۲۵ مهر ۱۴۰۰

پیشگامان توسعه
مواد سام,مواد سام,مواد سام

سرامیک های مهندسی یا نوین به دلیل اینکه خصوصیات منحصر به فرد یا برجسته ای دارند از اهمیت خاصی برخوردار هستند. در هر صورت این نوع سرامیک ها در راستای تحقق یک نیاز خاص به طور مثال مقاومت در برابر درجه حرارت بالا (کاربرد دمای بالا)، خواص مکانیکی برتر، خواص الکتریکی ویژه و مقاومت شیمیایی عالی توسعه یافته اند.

سرامیکهای مهندسی

سرامیکهای مهندسی ، مدرن و یا نوین (New Ceramics) به دلیل اینکه خصوصیات منحصر به فرد یا برجسته ای دارند از اهمیت خاصی برخوردار هستند.

سرامیکهای مهندسی در راستای تحقق یک نیاز خاص به طور مثال مقاومت در برابر درجه حرارت بالا (کاربرد دمای بالا)، خواص مکانیکی برتر، خواص الکتریکی ویژه و مقاومت شیمیایی عالی توسعه یافته اند. یا اینکه برخی از سرامیکهای مهندسی ، مدرن یا نوین به طور تصادفی کشف شده اند و تبدیل به بخش مهمی از این صنعت شده اند.

اشکال مختلف سرامیکهای مهندسی .

تقسیم بندی سرامیکها از نظر کاربرد

سرامیکها از نظر کاربرد به دو گروه زیر تقسیم‌ می‌شوند:

اگرچه سرامیکهای سنتی یا سرامیکهای سیلیکاتی بخش عمده ای از محصولات سرامیکی را تشکیل می دهند. اما در سال های اخیر هم در مقیاس وزنی (تناژ) و هم در مقیاس ارزی (ارزش مالی) سرامیکهای مهندسی توسعه یافته اند. این سرامیکها اکثرا از مواد اولیه ی خالص و سنتزی ساخته می‌شوند.

تقسیم بندی سرامیکهای مهندسی

سرامیکهای مهندسی به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

  • سرامیکهای اکسیدی     (Pure oxide ceramics)
  • سرامیکهای غیر اکسیدی (Non-oxidized ceramics)

سرامیکهای اکسیدی

مواد اولیه با خلوص بالا (پودرها) با استفاده از تکنیک های فرآوری مواد معدنی برای تولید یک کنسانتره تهیه می شوند، و پس از آن تحت عملیات هایی از جمله  شیمی مرطوب به منظور  حذف ناخالصی های ناخواسته و افزودن ترکیبات دیگر برای ایجاد ترکیب ابتدایی مطلوب قرار می گیرند. این مهمترین مرحله در تهیه سرامیکهای اکسید با کارایی بالا است. از آنجا که این سیستم ها به طور کلی دارای خلوص بالا هستند، ناخالصی های جزئی می توانند اثرگذاری پویایی داشته باشند، برای مثال ، مقادیر کمی از MgO می تواند اثر ویژه ای  بر عملکرد زینترآلومینا داشته باشد. روش های مختلف عملیات حرارتی برای ایجاد ساختارهای کریستالی کنترل شده، استفاده می شود. این پودرها به طور کلی با اندازه کریستال بسیار ریز برای کمک به انجام واکنش سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرند. پلاستیک سازها و چسب ها با این پودرها مخلوط می شوند تا از روش های شکل گیری (فشار دادن ، اکستروژن ، ریخته گری و …) برای تولید مواد اولیه استفاده کنند. مواد اولیه به شکل خام یا پیش ماده مورد نیاز شکل می گیرد و در اثر حرارت زیاد در هوا یا اتمسفر کمی احیا می شود تا برای تولید یک محصول متراکم  زینتر شود.

محصولات ساخته شده از سرامیک اکسیدی زیرکونیا.

