آشنایی
به تمامی مصنوعاتی که از کانیهای غیرفلزی ساخته می‌شوند،
سرامیک (Ceramic) اطلاق می‌گردد. فرآورده‌های سرامیکی بسیار متنوعند و مصارف گوناگون دارند. انواع سرامیکها عبارتند از سرامیکهای بهداشتی ، سرامیکهای الکتریکی ، سرامیکهای ساختمانی ، شیشه‌ها ، انوع چینی ، مواد ساینده ، انواع لعاب ، انواع دیرگدازها ، تک بلورها و سرامیکهای پیشرفته. سرامیکها را بر اساس نوع بدنه آنها که ممکن است متراکم یا متخلخل باشد نیز تقسیم بندی می‌کنند.
مواد اولیه بدنه سرامیکها
مهمترین مواد اولیه بدنه سرامیکها خاک رسی ، آلکانی فلدسپات و سیلیس است. در سرامیکهای ویژه مانند سرامیکهای الکتریکی از تالک ، ترکیبات سدیم ، تیتانیوم و عناصر فلزی استفاده می‌شود.
- آلکالی فلدسپات : در طبیعت به دو صورت فلدسپات پتاسیک و سدیک وجود دارد. فلدسپات سدیک خالص در دمای 1118 درجه سانتیگراد بطور کامل ذوب می‌شود. فلدسپات پتاسیک در دمای 1150 درجه شروع به ذوب شدن فلدسپات پتاسیک غیر متجانس است، زیرا هنگام ذوب شدن مایع SiO2 آزاد می‌شود و جامد لوسیت باقی می‌ماند. ذوب کامل فلدسپات پتاسیم در دمای 1580 درجه صورت می‌گیرد. فلدسپات پتاسیک بیشتر در بدنه سرامیک بکار می‌رود، در صورتی که فلدسپات سدیک در شیشه و لعاب به مقدار کم در بدنه استفاده می‌شود. آلکانی فلدسپات در بدنه دو نقش مهم ایفا می‌کند، کاهش دمای ذوب و ایجاد سختی.
- سیلیس : نقش سیلیس در بدنه ، ایجاد فاز شیشه و افزایش مقاومت است.
- خاک رس : بیشترین بخش سرامیک را تشکیل می‌دهد. کانیهای رسی به گروه کائولینیت ، اسمکتیت و ریکوتیت تقسیم می‌شوند که بیشترین مصرف را کائولن دارد. گلهایی که در سرامیک سازی بکار می‌روند. عبارتند از گل چینی ، گل سفالگری و گل توپی (گل بال).
- گل چینی از کائولین ، آلکالی فلدسپات و سیلیس تشکیل شده است. گل چینی سفید ، حاوی 50 درصد کائولین ، 30 درصد فلدسپات ، 20 درصد سیلیس است. چنانچه شکل پذیری گل کم باشد به جای 50 درصد کائولین از 40 درصد همراه با 10 درصد گل توپی می‌توان استفاده کرد. گل توپی ، بیشتر از مونتموریونیت و کائولین دانه ریز و مواد آلی تشکیل شده است و خاصیت چسبندگی آن بسیار خوب است. گل سفالگری بیشتر از خاک رس تشکیل شده و بیشترین مصرف آن در تهیه آجر است.
انواع موادی که برای بهبود کیفیت به خاک افزوده می‌شوند.
- اگر گل دارای خاصیت نسوز باشد یعنی در دمای پایین ، ذوب و سخت شود باید مواد کمک ذوب همچون تالک ، آهن ، یا فریت بر آن افزود.
- اگر گل در دمای پایین ذوب می‌شود و حالت شکنندگی دارد باید مواد دیرگداز نظیر کائولن ، گل بال، خاک نسوز یا سیلیس اضلفه کرد.
- اگر گل دارای چسبندگی زیاد باشد و هنگام خشک شدن با کاهش حجم زیاد همراه گردد باید سیلیس یا کائولین بر آن افزود.
