترمیتورها دارند که بسیار مورد توجه محققان هستند. سرامیک های فرو مغناطیس نقش اساسی در صنعت الکترونیک ایفا کرده و کاربرد آن در سیستم های ذخیره سازی، ارتباطات ماهواره ای، تلویزیون و سایر سیستم های الکترونیکی است.
اجزای کوچک شده الکتروسرامیک ها (Miniaturization ) موادی هستند که در آینده کاربردهای زیادی خواهند داشت