علم سرامیک

عنوان وبلاگ:    تکنولوژی سرامیک

آدرس وبلاگ:    http://technoceram.blogfa.com

توضیحات:    

نام نویسنده:    ایمان رستگار

تاریخ تهیه نسخه پشتیبان:    جمعه بیست و یکم بهمن 1390 ساعت 11:18

سراميک، تکنولوژي قرن آينده

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:33 شماره پست: 1

سراميک، تکنولوژي قرن آينده

در اين مقاله به بررسي مفهوم سراميک و بعضي کاربردهاي آن پرداخته مي شود. نخست به معرفي برخي مفاهيم اوليه مي پردازيم.

چيني به اشيايي گفته مي شود که در درجه حرارت بالا تهيه مي شوند و داراي شفافيت خاصي هستند و سفال به اجسامي گفته مي شود که در درجه حرارت هاي پايين تر ساخته مي شوند و شفاف نيستند.

عموما سراميک ها داراي سختي هاي متفاوتي مي باشند، معمولا شکننده هستند و در مقابل حرارت و فرسايش به خوبي مقاوم هستند. اين مواد از خاک نسوز يا مواد معدني ديگر بخصوص از اکسيدهاي فلزي همراه با چند اکسيد غير فلزي ساخته مي شوند که عنصر غير فلزي معمولا اکسيژن است. در نهايت مي توان سراميک را هنر طراحي و ساخت اشياء از خاک نسوز تعريف کرد. اين تعريف را مي توان به طور عام براي تمام مواردي که از خاک رس تهيه مي شوند مثل پوشش هاي سراميکي ، ساينده ها و همچنين شيشه هاي سراميکي الکترونيکي به کار برد.

اين نکته واضح است که انقلاب صنعتي به جز در سايه ي استفاده از کوره ها،ماشين هاي حرارتي پيشرفته و مواد سراميکي که براي عايق بندي حرارتي انواع مختلف کوره ها و ماشين ها استفاده مي شوند ممکن نيست.

در قرن حاظر با تکامل تکنولوژي الکترونيکي ، مواد دي الکتريک که داراي اهميت بسياري هستند نيز اين مسير تکاملي را طي نمودند.در کنار آن خصوصيات مغناطيسي و اپتيکي جديدي براي سراميک شناسايي شد و به عنوان قسمتي از تکنولوژي جديد الترونيک و الکترواپتيک تکامل يافت.

در دنياي الکترونيک اختراع ترانزيستور و ليزر ، موج گونه ي جديدي از قطعات را عرضه نمود ، ولي نقش مفيد انها را محدوديت هايي که مواد مورد استفاده داشتند کم مي نمود.

در حالي که سراميک هاي نوين که در ميکرو الکترونيک ، سيستمهاي ليزر، قطعات ارتباطي و شبکه ي اجزاي مغناطيسي مورد استفاده قرار مي گيرند نمونه اي از ايفاي اين نقش را نشان مي دهد.

استفاده از سراميک به عنوان دي الکتريک هايي که داراي ثابت دي الکتريک بالايي مي باشند ، ساخت فاز نهايي با ظرفيت بسيار بالاتر را ممکن ساخته است که بعد از کشف ابر رسانا ها اهميت سراميک به اوج خود رسيد. براي آنکه بتوان به علت بعضي از رفتار هاي اين مواد پي برد روش هاي متنوعي وجود دارد. يکي از اين روش ها بررسي ريز ساختار سراميک ها مي باشد. اين خصوصيت نه تنها توسط ترکيب ، نوع و تعداد فازهاي موجود در ترکيب مشخص مي شودبلکه توسط قرار گيري ، چارچوب و ترتيب فازها نيز مشخص مي گردد.

در نهايت توزيع فازها و يا زير ساختار ها به روش ساخت سراميک، مواد خام مورد استفاده،روابط تعادل فازي و همچنين تغيرات در فازها و رشد دانه ها و عمليات سينترنيک وابسته است.

يک سراميک فرو الکتريک از تعداد زيادي کريستال هاي کوچک تشکيل شده است که محور هاي کريستالوگرافي آنها در سراميک به طور اتفاقي جهت دار شده است. از طرف ديگر هادي هاي سراميکي در دماهاي بالاتر از ۱۵۰۰ درجه سانتيگراد نيز کارايي دارند.در حالي که اکثر فلزات در اين دما قادر به کار نيستند. البته بعضي از فلزات مانند تنگستن و موليبديم نيز در دماي ۱۵۰۰ درجه کار مي کنند ولي به علت واکنش با محيط از تنگستن در فضاي آزاد نمي توان استفاده کرد.

امروزه سراميک ها تقريبا در همه جا يافت مي شوند، از بدنه موتور اتومبيل هاي مدرن و پوشش حرارتي سفينه هاي فضايي تا قلب کامپيوتر ها و از داخل آشپزخانه ها تا سد سازي ، شيشه گري و سراميک هاي الکترونيکي همه مواردي از کاربردهاي سراميک هستند.

▪ به طور خلاصه بعضي از کاربرد هاي آن به شرح زير مي باشد:

ـ در علوم فضايي به عنوان مبدل ها و سنسورها در ماهواره ها، موشک ها و هواپيماها

ـ در اتومبيل ها به عنوان سيستم آژير و استارت

ـ در وسايل دفايي به عنوان تونار(مسافت ياب صوتي دريايي) و آشکار سازها

ـ در پزشکي باري آشکار سازي قلب جنين,جرم گيري دندان و MRI

ـ در مخابرات به عنوان صافي هاي مبدل انرژي،سنسورها،خازن هاي چند لايه و مشددها

ـ در وسايل ارتباطي به عنوان خازن هايي براي منابع تغذيه،رادار و سراميک هاي مايکروويو براي آنتن ها.

● مواد سراميکي انعطاف پذير

۱۸مارس ۲۰۰۲- محققان دانشگاه کُرنل با استفاده از نانوشيمي، يک گروه جديد از مواد ترکيبيي را توليد کرده و به نام سراميکهاي انعطاف پذير نامگذاري کرده اند. مواد جديد، کاربردهاي گسترده اي، از قطعات ميکروالکترونيکي گرفته تا جداسازي مولکولهاي بزرگ، مانند پروتئينها خواهند داشت.

آنچه در اين زمينه، حتي براي خود محققان، بيشتر جلب توجه مي کند آن است که ساختمان مولکولي مادة جديد در زير ميکروسکوپ الکتروني (TEM) که به صورت ساختمان مکعبي است، با پيشگوييهاي رياضي قرن گذشته مطابقت مي کند. اولريش ويسنر، استاد علوم و مهندسي مواد دانشگاه کُرنل، مي گويد: "ما اکنون در تحقيقات پليمري به ساختمانهايي برخورد مي کنيم که رياضيدانها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوري اثبات کرده اند."

ساختمان مادة جديد، خيلي پيچيده تر از آن ماده ا ي است که Plumber𮵧s nightmare ناميده شده است.

ويسنر در گردهمايي سالانة جامعة فيزيک آمريکا در مرکز گردهمايي اينديانا، در مورد سراميکهاي انعطاف پذير جديد، گفت: "رفتار فازي کوپليمر، موجب جهت دهي ترکيبهاي نانوساختاري آلي/معدني مي شود." به عقيدة وي، اين ماده يک زمينة تحقيقاتي مهيج و ضروري است که نتايج علمي و تکنولوژيکي بسيار هنگفتي از آن بدست مي آيد.

گروه تحقيقاتي ويسنر از طريق شکلهاي کاملاً هندسي که در طبيعت يافت مي شوند، به طرف نانوشيمي هدايت شد. يک مثال کاملاً مشهود براي ساختار ظريف دو اتميها، جلبک تک سلولي است که ديواره هاي پوستة آن از حفره هاي سيليکاتي کاملاً جانشين شده[۹] ساخته شده است. ويسنر مي گويد: "کليد طبيعي اين جانشيني، کنترل کامل شکل آنها از طريق خود ساماني ترکيبات آلي، در جهت رشد مواد غيرآلي (معدني) است." محققان دانشگاه کُرنل تصديق کرده اند که ساده ترين راه تقليد از طبيعت، استفاده از پليمرهاي آلي

- مخصوصاً موادي موسوم به کوپليمرهاي دي بلاک[۱۰]#۶۵۵۳۳; است؛ زيرا اين مواد مي توانند به طور شيميايي به صورت نانوساختارهاي با اَشکال هندسي مختلف ساماندهي شوند. اگر پليمر بتواند به طريقي با مواد غيرآلي (معدني) - يک سراميک، خصوصاً يک ماده از نوع سيليکاتي- ذوب شود، مادة ترکيبي حاصل، ترکيبي از خواص زير را خواهد داشت:

▪ انعطاف پذيري و کنترل ساختار (از پليمر)

▪ عملکرد بالا (از سراميک).

ويسنر مي گويد: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پليمرها و سراميک نبوده، حتي ممکن است اين مواد خواص کاملاً جديدي نيز داشته باشند." محققان دانشگاه کُرنل تاکنون فقط تکه هاي کوچکي از سراميک انعطاف پذير، با وزن چند گرم ساخته اند که البته براي آزمايش خواص مواد، کافي است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم کردن است، در عين حال مقاومت قابل توجهي داشته و بر خلاف سراميک خالص خُرد نمي شود.

دربعضي موارد، اين ماده، يک هادي يوني بوده و قابليت کاربرد به صورت الکتروليت باتريهاي با کارآيي بالا را دارد. همچنين مادة جديد ممکن است در پيلهاي سوختي بکار برود.

در بعضـي مـوارد هندسـة ۶ وجهـي مـاده-که از طريـق جفت شـدن حاصـل مي شـود -بسيار بـه ساختـار دو اتميها شبيـه است. در عـوض ويسـنرمي گويد: "با دستيابي به اين ساختار مولکولي تقريباً مي توان گفت که به طبيعت کامل شده ا ي دست يافته ايم."

ساختار متخلخل سراميکهاي انعطاف پذير وقتي شکل مي گيرد که ماده در دماهاي بالا عمليات حرارتي شود. به عقيدة ويسز، اين در حقيقت اولين ماده با چنين هندسه و توزيع کم اندازة حفره هاست. چون ماده فقط حفره هاي ده تا بيست نانومتري دارد. محققين دانشگاه کُرنل، در تلاشند تا دريابند که "آيا اين مواد مي توانند براي جداسازي پروتئينهاي زنده استفاده شوند؟"

ويسنرعقيده دارد که به خاطر قابليت خود ساماندهي اين مواد، مي توان آنها را به صورت ناپيوسته و در مقياس زياد توليد کرد. او مي گويد: "ما مي توانيم ساختار را کاملاً کنترل کنيم. ما مي توانيم با کنترل خيلي خوبي اين ماده را به مقياس نانو برسانيم. ما حالا مي دانيم که چگونه مجموعه ا ي از ساختارهاي با شکل و اندازه حفره هاي يکسان، بسازيم."

محققان دانشگاه کُرنل اين عمل را با کنترل "فازها" و يا با معماري مولکولي ماده بوسيلة کنترل کردن مخلوطي از پليمر و سراميک انجام مي دهند. ماده از چند مرحلة انتقالي عبور مي کند؛ از مکعبي به ۶ وجهي و سپس به نازک و مسطح و بعد به شش وجهي وارونه و مکعبي وارونه. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة ۶ وجهي وارونه، به صورت ساختمان مکعبي دوگانه موسوم به Plamber#۶۵۵۳۳;s nightmare مي باشد که قبلاً در سيستمهاي پليمري يافت نشده بود. اين ساختمان اولين ساختار با چنين قابليت انطباق بالايي است که بوسيلة ترکيب خاصي از پليمرها و سراميکها توليد مي شود. ويسنرمي گويد: "اين شانس وجود دارد که ما به مجموعه ا ي از ساختارهاي دوگانة ديگر که در پليمرها وجود دارد و ديگران چيزي در مورد آنها نمي دانند، دست پيدا کنيم. ما راه را براي يافتن هرچه بيشتر چنين ساختارهايي باز کرده ايم."

اين تحقيقات بوسيلة بنياد ملي علوم، انجمن ماکس-پلانک و مرکز تحقيقات مواد دانشگاه کُرنل، پشتيباني شده است.

منابع :

----------------------

www.cornel.edu

aftab.ir

شبکه سی. پی. اچ ( www.cph-theory.persiangig.com )

----------------------

کلمات کليدي :

----------------------

سرامیک-مواد سرامیکی-عملکرد سرامیک-خصوصیات سرامیک-سرامیک فرو الکتریک -کاربرد سرامیک-

آينده سراميك چيست؟

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:38 شماره پست: 2

شناخت آيندة تكنولوژي, يكي از مباحث مهم در مديريت كلان تكنولوژي است كه كمك زيادي به برنامه‌ريزي¬هاي آينده مي-كند. دكتر هاوس¬من رئيس انجمن سراميك آمريكا، در متن زير به ترسيم آيندة تكنولوژي سراميك پرداخته است:

آينده سراميك چيست؟

به راستي اين پرسشي است كه همگان مي¬پرسند. چه كسي 50 سال پيش مي¬توانست تاثير كامپيوتر¬ها را پيش‌بيني كند؟ كامپيوتر¬هاي شخصي بر نحوه تجارت، طريقه ارتباطات و زندگي شخصي ما تاثير گذاشته¬اند؛ بر فرآيند توليد در تمامي مسير آن، از مواد اوليه و فرمولاسيون گرفته تا خشك¬كن¬هاي پيچيده و كنترل كوره و همچنين بر روش¬ها و تكنيك¬هاي علمي مورد استفاده اثر دارند. در تحقيقات نيز كامپيوتر¬ها به همراه اينترنت روش¬هاي جديد و جالبي براي دستيابي و پردازش اطلاعات به وجود آورد¬¬¬ه¬اند. ما مي¬توانيم مطمئن باشيم كه آينده تكنولوژي مواد مهيج خواهد بود و در تكنولوژي سراميك، پيشرفت¬هاي همه‌جانبه¬اي صورت خواهد گرفت. اين پيشرفت¬ها مي¬توانند در زمينه بهبود مواد اوليه و روش¬هاي جديد و بهبوديافته پردازش آن¬ها و تكنيك¬هاي تعيين ويژگي¬ها و آزمايشات باشند. اين به معناي دستيابي به مواد سراميكي جديد با خواص و كاربردهاي منحصر به فرد مي¬باشد؛ خواصي كه در حال حاضر ناممكن به نظر مي¬رسند. در زير زمينه¬هايي آورده شده¬اند كه ما مطمئنيم در آينده نزديك راجع به پيشرفت¬هاي آن¬ها بسيار خواهيم شنيد.

