مقاله شماره 3: آشنایی با سرامیک

[متالیک]

سرامیک


به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.
این تعریف نه‌تنها سفالینه ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.


[FONT=times new roman, times, serif]تاریخچه[/FONT]

برخی‌ها آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند. ولی در کل اکثریت تاریخنگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند. (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)
واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.

[FONT=times new roman, times, serif]طبقه‌بندی سرامیک‌ها[/FONT]

سرامیک‌ها از لحاظ ساختار شیمیایی به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• سرامیک‌های سنتی(سیلیکاتی)
• سرامیک‌های مدرن(مهندسی)
  • اکسیدی
  • غیر اکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

• سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
• سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی

[FONT=times new roman, times, serif]انواع سرامیک‌ها[/FONT]


[FONT=times new roman, times, serif]سرامیک‌های سنتی[/FONT]

این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...

[FONT=times new roman, times, serif]سرامیک‌های مدرن[/FONT]

این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.

[FONT=times new roman, times, serif]سرامیک‌های اکسیدی[/FONT]

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

• برلیا (BeO)
• تیتانیا (TiO2)
• آلومینا (Al2O3)
• زیرکونیا (ZrO2)
• منیزیا (MgO)

[FONT=times new roman, times, serif]سرامیک‌های غیراکسیدی[/FONT]

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:

1. نیتریدها
   • BN
   • TiN
   • Si3N4
   • GaN
2. کاربیدها
   • SiC
   • TiC
   • WC

و....

[FONT=times new roman, times, serif]صنعت سرامیک[/FONT]

بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.



[FONT=times new roman, times, serif]خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر[/FONT]

• دیرگدازی بالا
• سختی زیاد
• مقاومت به خوردگی بالا

[FONT=times new roman, times, serif]کاربردهای مختلف مواد سرامیکی[/FONT]

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:

1. الکتریکی و مغناطیسی
   • عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)
   • دی الکتریک (BaTiO3)
   • پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)
   • پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))
   • مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)
   • مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)
   • نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO2)
   • رسانای یونی (β-Al2O3)
   • تابانندهٔ الکترون (LaB6)
   • ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)
2. سختی بالا
   • ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
   • مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)
3. نوری
   • فلورسانس (Y2O3)
   • ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)
   • منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
   • بازتاب نوری (TiN)
   • بازتاب مادون قرمز (SnO2)
   • انتقال دهندهٔ نور (SiO2)
4. حرارتی
   • پایداری حرارتی (ThO2)
   • عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
   • رسانای حرارتی (AlN - C)
5. شیمیایی و بیوشیمیایی
   • پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
   • سابستریت (TiO2- SiO2)
   • کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)
6. فناوری هسته‌ای
   • سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
   • مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
   • مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور
   • مواد محافظت کننده از راکتور

منبع: http://metallurgyahvaz.blogfa.com/post-13.aspx

 

[فرهنگ]

از زمانی که انسان غارنشینی را به قصد یافتن مکان زیست بهتر، پشتسرگذاشت، بامصالح ساختمانیسر و کار پیدا کرده بود. بدیهی است که این مواد از نوع موجود در طبیعت بود، مانند پوست برای بنا کردن خیمه ویا گل و سنگ برای تهیه مسکن دائمی‌. بعدها بشر آموخت که از قطعات چوب و تخته و میخو پیچ برای استحکام بنا استفاده کند و موادی مانندآهک ،ساروجوسیمان را برایاتصال محکم‌تر قطعات سنگ و یا چوب به یکدیگر بکار بگیرد، ولیخاکرس مهمترین ماده اولیه تهیه بسیاری از مصالح ساختمانی است. خاک رس به صورتناخالص در تهیه کوزه ، گلدان هاى گلی ،ظروف سفالی، اشیا و لوله‌هاى سفالی ،سرامیک ، سیمان و به صورت خالص ، در تهیهظروف چینیو ... مصرف می‌شود.
تعریف
· از نظر واژه: سرامیک به کلیه جامدات غیر آلی و غیر فلزی گفتهمی‌شود.
· از نظر ساختار شیمیایی: کلیه موادی که از مخلوط خاک رس با ماسه وفلدسپاردر دمای بالا بدست می‌آیند و توسطتوده شیشه مانندی انسجام یافته و بسیار سخت و غیر قابل حل درحلال‌ها وتقریبا گداز ناپذیر می‌‌باشند، سرامیک نامیده می‌شوند.


