شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
سرامیک

سرامیک

سرامیک

ارسالی از : سید حمیدرضا نصراله زاده

مقدمه

سرامیک مشتق از کلمه keramos یونانی است که به معنی سفالینه یا شئی پخته شده است. در واقع منشا پیدایش این علم همان سفالینه های 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 شکل گیری 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 می آیند، از عناصر آلومینیوم، سیلیسم و اکسیژن ساخته می شوند که این سه عنصر بر روی هم حدود ۸۵ درصد پوسته جامد کره زمین را تشکیل میدهند. این سه عنصر فراوانترین عناصر پوسته زمین هستند.

صنعت ساخت سفالینه ها در ۴۰۰۰ 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 عمده آنها مواد غیرآلی و غیرفلزی میباشند، تعریف میکنیم و بررسی ساختمان و خواص اینگونه مواد نیز جزء این علم است.

 

فرآورده های سرامیکی:

این فرآورده ها را می توان به دو گروه عمده تقسیم کرد:

۱٫سرامیکهای سنتی

۲٫سرامیکهای نوین

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

فرآورده های شیشه ای بزرگترین بخش صنعت سرامیک محسوب می شوند. سایر بخشها به ترتیب اولویت عبارتند از:

  • محصولات سیمانی داخلی ( مانند سیمانهای هیدورلیکی که در صنایع ساختمانی به مصرف میرسند).
  • سفیدآلات، ( Whiteware): شامل سفالینه ها، چینی ها و ترکیبات چینی مانند هستند.
  • لعابهای چینی
  • محصولات رسی ساختمانی: که به طور عمده از آجرها و کاشیها تشکیل می شوند.

Untitled

. صنعت سازنده مواد ساینده: عمدتاً ساینده های سیلسیم کاربیدی و آلومینائی

  1. سرامیکهای نوین: این دسته برای جواب گوئی به نیازهای مخصوص مانند مقاومت حرارتی بیشتر، خواص مکانیکی بهتر و خواص الکتریکی ویژه و مقاومت شیمیایی افزون تر به وجود آورده اند.

گروهی از انواع این نوع سرامیکها عبارتنداز:

۱٫سرامیکهای اکسیدی خالص با ساختمانی یکنواخت: به عنوان اجزاء الکتریکی با دیرگداز بکار می روند.

اکسیدهایی مانند آلومینا (Al2O3)، زیرکونیا (ZrO2)، توریا (ThO2)، بریلیا (BeO) و منیزیا (MgO) بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
۲٫ سرامیکهای الکترواپتیکی (الکترونیکی– نوری): مانند نایوبیت لیتیم (

LiNbO3 و تیتانات که اینها محیطی را فراهم می آورند که بوسیله آن علائم الکتریکی به نوری تبدیل میشوند.

  1. سرامیکهای مغناطیسی: این مواد اساس واحدهای حافظه مغناطیسی را در کامپیوترهای بزرگ تشکیل میدهند.
  2. تک بلورها
  3. سرامیکهای نیتریدی: مانند نیترید آلومینیوم، نیترید سیلسیم و نیترید بور که بسیار دیرگداز و استحکام خوبی در درجه حرارتهای بالا دارند.
    ۶٫ لعاب های سرامیکی: به عنوان پوشش فلز آلومینیوم تولید میشوند.
    ۷٫ مواد مرکب کامپوزیت (فلزی – سرامیکی): هر دو فاز فلزی و سرامیکی در این مواد وجود دارد.

۸٫کاربیدهای سرامیکی: به عنوان ساینده مورد استفاده قرار میگیرند.
۹٫بوریدهای سرامیکی: از نظر استحکام و مقاومت اکسیده شدن در درجه حرارتهای بالا حائز اهمیت هستند.

۱۰٫سرامیکهای فروالکتریکی: دارای ثابت دیالکتریک بسیار بالائی بوده و به عنوان اجزاء الکترونیکی در خازنها کاربرد دارد.

۱۱٫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 می کند. در این شاخه ساختمان اتم، اتصالات بین اتمها، ساختمانهای بلوری، ساختمان شیشه، معایب ساختمانی، استحاله های فازی، رشد دانه ها، 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 می گیرند.

در سرامیک صنعتی از تکنولوژی ساخت سرامیکها صحبت میشود.