نانوتكنولوژي و سراميك

به نظر مي¬رسد كه نانوتكنولوژي در سراميك¬هاي پيشرفته آينده نقش داشته باشد. در طي دو دهة اخير، نانومواد باعث انفجاري در زمينه¬هاي علمي و صنعتي شده¬ است و اين قابليت را دارد كه انقلاب ديگري در مواد ايجاد ¬كند. توجه به نانومواد به دليل ويژگي¬هاي منحصر به فردي است كه با اين مواد مي¬توان به ¬آن¬ها دست يافت و همچنين كاربردهاي جالبي كه از اين ويژگي¬ها به دست مي¬آيند. تقويت خواص الكتريكي، مغناطيسي و نوري در مورد اين مواد گزارش شده است. اين ويژگي¬هاي بهبوديافته در مقايسه با ويژگي¬هاي مواد سنتي، دري را به روي كاربردهاي بسياري مي¬گشايند. برخي از كاربردهاي فعلي اين مواد در ساينده¬ها، كاتاليست¬ها، پوشش¬ها، ضبط¬كننده¬هاي مغناطيسي، غشا¬ها، ضدآفتاب¬ها، چسب¬ها، عوامل كنتراست MRI و تقويت كننده‌ها و پركننده‌ها در مواد كامپوزيتي مي¬باشد. به احتمال زياد نانومواد كاربردهايي در بيومواد، ابزار برش، حسگرهاي گاز، پيل¬هاي سوختي اكسيد جامد، سراميك¬هاي ساختاري، لايه¬هاي ضخيم، پوشش¬هاي ضدسايش و فيلم¬هاي عملگر شفاف خواهند داشت. توجه اخير به اين زمينه، در گردهمايي سالانه انجمن سراميك آمريكا در سال 2001 مشهود بود كه در آن سمپوزيوم، 79 مقاله به اين تكنولوژي اختصاص داده شده بود. به دليل كارآيي¬هاي نانوتكنولوژي، مؤسسه علوم ملي و انجمن تكنولوژي آمريكا، سال گذشته مؤسسه نانوتكنولوژي ملي را تأسيس كردند. اين مؤسسه 495 ميليون دلار از بودجه سال 2001 را به خود اختصاص داد. شركت¬هاي بسياري در حال تلاش هستند تا محصولات نانوساختاري را به طور تجاري به بازارهاي جديد عرضه كنند. در حال حاضر كشور¬هاي آمريكا ، ژاپن و آلمان براي تجاري كردن نانوتكنولوژي فعاليت مي¬كنند. همچنين 50 شركت¬ آمريكايي نيز در حال تلاش براي توسعه و توليد مواد نانوساختاري هستند.

بيوسراميك¬ها

بيوسراميك¬ها كاربردهاي بسياري در بدن از جمله لگن، شانه، زانو، تعمير استخوان¬هاي آسيب ديده، درمان¬ بيماري¬ها و كاشت¬هاي دنداني خواهند داشت. اروپا كه سيستم قانوني دولت آن كمتر محافظه¬كار است، تحقيقات كلينيكي بيشتري در اين زمينه در مقايسه با آمريكا انجام داده است. در كشور آمريكا توجه بسياري به بيوسراميك¬ها در دهة اخير شده است. به عنوان نمونه FDA اخيراً يك كاشت زانويي با پوشش سراميكي را به جاي كاشت¬هاي زانويي كبالت- كرومي معرفي كرده است. در يك پيشرفت جديد ديگر، مطالعات كلينيكي بر روي زانوي سراميكي ديگري انجام گرفته¬ است كه اين زانو مي¬تواند كاملاً جايگزين زانوي انسان شود. اين زانوي سراميكي از اكسيد زيركونيم ساخته شده است. انگيزه ساخت زانوي سراميكي، به دليل سايش پليمر¬ها به هنگامي است كه فلزات سنتي مورد استفاده در زانوي مصنوعي با پلي‌اتيلن تيبيال، مفصل¬دار مي¬شوند. با شبيه¬سازي¬هاي آزمايشگاهي نشان داده شده است كه زانوي زيركونيايي، 25 درصد سايش كمتري از زانوهاي فلز/ پلي اتيلن دارد. در حال حاضر ميكروسفرهاي شيشه¬اي راديو اكتيو در كانادا و هنگ¬كنگ براي درمان سرطان كبد استفاده مي¬شوند. اين روش مزاياي بسيار مهمي به پزشكان در مبارزه با سرطان مي¬دهد، به اين صورت كه تشعشع را مستقيماً به درون تومور مي¬رسانند. اين نوع تشعشع بين پنج تا هفت مرتبه قوي¬تر از تشعشاتي است كه از بيرون تابانده مي¬شوند و هيچ نوع اثرات جانبي يا ناراحتي ندارد. اين روش به زودي در آمريكا ، اروپا و چين نيز پذيرفته خواهد شد. كاربرد اين ميكروسفرهاي شيشه¬اي براي درمان سرطان كبد و تومورهاي مغزي نيز مورد مطالعه است و نوع تضعيف شده آن براي درمان آرتريت روماتوييد مورد ارزيابي قرار دارد.

پيل¬هاي سوختي و سراميك

پيل¬هاي سوختي، تكنولوژي تميز با آلودگي پايين و راندمان بالا براي توليد الكتروشيميايي الكتريسته از سوخت هيدروكربني مي¬باشند. اخيراً پيل¬هاي سوختي توجه بسيار زيادي را در جامعه فني به خود جلب كرده¬اند. همچنين تمايل بسياري به سرمايه¬گذاري روي آن¬ها وجود دارد. گزارش شده است كه در سال 2000، پيل¬هاي سوختي از لحاظ شهرت در مرتبه دوم قرار داشته¬اند. كارآيي پيل¬هاي سوختي در پايگاه¬هاي توليد نيروي (برق)، حمل و نقل و توليد برق ارتش مي¬باشد. دو پيل سوختي مختلف كه بررسي شده¬اند، پيل¬هاي سوختي سراميكي دما بالا (كه به پيل¬هاي سوختي اكسيد جامد يا SOFC معروفند) و پيل¬هاي سوختي الكتروليت پليمري (PEM) مي¬باشند. اگر چه PEM ها معمولاً بهترين كانديد براي كاربردهاي خودروسازي هستند، SOFCها نسبت بهPEMها برتري¬¬هايي دارند. از جمله برتري‌هاي آنها، قابليت استفاده از مونوكسيدكربن به همراه هيدرژن به عنوان سوخت است. همچنين به دليل دماي كاركرد بالاتر sofcها (C 10000-800)، سوخت¬هاي هيدروكربني مي¬توانند بر روي پيل يا درون آن اصلاح شوند، بدون اينكه لازم باشد از اصلاح كننده¬هاي جداگانه استفاده كنيم. SOFCها نياز به كاتاليست¬هاي گرانقيمت از جنس فلزات نجيب ندارند. مزاياي ديگر SOFCها راندمان بالا (60 درصد در كاربردهاي ثابت و 40 درصد در كاربردهاي متحرك)، قابليت اطمينان، تشكيل واحد و ميزان خروج بسيار پايين Nox و Sox مي¬باشد. دو طراحي فعلي براي SOFCها، دو نوع تيوپي و صفحه¬اي مي¬باشند كه تحت تحقيق و بررسي قرار دارند. طرح صفحه¬اي برتري¬هايي مانند دانسيته و قدرت بالاتر، دانسيته نيروي حجمي بالاتر و هزينه پايين¬تر توليد دارد. عيب طرح صفحه¬اي، نياز آن به آب¬بندي¬هاي دما بالا است. موارد ديگري كه هنوز براي استفاده گسترده SOFC ها بايد با آنها مقابله كنيم، هزينه توليد، زمان شروع به كار، سيكل‌پذيري حرارتي و مقاومت در برابر شوك حرارتي مي¬باشند.

كاربردهاي ميكروالكترونيكي سراميك¬ها

________________________________________

در آينده، سراميك¬ها باز هم در كاربردهاي ميكروالكترونيكي نقش خواهند داشت. مزاياي پايه¬هاي سراميكي درون اتصالي مانند ثبات خواص الكتريكي، نشر حرارتي بالا، قدرت تكنيك بالا، خطوط هدايت كاملاً واضح و قابليت سوار كردن اجزاي كنش-پذير، آنها را براي استفاده در قطعات الكترونيكي ايده¬آل مي¬سازد. برخي از كاربردهاي اين مواد در تلفن¬هاي همراه، پيجرها، سيستم¬هاي ترمز ضد قفل شونده، كنترل‌كننده¬هاي موتور خودرو، باتري قلب و دوربين¬هاي ديجيتالي مي¬باشد. در حال حاضر تكنولوژي پايه¬هاي سراميكي درون‌اتصالي گوناگون به صورت زير تقسيم بندي شده است: - پايه¬ها - تكنولوژي فيلم-هاي ضخيم - سراميك¬هاي هم پخت شده دما بالا و دما پايين (HTCC، LTCC) - تكنولوژي فيلم¬هاي نازك - انواع تكنولوژي-هاي اعمال مس روي سراميك. در كاربردهاي ديجيتالي، هنگامي كه اندازه تراشه¬ها كوچكتر مي¬شود، با سرعت¬هاي بيشتري عمل مي¬كنند و نشر حرارتي بيشتري دارند. اين تكنولوژي با استفاده از موادي با ثابت دي¬الكتريك كمتر پاسخ داده است و قابليت نشر حرارتي را بهبود مي¬بخشد. نياز به بهبود عمليات آنالوگ و توجه به نيازمندي¬هاي كاربردهاي بي سيم/ فركانس راديويي ما را به سمت مواد عايق بهبود يافته با اتلاف دي¬الكتريك پايين(Qبالا) هدايت كرده است. تكنولوژي¬هاي پايه¬هاي سراميكي درون‌اتصالي، زمان رسيدن به بازار را كاهش مي¬دهد كه از اهميت شديدي برخوردار است. در آينده، افزايش بيشتر كارآيي و تراكم بيشتر اجزا نيز مورد نياز خواهد بود. اين امر توسط پيشرفت قدرت تفكيك و ساختارهاي چندلايه¬اي درون‌اتصالي با آرايش سري يا موازي به دست مي¬آيد. هنگامي كه بيشتر تكنولوژي درون‌اتصالي مناسب در مرحله تعريف شده باشد، اين كارايي افزايش يافته و باعث كاهش هزينه¬ها مي¬گردد.

كامپوزيت¬هاي زمينه سراميكي

ناحيه ديگر كاربرد آتي سراميك¬ها، در كامپوزيت¬هاي سراميكي (CMC) مي¬باشد. صنعت نياز شديدي به موادي دارد كه سبك، محكم و مقاوم در برابر خوردگي مكانيكي باشند و قابليت عملكرد در محيط¬هاي دما بالا را داشته باشند. دفتر تكنولوژي¬هاي صنعتي وزارت انرژي آمريكا، برنامه¬اي را آغاز كرده است كه برنامه كامپوزيت¬هاي داراي فيبرهاي سراميكي پيوسته(CFCC) ناميده مي¬شود. هدف از انجام اين كار مشترك ميان صنعت، آزمايشگاه¬هاي ملي، دانشگاه¬ها و دولت، ارتقاي روش¬هاي پردازش مواد كامپوزيتي سراميكي قابل اعتماد و ارزان مي¬باشد. كارايي اين مواد در مشعل¬هاي تشعشعي متخلخل، فيلترهاي گاز داغ، مشعل¬هاي تشعشعي تيوپي شكل و جداره¬هاي توربين¬هاي گازي احتراقي مورد بررسي قرار گرفته است. CFCCهاي به كار رفته در اين كاربردها مزاياي مهمي در زمينه انرژي، محيط زيست و اقتصاد فراهم خواهند كرد. خيلي¬ها عقيده دارند كه CMCها علاوه بر كاربردهاي صنعتي، در نسل بعدي سفينه¬هاي فضايي و وسايل نقليه فضايي نيز بسيار ضروري خواهند بود. مواد مصرفي فعلي در محيط¬هاي احتراقي معمولاً فلزات شديداً سرمايش يافته يا فلزات ديرگداز مي¬باشند. CMCها، جايگزين سبكي براي خيلي از مواد مصرفي امروزي مي¬باشند. برخي موانعي كه بايد براي كاربرد گسترده CMCها بر آن غلبه كنيم، هزينه الياف (معمولاً الياف غير اكسيدي) و هزينه توليد مي¬باشند (توليد سريع¬تر و هزينه كمتر).