نقش اجزای سه‌گانه در سرامیک
· خاک رس: موجب نرمی ‌و انعطاف و تشکیل ذرات بلوری سرامیک می‌شود.
· ماسه: قابلیت چین خوردن ، پس از خشک وگرم شدن و تشکیل ذرات بلوری سرامیک را کاهش می‌دهد.
· فلدسپار: در کاهش دادن دمای پخت و تشکیلتوده شیشه‌اى و چسباننده ذرات بلوری سرامیک موثر است.
خواص سرامیک‌ها
خواص سرامیک‌ها بسته به نوع و درجه خلوص هر یک از اجزایاصلی ، مواد افزودنی ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهنده‌هاى موجود درمحیط ، تغییر می‌کند. در قرن حاضرصنعت سرامیک سازیتوسعه و تنوع شگرفی یافتهو اهمیت و کاربردهای آن نیز وسعت پیدا کرده است.
سرامیک‌های ویژه
· مقره‌های برق:
که عایقهای خوبی برایگرما و برق هستند و در آنها از Al2O3 ، Zr2O3 استفاده می‌شود.
· سرامیک‌های مغناطیسی:
در در این نوعسرامیک ازاکسیدهای آهناستفاده می‌شود. مهمترینکاربردآنها درتهیهعنصرهای حافظه در کامپیوتراست.
· سرامیک‌های شیشه‌اى:
وقتی شیشهمعمولی پس از تهیه در دمای بالایی قرار گیرد، تعداد قابل توجهی از ذرات بلور در آنتشکیل می‌شود و خاصیت شکنندگی آن کم می‌گردد و بر خلاف شیشه‌های معمولی دیگر ،ایجاد یا پیدایش شکاف کوچک در آنها ساری نمی‌باشد،‌ یعنی این شکافها خود به خودپیشرفت نمی‌کنند. از این نوع سرامیک‌ها برای تهیه ظروف آشپزخانه یا ظروفی که برایحرارت دادن لازم باشند، استفاده می‌شود که آن را اصطلاحاپیروسراممی‌نامند.
لعابهاو انواع آنها
لعابها طیف وسیعیازترکیبات آلیومعدنیرا دربرمی‌گیرند. لعاب مربوط بهسرامیک معمولا مخلوط شیشه مانندی متشکل ازکوارتز ،فلدسپار واکسید سرب (PbO) است. این اجزا را پس ازآسیاب شدن و نرم کردن به صورت خمیری رقیق درمی‌‌آورند. آنگاه وسیله سرامیکی موردنظر را در این خمیر غوطه‌ور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دمایمعین حرارت می‌دهند. پس از لعاب دادن رویچینی، روی آن مطالب مورد نظر را می‌نویسندو یا طرح مورد نظر را نقاشی می‌کنند و دوباره روی آن را لعاب داده و یک بار دیگرحرارت می‌دهند. در این صورت وسیله مورد نظر پرارزش‌تر و نوشته و طرح روی آنبادوام‌تر می‌شود.
لعابها در انواع زیر وجود دارند:
· لعاب بی‌رنگ: این نوع لعاب که برای پوشش سطحچینی‌های بدلی ظریف بکار می‌رود، بی رنگ و شفاف است و از مخلوطکلسیم وسیلیسو خاک چینی سفید تهیه می‌شود.
· لعاب رنگی: برای رنگ آبی ازاکسید مس (Cu2O) ، برای رنگ زردازاکسید آهن (FeO) و برای رنگ سبز ازاکسید کروم (Cr2O3) ، برای رنگ زرد ازکرومات سربو برای رنگ ارغوانی ازارغوانی کاسیوساستفاده می‌شود.
· لعاب کدر: این نوع لعاب که برای پوششچپنی‌های بدلی معمولی بکار می‌رود و از مخاـوط SnO2 , PbO , SiO2 , Pb3O4 ،نمک وکربنات سدیمتهیه می‌‌شود که آن را پس ازذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شیر در می‌آورند و شئی لعابدادنی را در آن غوطه‌ور می‌کنند.
ظروف لعابی
ظروف لعابی درواقع ، نوعی ظروف آهنی هستند که سطح آنها را بهمنظور جلوگیری از زنگ زدن ، از لعاب می‌پوشانند. البته این نوع ظروف را نباید زیادگرم یا سرد و یا پرتاب کرد و یا اینکه تحت ضربه قرارداد، زیرا لعاب سطح آنها ترکبرداشته و می‌ریزد.