اصولاً مراحل ساخت هر جسم سرامیکی به صورت زیر است:

Untitled

رشته مهندسی مواد – سرامیک

رشته سرامیک یکی از زیر مجموعه‌های رشته مهندسی مواد است. وظیفه اصلی یک مهندس مواد در ابتدا شناخت ساختمان مواد و خواص آن و شناخت ارتباط بین این ساختار و خواص است و در نهایت یافتن کاربرد مناسب برای آن مواد می‌باشد. و در مواردی دیگر با توجه به نیاز کاربردی که وجود دارد مواد جدید و ترکیبات جدید را طراحی نماید.

اما رشته سرامیک به عنوان یک زیرشاخه رشته مواد چیست؟

در ابتدا با شنیدن نام سرامیک هر انسانی به یاد ظروف سفالین می‌افتد و بسیاری فکر می‌کنند که رشته مهندسی سرامیک یک رشته هنری است و گروهی دیگر این تصور را دارند که این رشته محدود به ساخت محصولاتی چون ظروف سفالین، کاشی، چینی می‌باشد. اما نکته قابل توجه در رابطه با این شاخه از مواد این است که با شناخت آن و معرفی آن به دنیای صنعت یک مرحله جدید و یک تحول بزرگ پدید آمد. این شاخه از علم مواد که بسیار هم جوان است، سبب شد تا تحولی بزرگ در صنایع فضا، الکترونیک، اپتیک، پزشکی و بسیاری از علوم دیگر پدید آید.

بطور کلی اگر تعریفی از سرامیک به شکلی ساده و ابتدایی بدهیم، باید بگوئیم که مواد سرامیک از جمله کانی‌های معدنی غیرفلزی می‌باشند، کافی است که به اطراف خود نگاه کنید هر آنچه که جزء مواد آلی، فلزی، پلاستیکی، سلولزی (چوب و کاغذ) نباشد سرامیک است. پس می‌بینیم که در دنیای کنونی سرامیکها ما را محاصره نموده‌اند. شیشه‌ها از جمله شیشه‌های ساختمانی، اپتیک، فلیترهای بسیار دقیق اپتیکی، مصالح ساختمانی از جمله سیمان، کاشی، چینی بهداشتی، سنگها، نسوزها و کلاهک و پوشش بیرونی موشک‌های فضاپیما و قطعات اصلی کامپیوترها، اجزای درونی قطعات الکترونیک از جمله ICها، مقاومتها، ایمپلانتها و بسیاری از قطعاتی که جایگزین اعضای بدن انسان می‌شوند، فروالکتریکها، فرومغناطیسی‌ها و فوقهادیها و بسیاری کاربردها و مواد دیگر که همه و همه مدیون شناخت و بوجود آمدن رشته سرامیک است.

صنعت سرامیک متمرکز بر تولید سرامیکهای سنتی است از جمله صنایع شیشه، چینی، کاشی، سیمان نسوز، و غیره بوده و تا بحال تمرکز صنعت در سرامیکهای مدرن بوده است. امکان ادامه تحصیل در این رشته تا مقطع دکتری در داخل کشور وجود دارد، وضعیت ادامه تحصیل در دانشگاههای خارج از کشور در این رشته بسیار مطلوب می‌باشد و این رشته بسیار مورد توجه جوامع صنعتی و دانشگاهی جهان است.

از دیدگاه وضعیت بازار کار برای این رشته با توجه به رشد قابل توجهی که این صنعت در ایران به دلیل مزیت نسبی آن داشته و دارد، بازار کار مناسبی را می‌توان برای آن متصور شد. هر چند که با ظرفیت قابل توجهی که سالانه در این رشته جذب دانشگاهها می‌شوند. اندکی از قطعیت سخن پیش کاسته می‌شود. نزدیکی این شاخه از علم مهندسی با رشته فیزیک و شیمی بیش از تمامی رشته‌هاست که بسته به شاخه‌های خاص به هر یک از دو رشته فیزیک کاربردی و شیمی کاربردی نزدیک می‌شود در بسیاری از صنایع سرامیک و کارخانجات مهندسی شیمی مشغول به کار می‌باشند.

در مقایسه با رشته‌هایی چون مکانیک، الکترونیک و برق که می‌توان برای آن بازار کاری برای کلیه صنایع کشور متصور شد، رشته سرامیک این چنین فراگیر نمی‌باشد. اما آن رشته‌ها هم به نسبت تعداد فارغ‌التحصیلانش بازار کاری در حد و اندازه مهندسی سرامیک دارند. صنعت سرامیک ایران، صنعت بسیار بکر و دست نخورده‌ای برای محصولات و شاخه‌های جدید و نوین سرامیکی است. که با اندکی جدیت، اعتماد به نفس و همت هر متخصص سرامیکی می‌تواند بازار کاری برای خود پدید آورد.