ابر رسانا‌هاي دما بالا

اگر چه از هنگام كشف ابر رسانا‌هاي دما بالا(HTS) در سال 1986، پيشرفت در اين زمينه رشد آهسته¬تري نسبت به قبل داشته است. در پنج سال اخير رشدي در زمينه بهبود خواص اين مواد ديده شده و توسعه آنها گزارش شده است. بر طبق يك احتمال انتظار مي¬رود كه بازار HTS در سال 2002 به 62 ميليون دلار برسد. HTS مي¬تواند سرعت ارتباطات را ترقي بخشد. با كنار هم قرار دادن تكنولوژي ديجيتال ابر رسانا¬ها و فيبر نوري، ظرفيت و كارآيي آينده شبكه¬ها با سرعت فوق‌العاده بالا از طريق الكترونيك¬هاي نيمه¬هادي سرمايش¬يافته افزايش خواهد يافت و ارتباطات بلادرنگ و كاربردهاي چندرسانا¬اي امكان پذير خواهند شد. نياز به الكتريسيته، پيوسته افزايش خواهد يافت و انتظار مي¬رود كه تا سال 2030 دو برابر شود. احتمالاً استفاده از مواد HTS به منظور افزايش راندمان و هزينه¬هاي كمتر حياتي خواهد شد؛ چون سيم¬هاي HTS، الكتريسيته را تقريباً بدون هيچ گونه اتلافي عبور مي¬دهند. در صنعت برق مي¬توان از چنين سيم¬¬هايي براي توليد سيم¬پيچ¬ها، هادي¬ها، ماشين¬ها و وسايل برقي با راندمان بسيار بالا استفاده كرد. استفاده از HTS در اين كاربردها مي¬تواند ميلياردها دلار در هزينه انرژي صرفه¬جويي كند و با كاهش ميزان سوخت در توليد الكتريسته به محيط زيست كمك كند. در آينده مدارهايي كه از مواد ابر رساناي دما بالا استفاده مي¬كنند، سرعت پردازش كامپيوترها را ترقي داده و اتلاف مقاومتي را در كنترل‌كننده¬هاي موتور كاهش مي¬دهند. محققين دانشگاه Aoyama Gakuin توكيوي ژاپن اخيراً كشف كرده¬اند كه بوريد منيزيم در دماي k 39 ابررسانا است. با وجود اينكه اين دما در HTS دماي پاييني است، از دمايي كه بيشتر در تركيبات نسبتاً ساده و موجود مشاهده شده بيشتر است و تقريباً دو برابر هر مادة ابررساناي فلزي است. بايد ديد كه مواد جديدي كه كشف خواهند شد، چه موادي خواهند بود و دماي بحراني آنها به چه حدي مي¬رسد.

زمينه¬هاي ديگر كاربرد سراميك

تكنولوژي¬¬هاي ديگري كه سراميك¬ها در آينده در آنها نقش خواهند داشت، دستگاه¬هاي ميكروالكترومكانيكي(MEMS), سيستم¬هاي هوشمند با استفاده از مواد سراميكي( يعني پيزو سراميك¬ها) و الگوسازي¬هاي اوليه سريع خواهند بود. در زمينه MEMS, سراميك¬هاي چگالي پايين با استحكام مكانيكي بالا، خنثايي شيميايي، مقاومت در برابر خوردگي مكانيكي و ضريب اصطكاك كم بسيار مناسب هستند. اگر بخواهيم بيشتر راجع به آينده فكر كنيم، احتمال وجود كامپيوترهاي سريعتري مي¬رود كه بر پايه سيستم دوتايي صفر و يك نيستند. اين كامپيوترها در سطح اتمي عمل خواهند كرد و به جاي المان¬هاي نيمه¬هادي، داراي نقاط كوانتومي به عنوان واحد مدارشان خواهند بود. در زمينه آموزش علم سراميك و مهندسي آن، نمي-توان آينده را به راحتي پيش¬بيني كرد، به خصوص هنگامي كه به روند تكامل آن از صد سال پيش مي¬نگريم. اميدواريم كه مهندسي سراميك تنها در برنامه¬ريزي¬هاي موادي ادغام نشود. هنگامي كه مي¬بينيم مواد سراميكي چه نقشي دارند و در آينده چگونه نقش خواهند داشت، بدون شك از دست دادن مهندسي سراميك موجب زيان صنعت و جامعه خواهد بود. امروزه آموزش مكاتبه¬اي در حال اجرا است و بي¬شك در آينده در هر نظامي نقش خواهد داشت. واحدهاي درسي بسياري از مدارس حرفه¬اي و دانشگاه¬ها از طريق اينترنت قابل دسترسي هستند. حتي مؤسسه تكنولوژي ماساچوست اعلام كرده است كه اين مدرسه مواد درسي لازم براي همه واحدهاي درسي را به طور رايگان از طريق اينترنت ارايه خواهد كرد. اين يك برنامه ده‌ساله است و اين موسسه سالي 7.5 تا 10 ميليون دلار خرج خواهد كرد تا به اين هدف دست يابد. به طور يقين، اين روند شتاب پيدا خواهد كرد.

انجمن سراميك آمريكا مفتخر است كه در بسياري از پيشرفت¬هاي تكنولوژي سراميك به مدت بيش از 100 سال نقش داشته است. بخشي از شبكه جهاني اين انجمن به آينده سراميك¬ها اختصاص داده شده است و برنامه¬ريزي¬هاي چندگانه-اي براي صنعت(مصرف كننده نهايي سراميك)، دانش¬آموزان پيش دانشگاهي، جامعه و مطبوعات در دست اجرا دارد.

سرامیک،تکنولوژی قرن آینده

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:40 شماره پست: 3

در این مقاله به بررسی مفهوم سرامیك و بعضی كاربردهای آن پرداخته می شود. نخست به معرفی برخی مفاهیم اولیه می پردازیم.

چینی به اشیایی گفته می شود كه در درجه حرارت بالا تهیه می شوند و دارای شفافیت خاصی هستند و سفال به اجسامی گفته می شود كه در درجه حرارت های پایین تر ساخته می شوند و شفاف نیستند.

عموما سرامیك ها دارای سختی های متفاوتی می باشند، معمولا شكننده هستند و در مقابل حرارت و فرسایش به خوبی مقاوم هستند. این مواد از خاك نسوز یا مواد معدنی دیگر بخصوص از اكسیدهای فلزی همراه با چند اكسید غیر فلزی ساخته می شوند كه عنصر غیر فلزی معمولا اكسیژن است. در نهایت می توان سرامیك را هنر طراحی و ساخت اشیاء از خاك نسوز تعریف كرد. این تعریف را می توان به طور عام برای تمام مواردی كه از خاك رس تهیه می شوند مثل پوشش های سرامیكی ، ساینده ها و همچنین شیشه های سرامیكی الكترونیكی به كار برد.

این نكته واضح است كه انقلاب صنعتی به جز در سایه ی استفاده از كوره ها،ماشین های حرارتی پیشرفته و مواد سرامیكی كه برای عایق بندی حرارتی انواع مختلف كوره ها و ماشین ها استفاده می شوند ممكن نیست.

در قرن حاظر با تكامل تكنولوژی الكترونیكی ، مواد دی الكتریك كه دارای اهمیت بسیاری هستند نیز این مسیر تكاملی را طی نمودند.در كنار آن خصوصیات مغناطیسی و اپتیكی جدیدی برای سرامیك شناسایی شد و به عنوان قسمتی از تكنولوژی جدید الترونیك و الكترواپتیك تكامل یافت.

________________________________________

در دنیای الكترونیك اختراع ترانزیستور و لیزر ، موج گونه ی جدیدی از قطعات را عرضه نمود ، ولی نقش مفید انها را محدودیت هایی كه مواد مورد استفاده داشتند كم می نمود.

در حالی كه سرامیك های نوین كه در میكرو الكترونیك ، سیستمهای لیزر، قطعات ارتباطی و شبكه ی اجزای مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند نمونه ای از ایفای این نقش را نشان می دهد.

استفاده از سرامیك به عنوان دی الكتریك هایی كه دارای ثابت دی الكتریك بالایی می باشند ، ساخت فاز نهایی با ظرفیت بسیار بالاتر را ممكن ساخته است كه بعد از كشف ابر رسانا ها اهمیت سرامیك به اوج خود رسید. برای آنكه بتوان به علت بعضی از رفتار های این مواد پی برد روش های متنوعی وجود دارد. یكی از این روش ها بررسی ریز ساختار سرامیك ها می باشد. این خصوصیت نه تنها توسط تركیب ، نوع و تعداد فازهای موجود در تركیب مشخص می شودبلكه توسط قرار گیری ، چارچوب و ترتیب فازها نیز مشخص می گردد.

در نهایت توزیع فازها و یا زیر ساختار ها به روش ساخت سرامیك، مواد خام مورد استفاده،روابط تعادل فازی و همچنین تغیرات در فازها و رشد دانه ها و عملیات سینترنیك وابسته است.

یك سرامیك فرو الكتریك از تعداد زیادی كریستال های كوچك تشكیل شده است كه محور های كریستالوگرافی آنها در سرامیك به طور اتفاقی جهت دار شده است. از طرف دیگر هادی های سرامیكی در دماهای بالاتر از 1500 درجه سانتیگراد نیز كارایی دارند.در حالی كه اكثر فلزات در این دما قادر به كار نیستند. البته بعضی از فلزات مانند تنگستن و مولیبدیم نیز در دمای 1500 درجه كار می كنند ولی به علت واكنش با محیط از تنگستن در فضای آزاد نمی توان استفاده كرد.

امروزه سرامیك ها تقریبا در همه جا یافت می شوند، از بدنه موتور اتومبیل های مدرن و پوشش حرارتی سفینه های فضایی تا قلب كامپیوتر ها و از داخل آشپزخانه ها تا سد سازی ، شیشه گری و سرامیك های الكترونیكی همه مواردی از كاربردهای سرامیك هستند.

به طور خلاصه بعضی از كاربرد های آن به شرح زیر می باشد:

* در علوم فضایی به عنوان مبدل ها و سنسورها در ماهواره ها، موشك ها و هواپیماها

* در اتومبیل ها به عنوان سیستم آژیر و استارت

* در وسایل دفایی به عنوان تونار(مسافت یاب صوتی دریایی) و آشكار سازها

* در پزشكی باری آشكار سازی قلب جنین,جرم گیری دندان و MRI

* در مخابرات به عنوان صافی های مبدل انرژی،سنسورها،خازن های چند لایه و مشددها

* در وسایل ارتباطی به عنوان خازن هایی برای منابع تغذیه،رادار و سرامیك های مایكروویو برای آنتن ها

توسعه ی تکنولوژی های نظامی پیشرفته به کمک علم سرامیک

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:42 شماره پست: 4

توسعه ی تکنولوژی های نظامی پیشرفته به کمک علم سرامیک

مواد سرامیکی گوناگونی راه خود را برای ورود به وسایل نظامی و تکنولوژی های دیگر، پیدا کرده اند. اجزای موتور (engine components)، پوشش های محافظت کننده پرتابه ها از رادار (missile radomes)، زره های شخصی و زره های مخصوص وسایل نقلیه تنها قسمت کوچکی از این کاربردهاست. در ۵۰ سال گذشته، سرامیک ها برای محافظت پرسنل و وسایل سبک نظامی در برابر سلاح های سبک و تهدیدات سلاح های جنگی، استفاده شده است.

خواص متمایز سرامیک های پیشرفته (advanced ceramics) شامل موارد زیر می شود:

۱- سبکی (light weight)

2- توانایی مقاومت در برابر دماهای خیلی بالا

۳- سختی (hardness)

4- مقاومت در برابر سایش

۵- مقاومت در برابر خوردگی

۶- سطوح کم اصطکاک

۷- خواص الکتریکی ویژه

________________________________________

خواص متمایز سرامیک های پیشرفته (advanced ceramics) شامل موارد زیر می شود:

۱- سبکی (light weight)

2- توانایی مقاومت در برابر دماهای خیلی بالا

۳- سختی (hardness)

4- مقاومت در برابر سایش

۵- مقاومت در برابر خوردگی

۶- سطوح کم اصطکاک

۷- خواص الکتریکی ویژه

این خواص ممتاز موجب برتری سرامیک ها در برابر مواد مرسوم در تولید جنگ افزارهای نظامی مانند فلزات و پلاستیک ها است. به همین دلیل، سرامیک ها شالوده ای برای تولید سبک ترین و بادوام ترین زره های مخصوص بدن انسان است. این زره های مخصوص بدن برای محافظت در برابر گلوله های متوسط و کوچک مناسب هستند. برای تولید این زره ها ترکیباتی بهینه از سیلیسیم کاربید و بورکاربید برای محافظت حداکثری از بدن استفاده می شود که این مواد در حالت گرم پرس می شوند. سیستم های زرهی کامل که شامل صندلی های زرهی سرامیکی، اجزا و سیستم های کنترل هواپیماست، در هلی کوپترهایی مانند Apache, Chinook, Blakhawk, Super Cobra, Super Puma, Gazelle و دیگر انواع هلی کوپترهای نظامی دیده می شود. قطعات زرهی کاشی مانند نیز در بسیاری از هواپیماهای دارای بال ثابت مانند C17, C130 استفاده می شود.

صفحات خمیده ی تکی، دوتایی و سه تایی و سیستم های زرهی چندگانه (multi- hit armor system) دارای ترکیب شیمیایی بور کاربید و سیلیسیم کاربید هستند که این مواد جزء مواد سرامیکی پیشرفته محسوب می شوند. این سرامیک های پیشرفته دارای عملکردهای خاصی است که نیروهای اعمالی به بدن، پهلوها و شانه ها را دفع می کند. محافظت پیشرفته برای نواحی آسیب پذیری دیگر بدن شامل مفصل ران ها، زانوها و بازوها نیز در دست طراحی است.

ارتش آمریکا در حال توسعه ی کامپوزیت های فلز- سرامیک و مخلوط های سرامیک – فلز هیبریدی است. این مواد باعث بهبود عملکرد این تولیدات می شود. اولین نوع از این زره ها، زره های سرامیکی پوشش داده شده با فلز است. که این آلیاژها باعث به تأخیر افتادن شکست سرامیک های مورد استفاده در کاربردهای بالستیکی می شوند.

علت این امر این است که فلز با سرامیک پیوند بهتری برقرار می کند. نوع دوم که در Stryker-Interim Amared Vehicle یافت می شود، از یک کامپوزیت با زمینه ی پلیمری استفاده می کند که بوسیله ی فلزاتی محافظت می شود. کاربردهای دیگر برای زره های سرامیکی شامل: وسایل جنگی مورد استفاده در دریا ( که قبلا به آنها وسایل تهاجمی آبی- خاکی نیز می گفتند) و سیستم های زرهی که در آینده ارتش آمریکا از آنها بهره می گیرد، می شود.