 

[فرهنگ]

انواع چینی
چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌‌شوند و به دو دستهچینی‌های اصل یا سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.
· چینی‌های اصل:
o چینی ظرف: که می‌توان آن را نوعی شیشه کدردانست، مانند ظرف چینی معروف به سور. از ویژگیهای این نوع چینی آن است که لعاب رنگیرا به خود می‌‌گیرد.
o چینی سیلیسی: این نوع چینی که بهچینی لیموژمعروف است، درکشورهای فرانسه ، ژاپن و چین تهیه می‌‌شود. مواداولیه آن خاک چینی سفید ، شن سفید و فلدسپار است.
o چینی آلومینیوم‌دار: این نوع چینی بهنام چینی ساکس و بایو در فرانسه تهیه می‌‌شود و دارای Al2O3 , SiO2 , CaO است.
· چینی‌های بدلی: خمیر این نوع چینی‌هاترکیبی حد واسط از خمیر سفال و خمیر چینی‌های ظریف است. در نتیجه سختی آنها ازچینی‌های اصل کمتر است. از این رو ، حتما باید آنها را با لعاب بپوشانند. این نوعچینی‌ها خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:
o بدل چینی‌های معمولی که خمیر آنها رنگی است و از این رو ، با لعاب کدر پوشانیدهمی‌شود.
o بدل چینی ظریف که خمیر آنها مانند خمیر چینی بی‌رنگ است اما بر خلاف چینی درمقابل نور شفاف نیست. معمولا سطح این نوع چینی‌ها را از لعاب بی‌رنگ ورنی مانند وشفاف می‌پوشانند تا ظاهری مانند چینی اصل پیدا کنند.
اطلاعات اولیه
سرامیکها معمولا به استثنایفلزات و آلیاژهای فلزی و موادآلی ، شامل تمام مواد مهندسی می‌شوند که از نظر شیمیایی جزو مواد معدنی هستند و بعداز قرار گرفتن در دمای بسیار بالا ، شکل اولیه خود را حفظ کرده و مقاوم‌تر می‌شوند. ظروف سفالی ، چینی و چینی‌های بهداشتی و غیره ، جزو این گروه می‌باشند.
مواد اولیه سرامیکها
سرامیکها ، از سه ماده اولیهخاک رس،فلدسپارهاوماسهتهیه می‌شود. خاک رس ،‌ همانسیلیکاتهای آلومینیوم هیدراتهاست که به صورت کانی‌های مختلفی یافت می‌شوند.
طبقه‌بندی کانی‌های رس
کانی‌های سیلیکاتی دو لایه‌ای
· کائولینیت : بررسی پراش اشعه ایکس ، وجود دو لایه را در کائولینیت نشانمی‌دهد. لایه اول شامل واحدهای2-Si2O5 چهار وجهی است و لایه دوم از واحدهای هشت وجهی2-Al2(OH)4 تشکیل شده است. از اتصال دولایه ، یک لایه واحد بوجود می‌آید که تکرار آن ، لایه کائولینیت رامی‌سازد.
· هالوی‌سیت : کانی دیگر ، هالوی‌سیت است که در مقایسه با کائولینیتکاربرد کمتری دارد.
کانیهای سیلیکاتی سه لایه‌ای
· مونت موری لونیت : مونت موری لونیت دارای سه لایه ، دو لایه به صورتچهاروجهی‌های سیلیکاتی و لایه وسط به صورت گروه‌های هیدروکسی آلومینات است. به علتتوانایی گیر انداختن سیستمهای مولکولی مختلف ، اغلب به عنوان کاتالیست مصرفدارند.
· ایلیت : ساختمان ایلیت ، تقریبا شبیه مونت موری لونیت می‌باشد و چونهمیشه همراه با مخلوط کانیهای دیگر است فرمول دقیقی نمی‌توان برای آن در نظر گرفت.
ترکیبات ثانوی خاک رس و تاثیر آن بر سرامیکها
ترکیبات ثانوی ، شاملترکیبات آهن ، ماسه ، کربناتهای کلسیم و منیزیم ، میکا و مواد آلی است که مقادیرآنها در انواع خاک رس متغیر می‌باشد. ترکیبات آهن موجود در خاک رس مثل پیریتها وهیدروکسیدهای آهن و . . . باعث پایین آمدن نقطه ذوب و تغییر رنگ سرامیک قبل از پختبه زرد متمایل به قهوه‌ای و بعد از پخت به صورتی متمایل به قرمز تیره می‌شوند. ماسه،‌ باعث کم شدن حالت پلاستیته و کاهش قدرت چسبندگی می‌شود.
کربناتهای کلسیمو منیزیم به عنوان ناخالصی باعث آسیب دیدگی محصول شده و بعد از پخت ، باعث افزایشخلل و فرج و کاهش قدرت مکانیکی و خواص نسوزی محصول می‌شوند. نمکهای سولفات و کربناتو کلریدهای فلزات قلیایی خاک رس و وانادیوم ، قابل حل در خاکهای رس هستند و موجبپخش مواد در توده خاک رس می‌شوند. ترکیبات وانادیوم لکه‌های زرد متمایل به سبز ،روی محصول ایجاد می‌کنند. ترکیبات آلی موجود در خاک رس ، باعث ایجاد رنگ خاکستریمی‌شوند.