چشم انداز آینده

موادی که در سالهای آینده از اهمیت روزافزون برخوردار خواهند بود، موادی چون شیشه‌های پیشرفته، کربن و کامپوزیت‌ها می‌باشند. بطور مثال در سالهای اخیر توجه زیادی به کامپوزیت‌های زمینه سرامیکی معطوف شده‌است (به‌خصوص به انواعی از این مواد که در دماهای بالا قابل استفاده هستند). مواد کربنی و تکنولوژی‌های مربوطه نیز مورد توجه زیادی قرار دارند. سرامیک‌های پیشرفته در سالهای آینده احتمالاً کاربردهای بسیار حساس و دقیق‌تری در زمینه‌های مختلف پیدا خواهندکرد که برخی از آنها به قرار زیر می‌باشند:

۱- ابررساناهای سرامیکی که اخیراً نمونه‌هایی از آنها در کابلها و مبدلهای الکتریکی بکار گرفته شده‌است و احتمالاً سال آینده وارد بازار خواهندشد.

۲- مغناطیس‌های فریتی که امروزه بازاری به ارزش حدود یک میلیارد دلار را به خود اختصاص داده‌اند، همچنان به پیشرفت خود ادامه داده و با خواص نوین و بهینه خود، پاسخگوی نیازهای جدید بازار در بخش­های مختلفی چون الکترونیک و اتومبیل‌سازی خواهندبود. در صنایع تلفن‌سازی نیز سرامیک‌های پیشرفته، ساخت تلفن­های همراه کوچک را امکان‌پذیر می‌سازند.

۳- در تکنولوژی زیستی (بیوتکنولوژی)، در مورد کاشت‌های میکرونی‌ا‌ی تحقیق می‌شود که قرار است به صورت میکرورآکتور در بدن کار کنند. پس به حسگرهای سرامیکی در مقیاس نانومتری نیاز خواهیم‌داشت. همچنین ساختارهای گیاهی با سیستمهای بهینه‌شده الیاف وکانالهای خود عیناً در مورد ساختارهای سرامیکی شبیه‌سازی شده‌اند و قرار است بعنوان سیستمهای بسیار مؤثر کاتالیزوری بکار گرفته‌شوند.

         ۴- درتکنولوژی ساخت کامپیوترها نیز امکان وقوع تحولاتی در راستای استفاده از تراشه‌های si-sic بجای تراشه‌های فعلی سیلیکونی وجود دارد. این موضوع امروزه شدیداً مورد پژوهش و تحقیق قرار گرفته‌است. در صنایع اتومبیل‌سازی روزبه‌روز از قطعات الکتریکی بهره بیشتری گرفته می‌شود و استفاده از قطعات سرامیکی مینیاتوری در این زمینه بسیار حیاتی است.

سرامیک و نانوتکنولوژی

امروزه شرکتهای بزرگ صنعتی در جستجوی روش­هایی هستند که محصولات خود را هرچه کوچک‌تر، سبک‌تر، هوشمندتر و چندمنظوره‌تر سازند. حرکت به سوی چنین محصولاتی به یاری تکنولوژی‌هایی مانند نانوتکنولوژی امکان‌پذیر خواهدبود.

به یاری نانوتکنولوژی، امکان تأثیرگذاری بر ساختار اتمی مواد وجود دارد. در آن صورت، مواد را می‌توان کاملاً بر اساس خواص مورد انتظار به گونه‌ا‌ی کاملاً آزادانه طراحی نمود و به خواص و کیفیت‌های کاملاً نوینی دست یافت. در این راستا مواد سرامیکی نیز نقش اساسی خواهندداشت.

       به‌طور خلاصه می‌توان گفت که در آغاز قرن ۲۱، حوزه‌هایی چون فوتونیک، علوم زیستی و فن‌آوری مواد در مقیاس نانو بعنوان مهمترین قلمروهای پیشرفت علمی و صنعتی معرفی شده‌اند و سرامیک‌ها در تمامی این حوزه‌ها، نقش راهبردی خواهندداشت.