سرامیک های شفاف، قهوه ای دید را بهتر می کنند

به دلیل اینکه سرامیک ها انواع مشخصی از طول موج های الکترومغناطیس را از خود عبور می دهند ( که این طول موج ها می توانند در گستره ی طیف سفید و یا انواع دیگر از طول موج های الکترومغناطیس باشد) می توان از آنها در ساخت کلاهک رادارهای مادون قرمز، محافظ سنسور (Protection Sensor) و پنجره های چندین طیفی (multi- spectral windows)، استفاده کرد. علاوه بر این خواص نوری، سرامیک ها مقاومت در برابر سایش مطلوب، استحکام و پایداری گرمایی خوبی نیز دارد. نوع خاصی از شیشه – سرامیک ها توانایی برآورده سازی احتیاجات پنجره های الکترومغناطیس مورد استفاده در گلوله های توپخانه را دارند که علت این امر خواص الکتریکی مطلوب این ماده و سازگاری با دماهای بالاست. (شکل ۲)

از سیلیسیم نیترید (یک سرامیک غیر اکسیدی) برای ساخت پوشش های راداری پرتابه ها استفاده می شود که این ماده مخصوصاً برای ساخت پوشش های راداری پرتابه ها استفاده شده است و جزء جدیدترین تکنولوژی های پدافند هوایی مورد استفاده است. علت استفاده کردن از آن استحکام مکانیکی مناسب و خواص دی الکتریک این ماده است. این ماده اجازه می دهد تا امواج ماکروویو و دیگر انرژی ها از داخلشان عبور کرده تا رادار بتواند اهداف درحال نزدیک شدن را رهگیری کند.

استحکام این ماده اجازه می دهد تا سیستم های پرتابه در برابر ایروژن و دمای بالایی که در طی پرواز در جو و با سرعت های واقعاً بالا بوجود می آید مقاومت کنند. همچنین توسعه ی پنجره های مادون قرمزی که در حال انجام است که در این پنجره ها از نانوکریستال های اکسید ایتریم برای کاربردهای پرتابه ای، استفاده می شود.

بهبود خواص شیشه ها و شیشه- سرامیک ها، برای تولید شیشه های زره مانند با عملکرد بالستیک مطلوب، مطرح شده است. شیشه ها را می توان در اندازه های بزرگ و دارای انحنا ساخت و می توان از آنها برای بهبود عملکرد بالستیک استفاده کرد. برای رسیدن به این اهداف یک شیشه ی فیوزد سیلیکایی انتخاب خوبی است. مواد شفاف دیگری نیز برای تولید شیشه های محافظ پنجره ها (windshields) ، پوشش های محافظ منبع احتراق (blast shields) و محافظ سنسورهای هواپیما (Sensor Protection) استفاده شود. یک نوع ماده ی سرامیکی که اسپینل (منیزیم آلومینات) نامیده می شود خواص نوری ممتازی در ناحیه ی مادون قرمز دارد که باعث می شود از این ماده در سنسورها (جاهایی که خواص جذبی محافظین سنسورها بسیار مهم است) استفاده می شود.

بهبود راندمان موتور توربینی (turbine engine)

هلی کوپترهای نظامی در آینده می توانند دورتر پرواز کنند و همچنین بار بیشتری حمل کنند. و همه ی این توانمندی ها را مدیون علم سرامیک هستند. (شکل ۳)

بازده موثر موتورهای توربینی با استفاده از کامپوزیت های زمینه سرامیک و پوشش های محافظ (به خاطر سازگاری گرمایی بالایشان)، بالا برده می شود. سرامیک ها پتانسیل کار در دماهای بالای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد را با کمترین خنک سازی (یا بدون خنک سازی) دارند. همچنین کامپوزیت ها ۳۰-۵۰ درصد آلیاژهای فلزی که هم اکنون مورد استفاده قرار می گیرند، سبک ترند.

هنگامی که کامپوزیت های مورد استفاده در محفظه ی احتراق و پره های توربین با مواد سرامیکی پوشش داده شوند، دمای کاردهی تا ۱۶۵ درجه c افزایش می یابد و اجزای محفظه ی احتراق، از ترکیب شدن محافظت می شود. یک روش پوشش دهی که در آن از چندین جزء سرامیکی استفاده می شود، توانسته است پوششی تولید کند که ۳۰۰ ساعت کار در دمای ۱۵۶ درجه cرا تحمل کرده است. این پوشش ها بر پایه ی هافنیم اکسید ساخته شده است.

رشته سرامیک شاخه فنی و حرفه ای

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:44 شماره پست: 5

مقدمه

اگر در ابتدای معرفی این رشته بشنوید که یکی از کار بردهای سرامیک ، صنعت برق ، الکترونیک ، لوازم خانگی است تعجب کنید .

صنعت سرامیک به لحاظ تنوع ، تولید ، خانواده ی گسترده و بی انتهایی داشته و از ویژگی ها و پیچیدگی های خاصی بر خوردار است .

در صنعت برق ، الکترونیک ، لوازم ساختمانی و با توجه به مطرح بودن صرفه جویی اقتصادی و کاهش هزینه های تولید بسیار حائز اهمیت است .

نیاز هنر جویان به فراگیری محاسبات فنی ، مواد اولیه سرامیکی و آماده سازی آن ، تکنولوژی عمومی سرامیک ، شیمی تخصصی سرامیک ، شکل دادن و پخت مواد سرامیکی ، ماشین الات سرامیکی ، محاسبه و طراحی ساخت محصولات سرامیکی آشنا میشوید .

درسهای رشته

سال دوم

ردیف     نام     درس نظری    عملی

1     آمادگی دفاعی    2    0

2     اجزاء ماشین    2     0

3     ادبیات فارسی (2)     2    0

4     تعلیمات دینی و قرآن (2)    3     0

5     تکنولوژی و کارگاه عمومی سرامیک     1     2

6     جغرافیای عمومی و استان    3    0

7     رسم فنی عمومی    1    1

8     ریاضی (2)    4    0

9     زبان خارجه (2)    2    0

10     زبان فارسی (2)     2     0

11     عربی (1/2)    1    0

12     فیزیک (2)    2     0

13     مبانی تکنولوژی برق صنعتی     1     1

14     مواد اولیه سرامیک    3    0

15     کارگاه مقدماتی مکانیک     0     1

        سال سوم

ردیف     نام     درس نظری    عملی

1     آزمایشگاه مواد اولیه سرامیک    0    2

2     آماده سازی مواد اولیه سرامیک    2     0

3     تاریخ معاصر ایران    2     0

4     تربیت بدنی (2)    0    1

5     تربیت بدنی (3)     0    1

6     تعلیمات دینی و قرآن (3)    3     0

7     ریاضی (3)    1     1

8     ریاضی (3)    1    1

9     شکل دادن و پخت سرامیک ها     3     0

10     شیمی تخصصی سرامیک    3     0

11     عربی (2/2)    1    0

12     ماشین آلات سرامیک    2     0

13     مبانی و کاربرد رایانه    1    1

14     محاسبات در سرامیک    3     0

15     کارآموزی     0    1

16     کارگاه شکل دادن و پخت سرامیک ها     0    4

صنعت و بازار

زمینه های شغلی رشته مذکور عبارت است از :

اپراتور کوره پخت سرامیک

اپراتور ماشین آلات سرامیک

شکل دهنده قطعات در حالت خام

طراحی و محاسبات در سرامیک

راه اندازی کارگاه های پخت سرامیک

کنترل کننده قطعات تولیدی سرامیکی

آزمایشگاه شیمی تخصصی سرامیک

کارگاه های تولید قطعات ساده سرامیکی

آماده کننده مواد اولیه برای دوغاب ریزی و پرس کاری

آزمایشگاه مواد اولیه سرامیک در کارگاه ها و کارخانجات

و ....

سرامیک

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:46 شماره پست: 6

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

پرش به: ناوبری, جستجو

    در متن این مقاله از هیچ منبع و مأخذی نام برده نشدهاست.

شما میتوانید با افزودن منابع برطبق اصول اثباتپذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به ویکیپدیا کمک کنید.

مطالب بی‌منبع احتمالاً در آینده حذف خواهند شد.     این مقاله نیازمند ویکیسازی است. لطفاً با توجه به راهنمای ویرایش و شیوهنامه، محتوای آن را بهبود بخشید.

    گُمان میرود حق تکثیر محتویات این صفحه با سیاستهای ویکیپدیا در مورد حق تکثیر سازگاری ندارد.

لطفاً اطلاعات بیشتری در این مورد بیفزایید و یا وضعیت حق تکثیر منبع اصلی این مقاله را بررسی کنید.

به مواد غیرآلیِ غیرمعدنیِ جامد، سرامیک گفته می‌شود.

این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها، 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.

محتویات

[نهفتن]

•    ۱ پیشینه

•    ۲ ریشه واژه

•    ۳ طبقهبندی سرامیکها

•    ۴ انواع سرامیکها

o    ۴.۱ سرامیکهای سنتی

o    ۴.۲ سرامیکهای مدرن

    ۴.۲.۱ سرامیکهای اکسیدی

    ۴.۲.۲ سرامیکهای غیراکسیدی

•    ۵ صنعت سرامیک

•    ۶ خواص برتر سرامیکها نسبت به مواد دیگر

•    ۷ کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

•    ۸ شكل دهي سراميك ها

•    ۹ جستارهای وابسته

•    ۱۰ پانویسپیشینه [ویرایش]

برخی آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند [۱] در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند.[۲] ولی در کل اکثریت تاریخ‌نگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند.[۳] (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)

ریشه واژه [ویرایش]

واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس (κεραμικός) گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.

طبقه‌بندی سرامیک‌ها [ویرایش]

سرامیک‌ها از لحاظ کاربرد به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

•    سرامیک‌های سنتی (سیلیکاتی)

•    سرامیک‌های مدرن (مهندسی)

o    سرامیک‌های اکسیدی

o    سرامیک‌های غیر اکسیدی

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

•    سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)

•    سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی

انواع سرامیک‌ها [ویرایش]

سرامیک‌های سنتی [ویرایش]

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

سرامیک‌های مدرن [ویرایش]

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

سرامیک‌های اکسیدی [ویرایش]

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

•    برلیا (BeO)

•    تیتانیا (TiO2)

•    آلومینا (Al2O3)

•    زیرکونیا (ZrO2)

•    منیزیا (MgO)

سرامیک‌های غیراکسیدی [ویرایش]

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

1.    نیتریدها

o    BN

o    TiN

o    Si3N4

o    GaN

2.    کاربیدها

o    SiC

o    TiC

o    WC

و....

صنعت سرامیک [ویرایش]

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

خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر [ویرایش]

•    دیرگدازی بالا

•    سختی زیاد

•    مقاومت به خوردگی بالا

•    استحکام فشاری بالا

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی [ویرایش]

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

1.    الکتریکی و مغناطیسی

o    عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)

o    دی الکتریک (BaTiO3)

o    پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)

o    پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))

o    مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)

o    مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)

o    نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO2)

o    رسانای یونی (β-Al2O3)

o    تابانندهٔ الکترون (LaB6)

o    ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)

2.    سختی بالا

o    ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)

o    مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)

3.    نوری

o    فلورسانس (Y2O3)

o    ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)

o    منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)

o    بازتاب نوری (TiN)

o    بازتاب مادون قرمز (SnO2)

o    انتقال دهندهٔ نور (SiO2)

4.    حرارتی

o    پایداری حرارتی (ThO2)

o    عایق حرارتی (CaO.nSiO2)

o    رسانای حرارتی (AlN - C)

5.    شیمیایی و بیوشیمیایی

o    پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))

o    سابستریت (TiO2- SiO2)

o    کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)

6.    فناوری هسته‌ای

o    سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی

o    مواد کاهش‌دهندهٔ انرژی نوترون

o    مواد کنترل کنندهٔ فعالیت راکتور

شكل دهي سراميك ها [ویرایش]

مقدمه

در این مقاله در مورد سفال گری صحبت می کنیم. بسیاری از تکنیک هایی که امروزه برای شکل دهی سرامیک های پیشرفته استفاده می شود. بوسیله ی سفال گران ابداع و استفاده می شده است. اما امروزه اینگونه فرآیندها اصلاح شده است و برای شکل دهی مواد درکاربردهای با فناوری بالا و سرامیک های جدید استفاده می شود. ما تنها می توانیم پودر خشک را شکل دهی کرده وآن را زنیتر کنیم. اما این مسئله مرسوم است که مقداری مایع به پودر اضافه می شود. و سپس فرآیند شکل دهی و پخت اتفاق می افتد. (دقیقا همانند استفاده کردن از آب در سفال گری). تغییر فرم های اتفاق افتاده در فرآیندشکل دهی باعث می شود تا مخلوط با استحکام پایین چسبنده شود و به بدنه ای محکم ومنسجم تبدیل شود.این بدنه را می توان به هندسه ی دلخواه در آورد. انتخاب عملیات شکل دهی برای یک محصول خاص به ابعاد و ثبات ابعادی محصول، ویژگی های زیرساختاری، میزان قابلیت تکثیر شدن نمونه بوسیله ی آن، مسائل اقتصادی و نوع شکل بستگی دارد.

لغات

در صنعت شکل دهی سرامیک ها لغات خاصی وجود دارد. زیرا این صنعت یک هنر قدیمی است. سابقاً پودرهای اصلی در خلوص و اندازه ی ذرات مناسب تهیه می شد و بوسیله ی آنها می شد اشکال مد نظر را تهیه کرد. بسیاری از روش های شکل دهی برای محصولات سرامیکی مناسب هستند. این روش ها را می توان به سه گروه عمده طبقه بندی کرد: 1) فشرده سازی پودر: پرس خشک، پرس گرم، پرس ایزواستاتیک سرد و... 2) ریخته گری : بوسیله ی قالب و دوغاب سرامیکی 3) شکل دهی پلاستیک: اکستروژن، قالب گیری تزریقی و... در این فرآیند از فشار برای شکل دهی بدنه ی خام سرامیکی استفاده می شود.

فشرده سازی پودر:

در این روش با فشردن پودر ماده ی سرامیکی، قطعه تشکیل می شود. پودر ممکن است بوسیله ی فرآیند فشرده سازی خشک (بدون افزودن بایندر) ویا بوسیله ی افزودن مقدار اندکی از یک بایندر به قطعه تبدیل شود. فشار اعمالی نیز می تواند غیر محوری یا ایزواستاتیک باشد.انتخاب روش فشرده سازی (پرس کردن ) به شکل محصول نهایی بستگی دارد. ما می توانیم اشکال ساده را بوسیله ی اعمال فشار غیر محوری و قعطات پیچیده را بوسیله ی اعمال فشار ایزواستاتیک تولید کنیم.