- چنانچه گل ترد باشد و چسبندگی کم داشته باشد باید گل بال یا بنتونیت به آن اضافه کرد.
- اگر گل نیار به تغییر رنگ داشته باشد می‌توان مواد رنگی بر آن افزود.
سرامیکها پیشرفته
سرامیکهای پیشرفته از یک یا چند عنصر غیر فلزی و فلزی ساخته شده‌اند. خوصیات مهم این سرامیکها عبارت است از سختی زیاد ، استحکام ، مقاومت در برابر شوکهای حرارتی ، مقاومت زیاد در حرارت بالا و خواص ویژه الکتریکی. موارد کاربرد این سرامیکها در ساخت قطعات موتورهای ماشین و جت، الکترومغناطیس و مغناطیس ، بیوسرامیکها ، قطعات باطری ، دیرگدازه‌ها ، صنعت تصفیه نفت ، قطعات نوری ، ابزار برش و مته‌های حفاری ، ساینده‌ها ، سلولهای خورشیدی و سایر مواد می‌باشد.
نقش مواد در سرامیکها پیشرفته
- زیرکونیوم : افزایش مقاومت مکانیکی و افزایش ضریب انبساط حرارتی. این نوع سرامیکهای پیشرفته در ابزارهای برش ، دیسکهای برش ، پرس داغ و پوشش بلبرینگ کاربرد دارند.
- کاربیدها : برای سختی زیاد بکار می‌رود. سرامیکهای حاصله در مواد ساینده ، مته‌های حفاری ، پوشش نیروگاههای هسته‌ای ، قطعات توربینهای گازی و صیقل دادن فلزات سخت کاربرد دارد.
- نیتریدها : این مواد سخت ، شکننده و عایق بسیار خوب الکتریکی حتی در دمای بالا باشند. این نوع سرامیکهای حاصله در اگزوز جتها ، بوته‌های ذوب فلزات و پوشش آنتن رادار هواپیما کاربرد دارد.
- بور : این ماده کارایی بسیار خوبی در دمای بالا دارد.
- آلومینیوم : این ماده باعث افزایش مقاومت الکتریکی ثابت بودن حجم و ابعاد در دمای خیلی زیاد ، کاهش ضریب هدایت گرما با افزایش دما ، سختی بالا و مقاومت بالای فشاری می‌شود. کاربرد این نوع سرامیکها در ابزار برش ، قطعات ماشینهای نساجی و بوته‌های ذوب فلزات می‌باشد.
- بریلیوم : این ماده هدایت بسیار خوب حرارتی ، کاهش ضریب هدایت الکتریکی ، خواص دی الکتریک بسیار خوبی دارد.
خواص مهم سرامیکها
- خواص مکانیکی : مقاومت مکانیکی سرامیک به ترکیب مواد ، اندازه ذات مواد اولیه ، دانه بندی ، شکل ذرات ، شرایط شکل دهی ، چگونگی خشک کردن و همچنین شرایط پخت بستگی دارد. مواد دانه ریز موجب کاهش تخلخل و بالا رفتن مقاومت سرامیک می‌گردند سیلیس و بال گلی باعث افزایش مقاومت مکانیکی می‌شوند.
- خواص شیمیایی : آب ، اسیدها و محلولهای قلیایی با مواد سرامیکی واکنش انجام می‌دهند و تغییراتی در آنها وجود می‌آورند در سرامیکها ویژه از مواد مقاوم در برابر اسیدها و قلیاییها استفاده می‌شود.
- خواص نسوزی : سرامیکهایی که برای دماهای بالا بکار می‌روند، از مواد دیرگداز تهیه می‌گردند.
- خواص الکتریکی : از سرامیکها به عنوان نارسانای الکتریکی نیز استفاده می‌کنند.
مباحث مرتبط با عنوان
