مواد سرامیکی چیست؟ برای توضیح درباره ماهیت اصلی مواد سرامیکی باید از اینجا شروع کنیم که دارای طیف متنوعی از خواص هستند که متناسب با موادشان در کاربردهای مختلفی استفاده می‌کنند. این مواد هرکدام‌شان یک خواصیتی دارند که شامل هدایت حرارتی کم، ظرفیت حرارتی بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر سایش است. علاوه بر این خواصیت ها، بیشتر سرامیک‌ها از ویژگی‌های مثل سختی، قوی بودن، از نظر شیمیایی پایدار، شکننده و غیر مغناطیسی هستند و به عنوان عایق حرارتی و الکتریکی عمل می‌کنند.
خواص مواد سرامیکی :
مواد سرامیکی تحت تأثیر انواع اتم‌های موجود، پیوند بین این اتم‌ها و آرایش آن‌ها قرار می‌گیرد. بیشتر سرامیک‌ها از دو یا چند عنصر تشکیل شده‌اند که مکانیسم‌های پیوند رایج پیوندهای کووالانسی و یونی است. این مکانیسم‌ها اغلب در یک ماده همزیستی دارند و در هر نوع پیوند، ویژگی‌های متفاوتی را به همراه دارد.
پیوندهای یونی معمولاً بین عناصر غیرفلزی و فلزی با تفاوت‌های قابل توجهی در الکترونگاتیوی ایجاد میشود و در نتیجه ساختارهایی با نقطه ذوب بالا به وجود می‌آورد. دلیل این ساختار به دلیل ماهیت غیر جهت‌دار و قوی آن‌ها ایجاد میشود. پیوندهای کووالانسی بین عناصر غیرفلزی با اختلافات الکترونگاتیوی کوچکتر تشکیل می شود.
ترکیباتی که تحت سلطه پیوند کووالانسی یا یونی قرار می‌گیرند، نسبت به ترکیباتی که دارای پیوند مخلوطی‌اند ((پیوند مخلوط شیمیایی (به انگلیسی: Chemical bond) به نیروهایی که اتم‌ها یا مولکول‌ها را کنار هم نگاه می‌دارد گفته میشود)) از نقاط ذوب بالاتری برخوردار هستند. به عنوان مثال، اکسید منیزیم (۷۳٪ ترکیب یونی، ۲۷٪ ترکیب کووالانسی) در دمای ۲۷۹۸ درجه سانتی‌گراد، کاربید سیلیکون (۱۱٪ ترکیب یونی، ۸۹٪ ترکیب کووالانسی) در ۲۵۰۰ درجه سانتی‌گراد، و دی‌اکسید سیلیکون (۴۹٪ ترکیب کووالانسی، ۵۱٪ ترکیب یونی) در ۱۷۱۵ درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شوند.
خواص سرامیکی مکانیسم‌های پیوند
خواص سرامیکی تحت تأثیر مکانیسم‌های پیوند عبارتند از:
- شکل پذیری کم
- استحکام سایش بالا
- هدایت حرارتی ضعیف
- مدول بالا
- دمای هم‌جوشی
- سختی
- شکنندگی
- استحکام بالا
ترکیبات ساخت سرامیک
مواد لازم جهت ساخت و تولید سرامیک شامل: پودر سنتز، اختلاط، شکل‌دهی و عملیات حرارتی است که در آن تف‌جوشی (به انگلیسی: Sintering) از طریق تشکیل فاز بین دانه‌ای-مایع یا انتشار حالت جامد انجام میشود.
پودرهای سرامیکی از طریق مسیرهای مصنوعی، مانند فرآیندهای رسوب یا سل – ژل، یا با پردازش مواد خام طبیعی مانند کانی‌های سنگی به دست می‌آیند.
مرحله بعدی شامل شکل‌دادن ذرات سرامیکی به اشکال خاص با استحکام مکانیکی کم و تخلخل بالا با افزودن آب یا مواد چسبنده و به دنبال آن فرآیندهای شکل دهی مختلف است.