سرامیک های ریخته گری شده

این نوع از سرامیک ها معمولا در دمای اتاق و بوسیله ی تهیه ی یک دو غاب حاوی ذرات پودر تهیه می شوند. لازم به ذکر است که این فرآیند شباهتی به فرآیند ریخته گری فلزی ندارد. دو غاب تهیه شده به داخل قالب ریخته شده و مایع آن بوسیله ی جداره ی قالب (دیفوزیون از جداره) خارج می شود. خروج مایع از قالب سبب پدید آمدن جسمی با استحکام مناسب در داخل قالب می شود. به این روش ریخته گری روش ریخته گری لغزشی (Slip Casting) می گویند. از این روش برای شکل دهی بسیاری از محصولات سرامیکی سنتی (مانند ظروف تزئینی) استفاده می شود. در سال های اخیر از این روش برای شکل دهی محصولات سرامیکی پیشرفته (مانند پرده ها ی توربین و روتور توربین گازی) استفاده می شود. برای تولید فیلم های ضخیم و صفحات از روش ریخته گری نواری (tape Casting) استفاده می شود.

شکل دهی پلاستیک

این روش بدین صورت است که به پودر سرامیکی به میزان مشخصی آب اضافه می شود . تا پودر خاصیت پلاستیک پیدا کند و بتوان آن را تحت فشار شکل دهی کرد. این روش ابتدائاً برای شکل دهی خاک رس استفاده می شده است که پس از آن با انجام اعمال اصلاحی بر روی آن برای شکل دهی مواد پلیمری نیز استفاده می شود. مایع مورد استفاده در سرامیک های سنتی بر پایه ی رس، آب است. برای سیستم های سرامیکی که بر پایه ی رس نیستند. مواد آلی نیز ممکن است به جای آب استفاده شوند. بایندرهای آلی معمولا از ترکیبات چند گانه ساخته شده اند تا بتوانند وسکوزیته ی مناسب را به سیستم سرامیکی بدهند و همچنین خصوصیات بعد از پخت خوبی داشته باشند.

جدول 1 روشهای اصلی موجود در سه گروه شکل دهی را نشان می دهد. که در هر مورد اشکالی را که می توانیم با این روش ها تولید کنیم نیز آورده شده است. در ادامه برخی از واژه های مربوط به صنعت شکل دهی را بیان می کنیم.

بایندر (binder)

بایندر ترکیبی است که استفاده می شود تا پودر در کنار هم نگه داشته شود و بتوان پودر را شکل دهی کرد.

دوغاب (Slurry)

دوغاب سوسپانسیونی از ذرات سرامیکی دریک مایع است.

نرم کننده (plasticizer)

نوعی بایندر است که باعث می شود دوغاب نرم یا انعطاف پذیر شود. این افزودنی خواص رئولوژیکی دوغاب را بهبود می دهد.

نمونه ی خام (green)

قطعه ای سرامیکی است که هنوز پخت نشده است.

دوغاب لعاب (Slip)

مخلوطی سوسپانسیونی است که به صورت پوشش بر روی بدنه ی خام قرار می گیرد و پس از پخت بر روی بدنه تشکیل لعاب را می دهد. برخی از روش های شکل دهی که در این مقاله به آنها می پردازیم، بدنه هایی سرامیکی تولید می کنند که فشردگی آنها تنها برای فرآیند ماشین کاری مناسب است (میزان استحکام آنها به حدی است که تنها بتوان آنها را ماشین کاری کرد.) به هر حال این بدنه ها کاملا متراکم نیستند و پیوند بین دانه ها در آنها ضعیف است.این حالت را خام بودن (green) می گویند.در واقع در این حالت، حالتی میان بدنه ی زنیتر شده ی با دانسیته ی بالا و پودر نرم است. روش های دیگری در شکل دهی سرامیک ها وجود دارد که در آنها با اعمال دمای بالا در حین شکل دهی بدنه های زنیتر شده با دانستیه ی بالا تولید می شود.

بایندر و نرم کننده ها

در اغلب موارد نیاز است تا به پودر سرامیکی مقداری بایندر اضافه کنیم. بایندر دو وظیفه دارد. در برخی روش های شکل دهی مانند اکستروژن، بایندر پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را فراهم می کند. بایندر همچنین باعث می شد تا قطعه ی خام تولیدی پس از خشک شدن استحکام کافی را داشته باشد و در طی فرآیند ساخت و پخت دفورمه نشود. یکی از ویژگی های مهمی که بایندرها باید داشته باشند این است که بتوان بایندر را در طی فرایند پخت از بین برد و آن را از میان بدنه ی متراکم خارج کنیم، بدون آنکه بدنه معیوب شود. در اغلب موارد مواد پلیمری بایندرهای ایده آلی هستند. در سفال گری اغلباً از آب به عنوان بایندر استفاده می شود. در این صنعت آب به میزان کافی به خاک افزوده می شود. تا گل حاصله پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را بدست آورد. در واقع میزان آب در حدی است که نمونه در طی پخت ثبات خود را حفظ کند. برای بهبود خواص رئولوژیکی در اغلب موارد از نرم کننده استفاده می شود. در اصل افزودن نرم کننده به سوسپانسیون ها به صنعت سرامیک منحصر نیست و از آن در بسیاری از فرآیندهای پودری استفاده می شود. برخی اوقاف تفاوت میان نرم کننده و بایندر زیاد واضح نیست. بایندرها همچنین در فرآیندهای شکل دهی فلزات بوسیله ی پودر فلز نیز کاربرد دارند.

دوغاب

واژه ی دوغاب لعاب ( Slip) از لغتی انگلیسی آمده است که به معنای کرم (cream) است کرم سوسپانسیونی از ذرات شیر داخل مایع (آب) است که در فرآیند تولید پنیر بوجود می آید. عموماً دوغاب لعاب شامل ذرات سرامیکی کوچک (زیر 10 میکرون ) است که در داخل یک محیط مایع معلق هستند. در سفال گری این مایع معمولا آب است. سوسپانسیون بوجود آمده می تواند حتی بیش از 60% حجمی ماده ی خشک داشته باشد. دی فلوکولانت ها (deflocculents) به دو غاب لعاب اضافه می شود تا محیط الکترویکی هر ذره را بهبود دهد. این مسئله موجب می شود ذرات همدیگر را دفع کنند.

دی فلوکولانت

دی فلوکولاسیون فرآیندی است که بوسیله ی آن توده های به هم چسبیده ی ذرات سرامیکی موجود در مایع متلاشی شده و به ذرات تبدیل می شوند. از این رو در فلوکولانت یک افزودنی است که این فرآیند را انجام می دهد. به عبارت دیگر دی فلوکولاسیون مخالف دلمه شدن (coagulation) است.

کلوئید

کلوئید عموما به عنوان هر ماده ای تعریف می شود که دارای ذرات مادی است که از محلول های معمولی بزرگ تر اما بسیار ریزتر از آن هستند که بدون بزرگنمایی نوری قابل دیدن باشند. (تقریبا 10-1nm میکرون) . کلوئیدها می توانند به روش های مختلف به یکدیگر پیوند دهند . سیستم های کلوئیدی می توانند چندین شکل داشته باشند. فرضی که ما با آن روبرو هستیم بدین صورت است که یک ماده در دیگری پراکنده شده است. حرکت براوونی یکی از پدیده هایی است که در این مخلوط ها بوجود می آید. دوغاب یک کلوئید است. ما می توانیم خواص دوغاب را بوسیله ی افزودن فلوکولانت و یا دی فلوکولانت تغییر دهیم.

دوغاب

ذرات رس در مایع به صورت سوسپانسیون در می آیند.( این مایع در مورد سفال، آب است) . همین طور که مقدار آب دوغاب کاهش می یابد، میزان صلبیت آن افزایش می یابد. لعاب های مورد استفاده در سفال گری دارای عملکردی شبیه به رس در مایع هستند (البته میزان آب لعاب بیشتر است). گل کوزه گری از یک دوغاب اولیه تولید می شود. این دوغاب از رس های طبیعی تولید شده است. دوغاب به طور مکرر فیلتر می شود تا ماده ای هموژن و با قابلیت ثبات بالا پدید آید. سپس قطعاتی از گل بوسیله ی تبخیر رطوبت از کلوئید بوجود می آید. محصول پایانی به مرحله ی اکستروژن می رود و سپس در بسته بندی های خاص قرار می گیرد تا رطوبت باقی مانده در آن از بین نرود. منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorto

جستارهای وابسته [ویرایش]

•    بیوسرامیک

•    سرامیک‌های زرهی

•    زئولیت

•    تست غیرمخرب

•    دوغاب

•    مهندسی سرامیک

•    سراموگرافی

•    ترمز سرامیکی

•    موتور سرامیکی

•    خواص فیزیکی مواد

•    خواص مکانیکی مواد

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:47 شماره پست: 7

دید کلی

از زمانی که انسان غارنشینی را به قصد یافتن مکان زیست بهتر ، پشت سر گذاشت، با مصالح ساختمانی سر و کار پیدا کرده بود. بدیهی است که این مواد از نوع موجود در طبیعت بود، مانند پوست برای بنا کردن خیمه و یا گل و سنگ برای تهیه مسکن دائمی‌. بعدها بشر آموخت که از قطعات چوب و تخته و میخ و پیچ برای استحکام بنا استفاده کند و موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان را برای اتصال محکم‌تر قطعات سنگ و یا چوب به یکدیگر بکار بگیرد، ولی خاک رس مهمترین ماده اولیه تهیه بسیاری از مصالح ساختمانی است. خاک رس به صورت ناخالص در تهیه کوزه ، گلدان هاى گلی ، ظروف سفالی ، اشیا و لوله‌هاى سفالی ، سرامیک ، سیمان و به صورت خالص ، در تهیه ظروف چینی و ... مصرف می‌شود.

تعریف

* از نظر واژه: سرامیک به کلیه جامدات غیر آلی و غیر فلزی گفته می‌شود.

* از نظر ساختار شیمیایی: کلیه موادی که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دمای بالا بدست می‌آیند و توسط توده شیشه مانندی انسجام یافته و بسیار سخت و غیر قابل حل در حلال‌ها و تقریبا 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 و گرم شدن و تشکیل ذرات بلوری سرامیک را کاهش می‌دهد.

* فلدسپار: در کاهش دادن دمای پخت و تشکیل توده شیشه‌اى و چسباننده ذرات بلوری سرامیک موثر است.

خواص سرامیک‌ها

خواص سرامیک‌ها بسته به نوع و درجه خلوص هر یک از اجزای اصلی ، مواد افزودنی ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهنده‌هاى موجود در محیط ، تغییر می‌کند. در قرن حاضر صنعت سرامیک سازی توسعه و تنوع شگرفی یافته و اهمیت و کاربردهای آن نیز وسعت پیدا کرده است.

سرامیک‌های ویژه

* مقره‌های برق:

که عایقهای خوبی برای گرما و برق هستند و در آنها از Al2O3 ، Zr2O3 استفاده می‌شود.

* سرامیک‌های مغناطیسی:

در در این نوع سرامیک از اکسیدهای آهن استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها در تهیه عنصرهای حافظه در کامپیوتر است.

* سرامیک‌های شیشه‌اى:

وقتی شیشه معمولی پس از تهیه در دمای بالایی قرار گیرد، تعداد قابل توجهی از ذرات بلور در آن تشکیل 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 خود پیشرفت نمی‌کنند. از این نوع سرامیک‌ها برای تهیه ظروف آشپزخانه یا ظروفی که برای حرارت دادن لازم باشند، استفاده می‌شود که آن را اصطلاحا پیروسرام می‌نامند.

لعابها و انواع آنها

لعابها طیف وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را در بر می‌گیرند. لعاب مربوط به سرامیک معمولا مخلوط شیشه مانندی متشکل از کوارتز ، فلدسپار و اکسید سرب (PbO) است. این اجزا را پس از آسیاب شدن و نرم کردن به صورت خمیری رقیق درمی‌‌آورند. آنگاه وسیله سرامیکی مورد نظر را در این خمیر غوطه‌ور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دمای معین حرارت می‌دهند. پس از لعاب دادن روی چینی ، روی آن مطالب مورد نظر را می‌نویسند و یا طرح مورد نظر را نقاشی می‌کنند و دوباره روی آن را لعاب داده و یک بار دیگر حرارت می‌دهند. در این صورت وسیله مورد نظر پرارزش‌تر و نوشته و طرح روی آن بادوام‌تر می‌شود.

لعابها در انواع زیر وجود دارند:

* لعاب بی‌رنگ: این نوع لعاب که برای پوشش سطح چینی‌های بدلی ظریف بکار می‌رود، بی رنگ و شفاف است و از مخلوط کلسیم و سیلیس و خاک چینی سفید تهیه می‌شود.

* لعاب رنگی: برای رنگ آبی از اکسید مس (Cu2O) ، برای رنگ زرد از اکسید آهن (FeO) و برای رنگ سبز از اکسید کروم (Cr2O3) ، برای رنگ زرد از کرومات سرب و برای رنگ ارغوانی از ارغوانی کاسیوس استفاده می‌شود.

* لعاب کدر: این نوع لعاب که برای پوشش چپنی‌های بدلی معمولی بکار می‌رود و از مخاـوط SnO2 , PbO , SiO2 , Pb3O4 ، نمک و کربنات سدیم تهیه می‌‌شود که آن را پس از ذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شیر در می‌آورند و شئی لعاب دادنی را در آن غوطه‌ور می‌کنند.

ظروف لعابی

ظروف لعابی درواقع ، نوعی ظروف آهنی هستند که سطح آنها را به منظور جلوگیری از زنگ زدن ، از لعاب می‌پوشانند. البته این نوع ظروف را نباید زیاد گرم یا سرد و یا پرتاب کرد و یا اینکه تحت ضربه قرارداد، زیرا لعاب سطح آنها ترک برداشته و می‌ریزد.

انواع چینی

چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌‌شوند و به دو دسته چینی‌های اصل یا سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.