انواع سیلیکا
دی‌اکسید سیلیکون ، معمولا به سه صورت سنگ ، گرانول و پودروجود دارد. دی‌اکسید سیلیکون در حالت سنگ به صورت کوارتز یافت می‌شود که در اینحالت خیلی کمیاب است. به علت خالص بودن بهترین نوع سیلیکا برای مصرف در سرامیک‌هااست. نوع گرانول درصنعت سرامیک سازیخیلی رایج می‌باشد. این نوع سیلیکا رامعمولا قبل از مصرف ، دانه‌بندی کرده ، می‌شویند. نوع پودر سیلیکا معمولا خالصنبوده و در ساخت سرامیک چندان مصرف ندارد.
نقش فلدسپارها در سرامیک‌سازی
فلدسپارهاخاصیت سیال‌کنندگیدارند وامروزه نیز ازاین ترکیبات درصنعت سرامیک استفاده می‌کنند. نقش این ترکیبات درسرامیک سازی ، ایجاد فاز شیشه‌ای در توده اولیه است.
انواع فلدسپارها در سرامیک
1. فلدسپار پتاسیم KO , Al2O3 , 6SiO2
2. فلدسپار سدیم Na2O , Al2O3 , 6SiO2
3. فلدسپار کلسیم CaO , Al2O3 , 6SiO2
از بین اینها فلدسپار پتاسیم از همه مهمتر است، ولی در عمل موادیکه به عنوان سیال کننده بکار می‌روند، مخلوطی از فلدسپارهای مختلف هستند.
http://mhmetall.persianblog.ir/post/94