وضعیت کشور ما

اما در کشور ما تا چه حد به این حوزه‌های نوین کاربرد سرامیک‌ها و مواد نو توجه شده‌است؟ حوزه‌هایی که محصولات آنها بسیار استراتژیک بوده و ارزش افزوده‌ا‌ی تا ۱۰۰ برابر بیشتر از محصولات معمولی سرامیکی دارند. متأسفانه علیرغم صحبت­های زیاد و برقراری جلسات متعدد در مکان­های مختلف و برگزاری کنفرانس‌ها، در این زمینه هنوز گام­های عملی برداشته نشده‌ است. به‌نظر می‌رسد که نخستین گام در این راستا، تعیین استراتژی گسترش صنعت سرامیک (یا به‌طور کلی مواد مهندسی) برای سال­های آینده و برنامه‌ریزی برای دستیابی و گسترش برخی از فن‌آوری­های فوق‌الذکر می‌باشد. آنگاه جهت هدایت تحقیقات در زمینه‌های دارای اولویت و دستیابی به تکنولوژی­های مربوطه و حمایت جدی از سرمایه‌گذاران برای ورود به برخی از این عرصه‌هـا، بایـد از سوی دولت گامهای اساسی برداشته‌شود. چرا که اگر امروز در این زمینه‌ها فکر اساسی نشود و برنامه‌ریزی اصولی انجام نگیرد، فردا بسیار دیر خواهد بود.

تاکنون تقسیم‌بندی­های گوناگون و متفاوتی برای مواد و از جمله سرامیک­ها ارائه شده است. یکی از مهمترین آنها قرار دادن سرامیک­ها در دو گروه پیشرفته و سنتی می‌باشد. دکتر صولتی رئیس پژوهشکده سرامیک پژوهشگاه مواد و انرژی در این رابطه نظرات جالب متفاوتی را ارائه نموده است. متن زیر حاصل گفتگوی شبکه تحلیل‌گران تکنولوژی ایران (ایتان) با وی در زمینه این نوع تقسیم‌بندی سرامیک­ها می‌باشد:

روند تکاملی توسعه مواد

بحث مواد پیشرفته که این روزها بیش از گذشته در کشور مورد توجه قرار گرفته­ است، یک بحث کاملاًً مفهومی است. به این معنی که پیشرفته بودن این مواد بیشتر از اینکه مربوط به جدید بودن، پیچیدگی و حساسیت تولید و کاربرد آنها باشد، به نوع نگرش و دیدگاه­های موجود نسبت به این مواد بستگی دارد.

روند کلی تکامل بشر در زمینه کاربرد مواد به این گونه بوده است که انسانها همواره سعی کرده‌اند مواد اطراف خود و خواص آنها را به خوبی شناسایی کنند و سپس بر اساس نیازهای خود، مناسبترین آنها را انتخاب کنند. این روند جستجو و انتخاب از دیرباز وجود داشته و هم‌اکنون هم جزء یکی از ارکان اساسی مهندسی مواد می‌باشد.

با گذشت زمان و به ‌خصوص با وقوع جنگ­های جهانی در قرن بیستم، نیازهای بشر از آنچه که مواد موجود می‌توانستند در اختیار او قرار دهند فراتر رفت. بنابراین نیازهای جدید صرفاً با استفاده از مواد موجود، قابل رفع نبود. در نتیجه این احساس در بشر به وجود آمد که لازم است خود را از قید مواد موجود رها سازد و با ایجاد تغییر در ساختار آنها، عملکردهایی فراتر از خواص موجود را از آنها بخواهد. از این رو دانشمندان و مهندسین مواد بر آن شدند که با دانش رشد یابنده خود در حوزه مواد آنها را تغییر داده و خصوصیات مورد نیاز خود را در آنها ایجاد نمایند و یا اینکه از ابتدا ماده‌ای را خلق کنند که قبل از آن وجود نداشته است. با این رویکرد جدید، عصر مواد پیشرفته آغاز شد.

طرح دیدگاه سرامیک‌های پیشرفته و سنتی

سرامیک­ها طیف بسیار وسیعی از مواد را تشکیل می­دهند؛ بنابراین می­توان خواص بسیار گسترده و به تبع آن کاربردهای متنوعی را از آنها انتظار داشت که این موضوع اهمیت و ضرورت توجه به این مواد را بیان می­کند.