* چینی‌های اصل:

o چینی ظرف: که می‌توان آن را نوعی شیشه کدر دانست، مانند ظرف چینی معروف به سور. از ویژگیهای این نوع چینی آن است که لعاب رنگی را به خود می‌‌گیرد.

o چینی سیلیسی: این نوع چینی که به چینی لیموژ معروف است، درکشورهای فرانسه ، ژاپن و چین تهیه می‌‌شود. مواد اولیه آن خاک چینی سفید ، شن سفید و فلدسپار است.

o چینی آلومینیوم‌دار: این نوع چینی به نام چینی ساکس و بایو در فرانسه تهیه می‌‌شود و دارای Al2O3 , SiO2 , CaO است.

* چینی‌های بدلی: خمیر این نوع چینی‌ها ترکیبی حد واسط از خمیر سفال و خمیر چینی‌های ظریف است. در نتیجه سختی آنها از چینی‌های اصل کمتر است. از این رو ، حتما باید آنها را با لعاب بپوشانند. این نوع چینی‌ها خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:

o بدل چینی‌های معمولی که خمیر آنها رنگی است و از این رو ، با لعاب کدر پوشانیده می‌شود.

o بدل چینی ظریف که خمیر آنها مانند خمیر چینی بی‌رنگ است اما بر خلاف چینی در مقابل نور شفاف نیست. معمولا سطح این نوع چینی‌ها را از لعاب بی‌رنگ ورنی مانند و شفاف می‌پوشانند تا ظاهری مانند چینی اصل پیدا کنند.

سرامیک

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:50 شماره پست: 8

سرامیک Ceramic

به مواد معمولاً جامدی که بخش عمده تشکیل دهنده آنها غیر فلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می شود. این تعریف نه تنها سفالینه ها، پرسلان (چینی)، دیرگدازها، محصولات رسی سازه ای، ساینده ها، سیمان و شیشه را در بر می گیرد، بلکه شامل آهن رباهای سرامیکی، لعاب ها، فروالکتریک ها، شیشه-سرامیک ها، سوخت های هسته ای و... نیز می شود.

برخی آغاز استفاده و ساخت سرامیک ها را در حدود 7000 سال ق.م. می دانند در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا 15000 سال ق.م نیز دانسته اند. ولی در کل اکثریت تاریخ نگاران بر 10000 سال ق.م اتفاق نظر دارند (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک های سنتی است). واژه سرامیک از واژه یونانی کراموس گرفته شده است که به معنی سفال یا شیء پخته شده است.

مهم ترین عناصر پوسته زمین عبارتند از: اکسیژن 50%، سیلیسیم 26% و آلومینیم 8% بنابراین می توان حدس زد که مواد اولیه سرامیکی (پوسته زمین) در واقع همان ترکیبات اکسیدی سیلیسم و آلومینیم هستند، لذا به آنها آلومینو سیلیکات گفته می شود. کانی آشنای رس نیز در واقع نوعی آلومینو سیلیکات آب دار می باشد. (رس خالص سفید رنگ است و قرمزی رس معمولی به علت وجود اکسید آهن در آن می باشد) کانی های رس در سرامیک ها دو عملکرد مهم دارند:

1- مخلوط آب و رس (گل رس) دارای خاصیت شکل پذیری فوق العاده است (پلاستیک) و حتی بعد از شکل گیری آن به صورت پایدار باقی می ماند.

2- این مواد در محدوده ای از حرارت قبل از آنکه ذوب شوند ذرات تشکیل دهنده آن دچار ذوب سطحی شده و پدیده هم جوشی اتفاق می افتد، که در آن قطعه ای یکپارچه و مستحکم تشکیل می شود. (زینتر شدن)

مهم ترین مواد اولیه سرامیکی:

الف) کانی رسی کائولینیت Al2O3. 2SiO2.2H2O تقریبا در تمام محصولات سرامیکی سنتی وجود دارند، چنانچه کائولینیت را خالص نماییم آنگاه به آن کائولین مساوی خاک چینی گفته می شود که چون فاقد اکسید آهن می باشد، دمای ذوب آن بالا بوده و سفید رنگ می باشد.

ب) مواد غیر پلاستیک، کوارتز (سیلیکا SiO2) که در واقع همان ماده تشکیل دهنده شیشه می باشد و در لعاب سازی، شیشه سازی، چینی سازی و ساینده ها به وفور یافت می شود، دارای ثبات شیمیایی، سختی و دیر گدازی است.

ج) فلدسپات همان آلومینو سیلیکات بدون آب است که در ساخت چینی کاربردی وسیع دارد؛ لذا رس، کوارتز، فلدسپات سه جزء اصلی سرامیک ها می باشند.

از دید علم شناخت مواد، مواد به سه طبقه قابل قسمت است:

گروه اول: مواد فلزی.

گروه دوم: مواد آلی که بیشتر در بدن موجودات زنده هستند؛ مانند: هیدروکربن ها.

گروه سوم: مواد سرامیکی که هم خصوصیات مواد آلی وهم خصوصیات مواد فلزی را دارا می باشند؛ مانند: مقاومت در برابر الکتریسیته و حرارت، مقاومت در برابر شکل پذیری، سختی، شکنندگی و سایر خواص. صنایع شیشه و سیمان و امثال آن نیز زیر گروه صنعت سرامیک هستند.

سرامیک ها از لحاظ ساختار شیمیایی به شکل زیر طبقه بندی می شوند:

- سرامیک های سنتی (سیلیکاتی)

- سرامیک های مدرن (مهندسی)

- اکسیدی

- غیر اکسیدی

سرامیک های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می توان به شکل زیر طبقه بندی کرد:

- سرامیک های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)

- سرامیک های مدرن کامپوزیتی

انواع سرامیک:

سرامیک های صنعتی: سرامیک های صنعتی، یعنی آنها که بشر سال ها است از آن استفاده می کنند؛ مانند: سفال، چینی، شیشه، لعاب، ساینده ها و مواد و مصالح ساختمانی.

________________________________________

سرامیک های صنعتی:

1- سفال: از قدیمی ترین دست ساخته های بشر است که رس به عنوان ماده اصلی آن مطرح می باشد. (حاوی اکسید آهن قرمز رنگ می باشد). بدنه سفال ها متخلخل بوده لذا هر مایعی را به سرعت جذب کرده و از خود عبور می دهد. لعاب کاری برروی سفال به منظور زیبایی، افزایش استحکام و بهداشتی نمودن آن صورت می گیرد.

پخت سفال نیز در دو مرحله صورت می گیر. مرحله اول که پس از خشک شدن صورت می گیرد و در آن سفال به بیسکویت تبدیل می شود و در مرحله دوم پس از لعاب کاری برروی بیسکویت و جهت تثبیت لعاب برروی آن پخت دوم صورت می پذیرد. حرارت لازم برای پخت سفال 900 تا 1000 درجه سانتی گراد می باشد.

2- آجر: از مهم ترین مصالح ساختمانی است که در قدیم به روش دستی تولید می شد، یعنی گل را داخل قالب می نمودند و خشت خام را پخت می کردند اما امروزه آجر با استفاده از دستگاه های میکسر، اکسترود، فیلتر پرس ساخته می شود. آجرهای تولید شده در روش مدرن هم استحکام بیشتر و هم ابعاد دقیق تر و هم صافی سطوح بیشتر دارند. پخت این آجرها در سه نوع کوره صورت می گیرد.

1- کوره اتاقکی (سنتی)

2- کوره هفمن که در آن محصولات ثابت و شعله در حرکت است

3- کوره تنلی کوره ای است به طول 80 متر که با توجه به دما به سه ناحیه تقسیم می شود؛ ناحیه اول: دما در آن به تدریج بالا می رود. ناحیه میانی: موسوم به جهنم کوره و ناحیه سوم: دما بتدریج پایین می آید.

3- کاشی:

قطعاتی مسطح از سفال می باشند که تنها یک روی آنها لعاب داده می شود (ضدآب کردن کاشی) و طرف دیگر را با دوغاب سیمان به دیوار می چسبانند؛ کاشی در دو نوع دیواری و زمینی (موسوم به سرامیک) تولید می گرد. کاشی های زمینی می بایست قطورتر و محکم تر بوده و ضریب استحکام سطحی آن مناسب باشد. لذا کاشی کف می بایست از مواد زودگدازتر ساخته شود تا عمل هم جوشی بیشتری در آن اتفاق افتد.

4- چینی:

به قطعاتی سفید، محکم، به جذب آب بسیار کم گفته می شود که فلدسپات، کوارتز، رس سه جزء اصلی آن می باشند. هر چه دمای پخت چینی بیشتر باشد آن چینی مرغوب تر بوده و صدای زنگ ناشی از آن نیز بیشتر است. بر اساس دمای پخت چینی ها به دو گروه چینی نرم (˚1250) و چینی سخت (˚1250- ˚1450) تقسیم می شود. مراحل تولید قطعات چینی عبارتند از:

1- آماده سازی مواد اولیه.

2- شکل دهی.

3- خشک کردن.

4- پختن.

5- لعاب کاری.

6- پخت دکور یا تزئین.

5- دیرگدازها:

فراورده هایی می باشند که دارای استحکام کافی بوده و می توانند در دمای بالا کار کنند؛ استفاده از آنها در ساخت انواع کوره ها یا تولید مصالح ساختمانی. دیرگدازان عموما یا به صورت آجر و بلوک تولید می شوند (آجرهای نسوز شومینه) یا به صورت ملات های نسوز ساخته می شوند (سیمان نسوزتولید شده از جرم یا شلاکه یا سر باره) دیرگدازهای سنتی می توانند تا ˚1900 سانتی گراد را تحمل کنند در صورتی که دیر گدازهای نوین می توانند تا ˚3000 سانتیگراد را تحمل کنند.

6- ساینده ها و سنباده ها:

از مواد سرامیکی طبیعی که در طبیعت یافت می شود. (الماس و کوارتز) که دارای سختی فوق العاده می باشند که جهت تهیه ساینده و سنباده کاربرد دارند. برای ساخت ساینده ها این ذرات را ابتدا توسط قالب شکل می دهند سپس با اعمال حرارت آن را زینتر می کنند به قطعه ای فوق العاده سخت و محکم تبدیل می گردد. در حالی که جهت تولید سنباده ها ابتدا ذرات را دانه بندی نموده و توسط چسبهایی مقاوم برروی مقوا یا پارچه می چسبانند.

7- لعاب:

پوششی است شیشه ای زودگداز که با ضخامت کم برروی قطعه قرار گرفته و توسط حرارت ذوب و تثبیت می گردد، باید توجه نمود که لعاب علاوه بر ظروف سرامیکی برروی قطعات فلزی نیز کاربرد دارند. (کتری لعابی، سینک لعابی و بخاری)

________________________________________

سرامیک های مدرن:

سرامیک های مدرن یا نوین (سرامیک های مهندسی) در ساخت این سرامیک ها به سه نکته اهمیت می دهند؛ 1- خلوص در مواد، 2- روش های ویژه تولید، 3- کنترل دقیق بر فرآیند تولید.

سرامیک های مدرن امروزه کاربرد وسیعی در صنایع و پزشکی پیدا کرده اند؛ مانند: فرآورده های ویژه و سرامیک های تکنیکی، دیرگدازها، فرآورده های زمخت، فرآورده های ظریف. این فرآورده ها عمدتاً از مواد اولیه خالص و سنتزی ساخته می شوند. این نوع سرامیک ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده اند.

طبقه بندی سرامیک های مدرن:

1- فرآورده های ویژه و سرامیک های تکنیکی: این فرآورده ها عمدتا از مواد اولیه مصنوعی و خالص استفاده می شوند. خصوصیات ترکیبات و مواد اولیه این فرآرده ها برحسب موارد مصرف آنها متفاوت است. این فرآورده های پیچیده عمدتا در ارتباط با پیشرفت و تکامل صنایع دیگر مطرح هستند. صنایع الکترونیک، تحقیقات فضایی، انرژی هسته ای، نیروی برق، صنایع هواپیمایی.

2-دیرگدازها Refractions:

به طور کلی دیرگدازها محصولاتی هستند که خمش آنها در دمای بالاتر از ˚580 سانتی گراد انجام می شود. مصرف این فرآورده ها در ساختمان کوره ها می باشد. که به صورت آجر، انواع ملات ها و پوشش های مختلف و فرآورده های ویژه، کلیه صنایعی که در مراحلی از روند تولید خود نیاز به درجه حرارت بالا دارد مثل صنایع ذوب فلز، ذوب شیشه، سیمان، صنایع شیمیایی و صنایع هسته ای مجبور به استفاده از این فرآورده ها می باشد.

3- فرآورده های زمخت Heavy clay:

عمدتا در ساختمان ها تنها به کار می روند آجر مشهورترین فرآورده این شاخه از صنعت است. انواع آجرها، لوله های فاضلاب، انواع سفال های سقف، کاشی های کف زمخت، ناودانی ها و قطعات مشابه؛ ماده اولیه این فرآورده خاک رس سرخ رنگ است.

4- فرآورده های ظریف Pottery:

الف) ظروف خانگی:

1- سفال

2- چینی نیمه زجاجی

3- چینی استخوانی

4- شیشه سرامیک ها؛

اگر چه ساختمان نهایی شیشه سرامیک بسیار شبیه به دیگر فرآورده ها سرامیکی است ولی روش ساخت آنها مشابه روش ساخت دیگر سرامیک ها نیست بلکه مشابه روش ساخت شیشه ها است.

ب) کاشی ها:

1- کاشی های دیواری به نسبت جذب آب که به طور معمول 12-15% استاندارد جهانی و 12-18% استاندارد ایرانی.

2- کاشی های کف که نسبت جذب آنها 2-5% استاندارد جهانی و 0-2% استاندارد ایرانی شناخته می شود.

ج) سرامیک های بهداشتی: کاربرد اصلی این نوع فرآورده ها به صورت دستشویی و کاسه توالت و... است. در ایران اصلاح سرامیک بهداشتی Sanitary ware به عنوان چینی های بهداشتی معروف هستند که این اصلاح غلطی است چرا که بدنه این نوع فرآورده ها همیشه از نوعی چینی نمی باشد.

د) عایق های الکتریکی: بیشتر در نیروگاه های برق وجود دارند.