برخی از پرکاربردترین سرامیکهای اکسیدی عبارت‌اند از:

  • آلومینا (Al۲O۳)                  (alumina)
  • زیرکونیا (ZrO۲)                  (zirconia)
  • توریا (Th0۲)                      (thoria)
  • برلیا (BeO)                       (beryllia)
  • منیزیا (MgO)                    (magnesia)
  • سیلیکا (SiO۲)                             (silica)
  • تیتانیا (TiO۲)                     (titania)
  • اسپینل (MgAl۲۰۴)             (spinel)
  • (Mg۲Si0۴)                        (forsterite)

سرامیکهای غیر اکسیدی

تولید سرامیکهای غیراکسیدی معمولاً یک فرآیند سه مرحله ای است که مراحل زیر را شامل می شود:

 1) تهیه پیش سازها یا پودرهای خام اولیه

۲) اختلاط این پیش سازها برای ایجاد ترکیبات مورد نظر

۳) زینتر نهایی

تشکیل مواد اولیه و پخت برای این گروه نیاز به شرایط کنترل شده در کوره دارد تا از عدم وجود اکسیژن در حین گرم شدن اطمینان حاصل شود ، زیرا این مواد به راحتی در حین حرارت دهی اکسید می شوند. این گروه از مواد به طور کلی برایزینتر و پخت  نیاز به دمای بسیار بالایی دارند. مشابه سرامیکهای اکسیدی، برای دستیابی به خصوصیات نهایی مورد نظر ، خلوص و خصوصیات کریستالی با دقت کنترل شده مورد نیاز هستند.

این نوع سرامیکها با توجه به ترکیب طبقه بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آن‌ها در زیر آمده‌اند :

  • نیتریدها (Ceramic nitrides)

مانند  BN، TiN، Si۳N۴، GaN، AlN

تیتانیم نیترید (Titanium nitride or tinite) (TiN)

نیترید آلومینیوم (Aluminium nitride) (AlN)

  • کاربیدها (Ceramic carbides)

مانند SiC، TiC، WC

کاربید سیلیسیم (SiC) Silicon carbide

کاربید تیتانیم (TiC) Titanium carbide

کاربید تنگستن (WC) Tungsten carbide

کاربید بور (B۴C) boron carbide

بورایدها (Ceramic borides)

تیتانیم بوراید (TiB۲)

دسته بندی سرامیکهای مهندسی بر اساس کاربرد

سرامیکهای مهندسی (مدرن) بر اساس کاربرد به انواع زیر دسته بندی می شوند :

  • مغناطیسی
  • نوری
  • الکتریکی
  • حرارتی
  • مکانیکی
  • شیمیایی
  • بیوزیست
  • هسته ای

محصولات ساخته شده از سرامیک غیراکسیدی سیلیکون کارباید.

کامپوزیتهای مبتنی بر سرامیک یا کامپوزیتهای زمینه سرامیکی

این گروه را می توان  ترکیبی از سرامیک های اکسیدی و غیر اکسیدی در نظر گرفت. کامپوزیت سرامیک اکسیدی-غیراکسیدی؛ سرامیک غیر اکسیدی- غیر اکسیدی؛ سرامیک– پلیمرو غیره تعداد تقریباً نامتناهی از ترکیب ها را امکان پذیر می کند. تقویت کننده ها می توانند به صورت دانه ای ، پلاستیکی و غیره باشند. هنگامی که ترکیبی از سرامیک و پلیمر است ، هدف از این کار ، تقویت سختی سرامیک ها است که در غیر این صورت شکننده هستند. وقتی دو سرامیک را با هم ترکیب می کنیم ، هدف این است که سختی را بهبود بخشیم ، به طوری که این ترکیب برای یک کاربرد خاص مناسب تر شود.

منبع

A. O. Surendranathan, “An Introduction to Ceramics and Refractories”, CRC Press, 2015.