سرامیک­ها را به صورت­های مختلفی تقسیم‌بندی می‌کنند که یکی از آنها دسته­بندی به دو شاخه سرامیک­های سنتی یا متداول و سرامیک­های پیشرفته می‌باشد. ولی این تقسیم‌بندی روزبه‌روز کم‌اهمیت‌تر می‌شود زیرا در حال حاضر پیشرفته یا سنتی‌بودن یک ماده بیشتر از اینکه به خود آن مربوط باشد به مفاهیم و دیدگاه‌هایی برمی‌گردد که بر آن اساس ماده ساخته شده است؛ به این معنی که نوع نگرش به این مواد، پیشرفته یا سنتی بودن آنها را تعیین می‌کند. بنابراین اگر با یک دیدگاه علمی پیشرفته، ماده‌ای را بررسی و دگرگون کنند که از سالها قبل وجود داشته است، ماده مورد نظر در حوزه مواد پیشرفته قرار خواهد گرفت و برعکس اگر کاربردی بسیار متداول و غیرعلمی و غیرمهندسی حتی از یک ماده جدید مد نظر باشد با حوزه مواد سنتی و متداول سروکار خواهیم داشت.

با ذکر یک مثال می‌توان مفهوم را روشن‌تر بیان کرد. گچ و رس جزء مواد بسیار سنتی و متداول هستند که سالهاست مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی در حال حاضر هم می‌توان با دیدگاه‌های جدید و در مقیاس  اتمی و سلول واحد، تغییراتی را در این مواد ایجاد کرد به گونه‌ای که دارای خواصی شوند که قبلاً فاقد آن بوده‌اند. در این صورت گرچه هنوز با گچ و رس سروکار داریم ولی حوزه پیش روی ما مربوط به مواد پیشرفته خواهد بود.

معیار دانش در پیشرفته یا سنتی بودن سرامیک­ها

در تولید یک محصول سرامیکی عوامل متعددی موثر می­باشند که از آن جمله می­توان به انرژی، نیروی کار و ماده اولیه اشاره نمود. از عوامل بسیار مهم دیگر، دانش لازم برای تولید آن محصول سرامیکی است. می‌توان مولفه دانش در تولید یک محصول را به عنوان معیاری برای تعیین پیشرفته یا سنتی بودن آن در نظر گرفت به گونه­ای که اگر دانش در تولید یک محصول سرامیکی دارای نقش محوری و اساسی باشد آن ماده را در گروه سرامیک­های پیشرفته قرار داد و سرامیک­های سنتی را آن دسته از مواد دانست که در تولید آنها سهم دانش ناچیز باشد.

مسلماً میزان پیچیدگی، پرهزینه بودن و حساسیت در تولید و کاربرد یک محصول را نمی‌توان معیار مناسبی برای پیشرفته بودن آن ماده دانست و این کلمات نیز کاملاً نسبی هستند. زیرا ممکن است در یک فرایند تولید از مواد اولیه با کیفیت پایین، فرایند نامناسب و کنترل نشده، کارگر ناآزموده و مهندسین ناوارد استفاده شود که تمامی این موارد باعث پیچیدگی کار و فرایند تولید خواهند شد در حالی که شاید بتوان با یک سیستم خوب و اصولی و افراد کارآزموده همان فرایند را به سادگی انجام داد.

سرامیک­های سیلیکاتی سرمنشا سرامیکهای سنتی یا متداول

اصطلاح سرامیک­های سنتی و متداول که غالباً  به کار برده می‌شود میراث علم سیلیکات است و منظور از سرامیک­های سنتی، بیشتر سرامیک­های سیلیکاتی است. چون تا سال­ها قبل و هم‌اکنون نیز بدنه اصلی سرامیک­ها بر اساس مواد اولیه استخراجی یا به اصطلاح خاک شکل گرفته است که عمدتاً شامل آلومینوسیلیکات­ها، مگنزوسیلیکات­ها و آنچه که طبیعت در اختیار بشر گذاشته است می‌باشد. با کمی اغماض حداقل در ایران، سرامیک­های سنتی را می‌توان معادل سرامیک­های سیلیکاتی در نظر گرفت.

به هر حال هنوز هم سرامیک­های سیلیکاتی علی‌رغم اینکه ممکن است ارزش افزوده بالایی نداشته باشند، از لحاظ حجم تولید و مصرف، عمده‌ترین سرامیک­ها می‌باشند  و در بعضی موارد “نظیر شیشه سرامیک­های نوین” وارد حوزه مواد پیشرفته شده­اند.

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

152647

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.