________________________________________

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک های اکسیدی عبارت اند از:

برلیا (BeO)

تیتانیا (TiO2)

آلومینا (Al2O3)

زیرکونیا (ZrO2)

منیزیا (MgO)

سرامیک های غیر اکسیدی با توجه به ترکیبشان طبقه بندی می شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده اند:

1- نیتریدها: BN - TiN - Si3N - GaN

2- کاربیدها: SiC - TiC - WC

رنگ های سرامیکی:

به طور کلی ترکیبات عناصر واسطه در جدول تناوبی؛ مانند: وانادیم، کروم، منگنز، آهن، کبالت، نیل و مس به عنوان مواد رنگزا در لعاب کاری به کار می رود؛ مثلا:

اکسید کبالت = آبی تا سرمه ای

اکسید آهن = کرم رنگ

اکسید کروم = سبز و صورتی و قهوه ای

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی:

1- الکتریکی و مغناطیسی:

o عایق های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)

o دی الکتریک (BaTiO3)

o پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)

o پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))

o مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)

o مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)

o نیمه رسانا (ZnO- GaN-SnO2)

o رسانای یونی (β-Al2O3)

o تاباننده الکترون (LaB6)

o ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)

2- سختی بالا:

o ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ زنی (2O3TiN-Al)

o مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)

3- نوری:

o فلورسانس (Y2O3)

o ترانسلوسانس (نیمه شفاف) (SnO2)

o منحرف کننده نوری (PLZT)

o بازتاب نوری (TiN)

o بازتاب مادون قرمز (SnO2)

o انتقال دهنده نور (SiO2)

4- حرارتی:

o پایداری حرارتی (ThO2)

o عایق حرارتی (CaO.nSiO2)

o رسانای حرارتی (AlN - C)

5- شیمیایی و بیوشیمیایی:

o پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F،Cl))

o سابستریت (TiO2- SiO2)

o کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)

6- فناوری هسته ای:

o سوخت های هسته ای سرامیکی

o مواد کاهش دهنده ی انرژی نوترون

o مواد کنترل کننده ی فعالیت راکتور

o مواد محافظت کننده از راکتور

سراميک

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:54 شماره پست: 9

سراميک

● اطلاعات اوليه

سراميکها معمولا به استثناي فلزات و آلياژهاي فلزي و مواد آلي ، شامل تمام مواد مهندسي ميشوند که از نظر شيميايي جزو مواد معدني هستند و بعد از قرار گرفتن در دماي بسيار بالا ، شکل اوليه خود را حفظ کرده و مقاومتر ميشوند. ظروف سفالي ، چيني و چينيهاي بهداشتي و غيره ، جزو اين گروه ميباشند.

________________________________________

● تاريخچه

آشنايي انسان با مواد سراميکي و استفاده از آنها ، قدمتي بطول تاريخ دارد. سفالينههاي کشف شده در مناطق باستاني دنيا نشان ميدهد که انسان در دوران باستان ، گل رس و چگونگي کار با آن و پخت و مقاومسازي آن آشنا بوده است. اما امروزه سراميک، کاربردهاي بسيار فراتر از ظروف سفالي يا چيني دارد و در صنعت و تکنولوژي ، استفادههاي فراواني از آن ميشود.

● مواد اوليه سراميکها

سراميکها ، از سه ماده اوليه خاک رس ، فلدسپارها و ماسه تهيه ميشود. خاک رس ، همان سيليکاتهاي آلومينيوم هيدراته است که به صورت کانيهاي مختلفي يافت ميشوند.

● تعريف

▪ از نظر واژه: سراميکبه کليه جامدات غير آلي و غير فلزي گفته ميشود.

▪ از نظر ساختار شيميايي: کليه موادي که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دماي بالا بدست ميآيند و توسط توده شيشه مانندي انسجام يافته و بسيار سخت و غير قابل حل در حلالها و تقريبا گداز ناپذير ميباشند، سراميکناميده ميشوند.

نقش اجزاي سهگانه در سراميک

▪ خاک رس: موجب نرمي و انعطاف و تشکيل ذرات بلوري سراميکميشود.

▪ ماسه: قابليت چين خوردن ، پس از خشک و گرم شدن و تشکيل ذرات بلوري سراميکرا کاهش ميدهد.

▪ فلدسپار: در کاهش دادن دماي پخت و تشکيل توده شيشهاي و چسباننده ذرات بلوري سراميکموثر است.

● خواص سراميکها

خواص سراميکها بسته به نوع و درجه خلوص هر يک از اجزاي اصلي ، مواد افزودني ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهندههاي موجود در محيط ، تغيير ميکند. در قرن حاضر صنعت سراميکسازي توسعه و تنوع شگرفي يافته و اهميت و کاربردهاي آن نيز وسعت پيدا کرده است.

● سراميکهاي ويژه

▪ مقرههاي برق:

که عايقهاي خوبي براي گرما و برق هستند و در آنها از Al۲O۳ ، Zr۲O۳ استفاده ميشود.

▪ سراميکهاي مغناطيسي:

در در اين نوع سراميکاز اکسيدهاي آهن استفاده ميشود. مهمترين کاربرد آنها در تهيه عنصرهاي حافظه در کامپيوتر است.

▪ سراميکهاي شيشه اي:

وقتي شيشه معمولي پس از تهيه در دماي بالايي قرار گيرد، تعداد قابل توجهي از ذرات بلور در آن تشکيل ميشود و خاصيت شکنندگي آن کم ميگردد و بر خلاف شيشههاي معمولي ديگر ، ايجاد يا پيدايش شکاف کوچک در آنها ساري نميباشد، يعني اين شکافها خود به خود پيشرفت نميکنند. از اين نوع سراميکها براي تهيه ظروف آشپزخانه يا ظروفي که براي حرارت دادن لازم باشند، استفاده ميشود که آن را اصطلاحا پيروسرام مينامند.

● لعابها و انواع آنها

لعابها طيف وسيعي از ترکيبات آلي و معدني را در بر ميگيرند. لعاب مربوط به سراميکمعمولا مخلوط شيشه مانندي متشکل از کوارتز ، فلدسپار و اکسيد سرب (PbO) است. اين اجزا را پس از آسياب شدن و نرم کردن به صورت خميري رقيق درميآورند. آنگاه وسيله سراميکي مورد نظر را در اين خمير غوطهور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دماي معين حرارت ميدهند. پس از لعاب دادن روي چيني ، روي آن مطالب مورد نظر را مينويسند و يا طرح مورد نظر را نقاشي ميکنند و دوباره روي آن را لعاب داده و يک بار ديگر حرارت ميدهند. در اين صورت وسيله مورد نظر پرارزشتر و نوشته و طرح روي آن بادوامتر ميشود.

▪ لعابها در انواع زير وجود دارند:

ـ لعاب بيرنگ: اين نوع لعاب که براي پوشش سطح چينيهاي بدلي ظريف بکار ميرود، بي رنگ و شفاف است و از مخلوط کلسيم و سيليس و خاک چيني سفيد تهيه ميشود.

ـ لعاب رنگي: براي رنگ آبي از اکسيد مس (Cu۲O) ، براي رنگ زرد از اکسيد آهن (FeO) و براي رنگ سبز از اکسيد کروم (Cr۲O۳) ، براي رنگ زرد از کرومات سرب و براي رنگ ارغواني از ارغواني کاسيوس استفاده ميشود.

ـ لعاب کدر: اين نوع لعاب که براي پوشش چپنيهاي بدلي معمولي بکار ميرود و از مخاـوط SnO۲ , PbO , SiO۲ , Pb۳O۴ ، نمک و کربنات سديم تهيه ميشود که آن را پس از ذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شير در ميآورند و شئي لعاب دادني را در آن غوطهور ميکنند.

● ظروف لعابي

ظروف لعابي درواقع ، نوعي ظروف آهني هستند که سطح آنها را به منظور جلوگيري از زنگ زدن ، از لعاب ميپوشانند. البته اين نوع ظروف را نبايد زياد گرم يا سرد و يا پرتاب کرد و يا اينکه تحت ضربه قرارداد، زيرا لعاب سطح آنها ترک برداشته و ميريزد.

● انواع چيني

چينيها در واقع از انواع سراميکمحسوب ميشوند و به دو دسته چينيهاي اصل يا سخت و چينيهاي بدلي تقسيم ميشوند.

● چينيهاي اصل:

▪ چيني ظرف: که ميتوان آن را نوعي شيشه کدر دانست، مانند ظرف چيني معروف به سور. از ويژگيهاي اين نوع چيني آن است که لعاب رنگي را به خود ميگيرد.

▪ چيني سيليسي: اين نوع چيني که به چيني ليموژ معروف است، درکشورهاي فرانسه ، ژاپن و چين تهيه ميشود. مواد اوليه آن خاک چيني سفيد ، شن سفيد و فلدسپار است.

▪ چيني آلومينيومدار: اين نوع چيني به نام چيني ساکس و بايو در فرانسه تهيه ميشود و داراي Al۲O۳ , SiO۲ , CaO است.

▪ چينيهاي بدلي: خمير اين نوع چينيها ترکيبي حد واسط از خمير سفال و خمير چينيهاي ظريف است. در نتيجه سختي آنها از چينيهاي اصل کمتر است. از اين رو ، حتما بايد آنها را با لعاب بپوشانند. اين نوع چينيها خود به دو دسته تقسيم ميشوند:

بدل چينيهاي معمولي که خمير آنها رنگي است و از اين رو ، با لعاب کدر پوشانيده ميشود.

بدل چيني ظريف که خمير آنها مانند خمير چيني بيرنگ است اما بر خلاف چيني در مقابل نور شفاف نيست. معمولا سطح اين نوع چينيها را از لعاب بيرنگ ورني مانند و شفاف ميپوشانند تا ظاهري مانند ● طبقهبندي کانيهاي رس

▪ کانيهاي سيليکاتي دو لايهاي

ـ کائولينيت : بررسي پراش اشعه ايکس ، وجود دو لايه را در کائولينيت نشان ميدهد. لايه اول شامل واحدهاي ۲-Si۲O۵ چهار وجهي است و لايه دوم از واحدهاي هشت وجهي ۲-Al۲(OH)۴ تشکيل شده است. از اتصال دو لايه ، يک لايه واحد بوجود ميآيد که تکرار آن ، لايه کائولينيت را ميسازد.

ـ هالويسيت : کاني ديگر ، هالويسيت است که در مقايسه با کائولينيت کاربرد کمتري دارد.

▪ کانيهاي سيليکاتي سه لايهاي

ـ مونت موري لونيت : مونت موري لونيت داراي سه لايه ، دو لايه به صورت چهاروجهيهاي سيليکاتي و لايه وسط به صورت گروههاي هيدروکسي آلومينات است. به علت توانايي گير انداختن سيستمهاي مولکولي مختلف ، اغلب به عنوان کاتاليست مصرف دارند.

ـ ايليت : ساختمان ايليت ، تقريبا شبيه مونت موري لونيت ميباشد و چون هميشه همراه با مخلوط کانيهاي ديگر است فرمول دقيقي نميتوان براي آن در نظر گرفت.

● ترکيبات ثانوي خاک رس و تاثير آن بر سراميکها

ترکيبات ثانوي ، شامل ترکيبات آهن ، ماسه ، کربناتهاي کلسيم و منيزيم ، ميکا و مواد آلي است که مقادير آنها در انواع خاک رس متغير ميباشد. ترکيبات آهن موجود در خاک رس مثل پيريتها و هيدروکسيدهاي آهن و . . . باعث پايين آمدن نقطه ذوب و تغيير رنگ سراميکقبل از پخت به زرد متمايل به قهوهاي و بعد از پخت به صورتي متمايل به قرمز تيره ميشوند. ماسه ، باعث کم شدن حالت پلاستيته و کاهش قدرت چسبندگي ميشود.

کربناتهاي کلسيم و منيزيم به عنوان ناخالصي باعث آسيب ديدگي محصول شده و بعد از پخت ، باعث افزايش خلل و فرج و کاهش قدرت مکانيکي و خواص نسوزي محصول ميشوند. نمکهاي سولفات و کربنات و کلريدهاي فلزات قليايي خاک رس و واناديوم ، قابل حل در خاکهاي رس هستند و موجب پخش مواد در توده خاک رس ميشوند. ترکيبات واناديوم لکههاي زرد متمايل به سبز ، روي محصول ايجاد ميکنند. ترکيبات آلي موجود در خاک رس ، باعث ايجاد رنگ خاکستري ميشوند.

● تاثير آب و هوا بر خاک رس

خاکها در مناطق گرم و شرايط آب و هوايي مرطوب جايي که زهکشي مناسبي ندارد، داراي ميزان بالايي از کانيهاي اوليه حل شده ميباشند که به کانيهاي رسي تبديل شدهاند. خاکهاي موجود در مناطق گرم و مرطوب ، ميزان بالايي از رس حتي در اعماق ۵ تا ۲۰ متري دارند. در حالت زهکشي مناسب ، کانيهاي رسي از درون سيستم خاک خارج ميشوند. بعضي کانيهاي رسي در اثر تجزيه و دگرساني کانيهاي اوليه نظير ميکاها تشکيل ميشوند.

● منشا تشکيل دهنده رسها

رسهاي درجا که در حين تشکيل خاک شکل ميگيرند.

رسهاي تغيير مکان يافته که در اثر فرسايش بيشتر حرکت کرده و مجددا در محل جديد نهشته ميشوند.

رسهاي تبديل شده که از رسهاي به شدت هوازده و فرسايش يافته تجمع کرده و در رسوبات و خاکها رسوب گذاري ميکنند.

رسهاي تشکيل شده جديد که در اثر تبلور مجدد رسهاي موجود در محلولها ، در خاک در حال تشکيل شکل ميگيرند.

● کانيهاي رسي

اين کانيها سيليکاتهاي آلومينيوم آبداري هستند که ساختمان ورقهاي داشته و مانند ميکاها ، از فيلوسيليکاتها ميباشند.

ساختمان کانيهاي رسي

لايهاي از چهار وجهيهاي (تتراهدرالهاي) Si _ O. در اين لايه ، هر چهار وجهي با چهار وجهي مجاورش ، سه اتم اکسيژن به اشتراک گذاشتهاند. واحد پايه است، اما Al ميتواند حداکثر جانشين نصف اتمهاي Si شود.

لايهاي متشکل از Al در موقعيت اکتاهدرال با يونهاي و بطوري که در عمل يونهاي بين دو لايه از يونهاي O/OH قرار ميگيرند. عناصر Mg ، Fe و ساير يونها ، ممکن است جانشين Al شوند.