تراکم فشرده سازی طی ۳ مرحله فرآیند پخت انجام میشود:
- تف‌جوشی راکتیو
- تف‌جوشی فاز مایع
- تف‌جوشی حالت جامد
چگالی اولیه سرامیک‌های معمولاً ۴۰ تا ۶۰ درصد چگالی تئوری است، و این در حالی است که چگالی نهایی می‌تواند بین ۸۵ تا ۱۰۰ درصد برسد.
انواع سرامیک
سرامیک‌ها را میتوان به دو دسته تقسیم بندی کرد:
- سرامیک‌های پیشرفته (فنی)
- سرامیک‌های سنتی
سرامیک‌های سنتی بر پایه سیلیکات‌ها ساخته می‌شوند مانند دیرگدازها و فرآورده‌های رسی. از این نوع سرامیک‌ها در حجم زیاد و با استفاده از مواد خام از رسوبات طبیعی تولید می‌شوند.
خاک رس رایج‌ترین ماده خام مورد استفاده در سرامیک‌های سنتی می‌باشد و علت استفاده هم این است که به راحتی شکل می‌گیرد و به صورت طبیعی در دسترس است. بیشتر محصولات رسی شامل پرکننده‌های ارزان‌قیمت مانند کوارتز و فلدسپات هستند که شیشه را برای اتصال ذرات سرامیکی در طول عملیات حرارتی تشکیل می‌دهند.
نمونه‌هایی از سرامیک های پیشرفته اکسیدی:
- زیرکونیا
- آلومینا
- نیترید تیتانیوم
- نیترید سیلیکون
- بوریدها
- سیلیکون
- کاربید و سرامیک‌های مختلف با کاربردهای ابررسانا، پیزوالکتریک، فروالکتریک و مغناطیسی هستند.
این سرامیک‌های پیشرفته خواص مکانیکی استثنایی را تحت شرایط شدید نشان می‌دهند، از جمله استحکام سایش بالا، مقاومت در برابر مواد شیمیایی تهاجمی و دوام در محیط های خورنده.
همچنین دارای خواص الکتریکی، مغناطیسی و نوری منحصر به فرد، همراه با مقاومت قابل توجه در برابر دماهای بالا و حملات شیمیایی هستند.
آینده سرامیک
علاوه بر کاربردهای موجود که گفته شد، سرامیک‌ها دارای پتانسیل قابل توجهی در هوافضا، الکترونیک و پایداری هستند.
از دیگر موارد مورد استفاده سرامیکی میتوان به:
- ساخت اجزای سبک وزن برای بخش گرم در موتورهای توربین هواپیما
- سیستم‌های حفاظت حرارتی برای وسایل نقلیه فضایی
اشاره کرد.
چگالی نسبت به فلزات
سرامیک های پیشرفته نیز نقش حیاتی در الکترونیک دارند. معمولا برای حسگرها، خازن ها، ابررساناها، نیمه هادی ها، وریستورها، هادی های یونی و کاربردهای بستر/بسته بندی استفاده می شوند. به عنوان مثال، نیترید بور، نیترید آلومینیوم و آلومینا به عنوان بسترهای الکترونیکی عمل می کنند، در حالی که ترکیبات تیتانات در حسگرها، محرک ها، فروالکتریک ها و خازن ها به کار می روند.
در نتیجه و به طور خلاصه برای توضیح درباره مواد سرامیکی چیست، باید گفت سرامیک ها تاثیرات بسیار زیادی را در طول تاریخ پذیرفته اند، و از سفال سنتی به کاربردهای فناوری پیشرفته تبدیل شده اند که ایننشانه جگر است است که تطبیق پذیری و اهمیت وجودی خود را به صورت برجسته نشان داده اند. انتظار می‌رود که نوآوری‌های در حال انجام، نقش سرامیک‌ها را در زمینه‌های متنوعی مانند هوافضا، الکترونیک و راه‌حل‌های انرژی پایدار افزایش دهند و پتانسیل آن‌ها را برای پیشرفت‌های آینده به نمایش بگذارند.
نظری یافت نشد.