▪ گيبسيت : لايه Al _ O/OH را لايه گيبسيت ميگويند. چون ساختمان اين کاني کلا از چنين لايههايي تشکيل شده است.

▪ بروسيت : لايه Mg _ O/OH را لايه بروسيت ميگويند. چون ساختمان اين کاني کلا از اين لايهها تشکيل شده است.

● تقسيم بندي ساختماني رسها

▪ گروه کانديت :

ساختمان دو لايه اي دارند يعني لايه تتراهدرال بوسيله يونهاي O/OH به لايه اکتاهدرال متصل است.

در آن جانشيني به جاي Al و Si صورت نميگيرد، لذا فرمول ساختماني آن است.

اعضا اين گروه کائولينت ، هالوئيزيت (کائولينيت آبدار) ، ديکيت ، ناکريت هستند.

فاصله بنيادي (فاصله بين يک لايه سيليس با لايه سيليس بعدي) ۷ آنگستروم است.

▪ گروه اسمکتيت :

ساختمان ۳ لايهاي دارند. بطوري که يک لايه اکتاهدرال مانند ساندويچ بين دو لايه تتراهدرال سيليس قرار دارد.

فاصله بنيادي ۱۴ آنگستروم است و با جذب آب تا ۲۱ آنگستروم ميرسد.

اعضا اين گروه شامل مونتموريلونيت ، ساپونيت ، نانترونيت (وقتي Fe جانشين Al ميشود) و استونزيت (وقتي Mg جانشين Al شود) ميباشند.

▪ اعضاي گروه اسمکتيت :

ـ ورميکوليت : ساختماني مشابه اسکمتيت دارد، ولي در آن تمام موقعيتهاي اکتاهدرال بوسيله و اشغال شده و جانشين شده است.

ـ ايليت : اين کاني نيز ساختماني مشابه اسکمتيت دارد، اما به علت جانشيني به جاي در لايههاي تتراهدرال ، کمبود بار بوجود ميآيد که بوسيله که در موقعيتهاي بين لايهاي قرار ميگيرد، جبران ميشود. يونهاي ، و نيز در آن ديده ميشوند. فاصله بنيادي ۱۰ آنگستروم است.

ـ کلريت : ساختمان سه لايهاي (مثل ايليت و اسکمتيت) دارد، ولي لايههاي بروسيت (Mg _ O/OH) بين آنها قرار دارند. فاصله بنيادي ۱۴ آنگستروم است.

منشا کانيهاي رسي در رسوبات يا سنگهاي رسوبي

ـ رسهاي موروثي يا وراثتي : اين رسها از انواع آواري هستند.

رسهاي تازه تشکيل شده (Neoformation) : اين رسها به صورت برجا و در اثر تهنشيني مستقيم از محلول يا از مواد سيليکاته آمورف و يا حاصل جانشيني هستند.

رسهاي تبديلي (Transformation) : رسهاي موروثي از طريق تبادل يوني يا تغيير منظم کاتيونها ، به رسهاي تبديلي ، تبديل ميشوند.

● فرايندهاي تشکيل دهنده انواع رسها

▪ محيط هوازدگي و تشکيل خاک : اصليترين محيط تشکيل رسها مخصوصا رسهاي موروثي يا وراثتي است.

▪ محيط رسوبگذاري : رسها از آب حوضه يا آبهاي حفرهاي تهنشين ميشوند (مخصوصا رسهاي تازه تشکيل شده).

▪ دياژنز و دگرگوني درجه پايين : در طول اين فرآيند انواعي از رسها (مخصوصا رسهاي تبديلي) حاصل ميگردند.

کانيهاي رسي در طول دياژنز اوليه و دياژنز نهايي و همچنين در طول دگرگوني تغيير يافته و حتي دگرسان ميشود. اصليترين فرايند فيزيکي که رسها را تحت تاثير قرار ميدهد، فشردگي (Compaction) است که باعث خروج آب و کاهش ضخامت آنها تا ۰،۱ ضخامت اوليه ميشود.

● انواع سيليکا

دياکسيد سيليکون ، معمولا به سه صورت سنگ ، گرانول و پودر وجود دارد. دياکسيد سيليکون در حالت سنگ به صورت کوارتز يافت ميشود که در اين حالت خيلي کمياب است. به علت خالص بودن بهترين نوع سيليکا براي مصرف در سراميکها است. نوع گرانول در صنعت سراميکسازي خيلي رايج ميباشد. اين نوع سيليکا را معمولا قبل از مصرف ، دانهبندي کرده ، ميشويند. نوع پودر سيليکا معمولا خالص نبوده و در ساخت سراميکچندان مصرف ندارد.

● نقش فلدسپارها در سراميکسازي

فلدسپارها خاصيت سيالکنندگي دارند و امروزه نيز از اين ترکيبات در صنعت سراميکاستفاده ميکنند. نقش اين ترکيبات در سراميکسازي ، ايجاد فاز شيشهاي در توده اوليه است.

● انواع فلدسپارها در سراميک

۱) فلدسپار پتاسيم KO , Al۲O۳ , ۶SiO۲

۲) فلدسپار سديم Na۲O , Al۲O۳ , ۶SiO۲

۳) فلدسپار کلسيم CaO , Al۲O۳ , ۶SiO۲

از بين اينها فلدسپار پتاسيم از همه مهمتر است، ولي در عمل موادي که به عنوان سيال کننده بکار ميروند، مخلوطي از فلدسپارهاي مختلف هستند.

کلمات کليدي :

----------------------

سرامیک-مواد اولیه سرامیکها-خواص سرامیکها-سرامیکهای ویژه-سرامیکهای مغناطیسی-سرامیکهای شیشه ای-ظروف لعابی-انواع چینی-کانیهای سیلیکاتی دو لایهای-منشا تشکیل دهنده رسها-کانیهای رسی-تقسیم بندی ساختمانی رسها-گروه کاندیت-گروه اسمکتیت-فرایندهای تشکیل دهنده انواع رسها-انواع سیلیکا-انواع فلدسپارها در سرامیک-

سراميک

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:57 شماره پست: 10

سراميک

از زماني که انسان غارنشيني را به قصد يافتن مکان زيست بهتر ، پشت سر گذاشت، با مصالح ساختماني سر و کار پيدا کرده بود. بديهي است که اين مواد از نوع موجود در طبيعت بود، مانند پوست براي بنا کردن خيمه و يا گل و سنگ براي تهيه مسکن دائمي . بعدها بشر آموخت که از قطعات چوب و تخته و ميخ و پيچ براي استحکام بنا استفاده کند و موادي مانند آهک ، ساروج و سيمان را براي اتصال محکم تر قطعات سنگ و يا چوب به يکديگر بکار بگيرد، ولي خاک رس مهمترين ماده اوليه تهيه بسياري از مصالح ساختماني است. خاک رس به صورت ناخالص در تهيه کوزه ، گلدان هاي گلي ، ظروف سفالي ، اشيا و لوله هاي سفالي ، سراميک، سيمان و به صورت خالص ، در تهيه ظروف چيني و ... مصرف مي شود.

________________________________________

● تعريف

▪ از نظر واژه: سراميکبه کليه جامدات غير آلي و غير فلزي گفته مي شود.

▪ از نظر ساختار شيميايي:کليه موادي که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دماي بالا بدست مي آيند و توسط توده شيشه مانندي انسجام يافته و بسيار سخت و غير قابل حل در حلال ها و تقريبا گداز ناپذير مي باشند، سراميکناميده مي شوند.

● نقش اجزاي سه گانه در سراميک

▪ خاک رس:موجب نرمي و انعطاف و تشکيل ذرات بلوري سراميکمي شود.

▪ ماسه:قابليت چين خوردن ، پس از خشک و گرم شدن و تشکيل ذرات بلوري سراميکرا کاهش مي دهد.

▪ فلدسپار:در کاهش دادن دماي پخت و تشکيل توده شيشه اي و چسباننده ذرات بلوري سراميکموثر است.

● خواص سراميکها

خواص سراميکها بسته به نوع و درجه خلوص هر يک از اجزاي اصلي ، مواد افزودني ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهنده هاي موجود در محيط ، تغيير مي کند. در قرن حاضر صنعت سراميکسازي توسعه و تنوع شگرفي يافته و اهميت و کاربردهاي آن نيز وسعت پيدا کرده است.

● سراميکهاي ويژه

▪ مقره هاي برق

که عايقهاي خوبي براي گرما و برق هستند و در آنها از Al۲O۳ ، Zr۲O۳ استفاده مي شود.

▪ سراميکهاي مغناطيسي

در در اين نوع سراميکاز اکسيدهاي آهن استفاده مي شود. مهمترين کاربرد آنها در تهيه عنصرهاي حافظه در کامپيوتر است.

▪ سراميکهاي شيشه اي

وقتي شيشه معمولي پس از تهيه در دماي بالايي قرار گيرد، تعداد قابل توجهي از ذرات بلور در آن تشکيل مي شود و خاصيت شکنندگي آن کم مي گردد و بر خلاف شيشه هاي معمولي ديگر ، ايجاد يا پيدايش شکاف کوچک در آنها ساري نمي باشد، يعني اين شکافها خود به خود پيشرفت نمي کنند. از اين نوع سراميکها براي تهيه ظروف آشپزخانه يا ظروفي که براي حرارت دادن لازم باشند، استفاده مي شود که آن را اصطلاحا پيروسرام مي نامند.

● لعابها و انواع آنها

لعابها طيف وسيعي از ترکيبات آلي و معدني را در بر مي گيرند. لعاب مربوط به سراميکمعمولا مخلوط شيشه مانندي متشکل از کوارتز ، فلدسپار و اکسيد سرب (PbO) است. اين اجزا را پس از آسياب شدن و نرم کردن به صورت خميري رقيق درمي آورند. آنگاه وسيله سراميکي مورد نظر را در اين خمير غوطه ور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دماي معين حرارت مي دهند. پس از لعاب دادن روي چيني ، روي آن مطالب مورد نظر را مي نويسند و يا طرح مورد نظر را نقاشي مي کنند و دوباره روي آن را لعاب داده و يک بار ديگر حرارت مي دهند. در اين صورت وسيله مورد نظر پرارزش تر و نوشته و طرح روي آن بادوام تر مي شود.

● لعابها در انواع زير وجود دارند:

▪ لعاب بي رنگ: اين نوع لعاب که براي پوشش سطح چيني هاي بدلي ظريف بکار مي رود، بي رنگ و شفاف است و از مخلوط کلسيم و سيليس و خاک چيني سفيد تهيه مي شود.

▪ لعاب رنگي: براي رنگ آبي از اکسيد مس (Cu۲O) ، براي رنگ زرد از اکسيد آهن (FeO) و براي رنگ سبز از اکسيد کروم (Cr۲O۳) ، براي رنگ زرد از کرومات سرب و براي رنگ ارغواني از ارغواني کاسيوس استفاده مي شود.

▪ لعاب کدر: اين نوع لعاب که براي پوشش چپني هاي بدلي معمولي بکار مي رود و از مخاـوط SnO۲ , PbO , SiO۲ , Pb۳O۴ ، نمک و کربنات سديم تهيه مي شود که آن را پس از ذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شير در مي آورند و شئي لعاب دادني را در آن غوطه ور مي کنند.

● ظروف لعابي

ظروف لعابي درواقع ، نوعي ظروف آهني هستند که سطح آنها را به منظور جلوگيري از زنگ زدن ، از لعاب مي پوشانند. البته اين نوع ظروف را نبايد زياد گرم يا سرد و يا پرتاب کرد و يا اينکه تحت ضربه قرارداد، زيرا لعاب سطح آنها ترک برداشته و مي ريزد.

● انواع چيني

چيني ها در واقع از انواع سراميکمحسوب مي شوند و به دو دسته چيني هاي اصل يا سخت و چيني هاي بدلي تقسيم مي شوند.

▪ چيني هاي اصل

▪ چيني ظرف: که مي توان آن را نوعي شيشه کدر دانست، مانند ظرف چيني معروف به سور. از ويژگيهاي اين نوع چيني آن است که لعاب رنگي را به خود مي گيرد.

▪ چيني سيليسي:اين نوع چيني که به چيني ليموژ معروف است، درکشورهاي فرانسه ، ژاپن و چين تهيه مي شود. مواد اوليه آن خاک چيني سفيد ، شن سفيد و فلدسپار است.

▪ چيني آلومينيوم دار:اين نوع چيني به نام چيني ساکس و بايو در فرانسه تهيه مي شود و داراي Al۲O۳ , SiO۲ , CaO است.

▪ چيني هاي بدلي:خمير اين نوع چيني ها ترکيبي حد واسط از خمير سفال و خمير چيني هاي ظريف است. در نتيجه سختي آنها از چيني هاي اصل کمتر است. از اين رو ، حتما بايد آنها را با لعاب بپوشانند. اين نوع چيني ها خود به دو دسته تقسيم مي شوند:

▪ بدل چيني هاي معمولي که خمير آنها رنگي است و از اين رو ، با لعاب کدر پوشانيده مي شود.

▪ بدل چيني ظريف که خمير آنها مانند خمير چيني بي رنگ است اما بر خلاف چيني در مقابل نور شفاف نيست. معمولا سطح اين نوع چيني ها را از لعاب بي رنگ ورني مانند و شفاف مي پوشانند تا ظاهري مانند چيني اصل پيدا کنند.

کاشي و سراميک

نوشته شده در یکشنبه شانزدهم بهمن 1390 ساعت 16:59 شماره پست: 11

کاشي و سراميک از محصولات عمده خاک رس و سفال مي باشند کاشي هاي سراميکي سطوح مکان هاي بهداشتي در داخل منازل و همچنين بيمارستانها را به صورت فراگير در بر مي گيرند امروزه به علت تنوع طرح و اندازه از آنها در ساير فضاهاي عمومي و خصوصي استفاده مي کنند و به علت تنوع در مقاوت لعاب در محيط هاي شيميايي مختلف و فضاهايي مانند کارخانجات داراي محيط شيميايي و يا آزمايشگاه ها، کاشي تنها مصالح مورد مصرف مي باشد.