نویسنده:فاطمه حاجی محمدی
سرامیک مدرن چیست:
سرامیک های مهندسی ، مدرن و یا نوین ،مینرال‌های طبیعی خالص شده با ترکیب و ساختار کاملاً کنترل شده هستند که برای رفع نیازهای کاربردی که از عهده سرامیکهای سنتی خارج است، طراحی شده اند.
خواص ویژه و مطلوب این مواد باعث شده است که کاربرد های گسترده ای در زمینه های مختلف از قبیل صنایع الکترونیک, اپتیک وغیره داشته باشد.
خواص سرامیک های مدرن:
۱- اتصال شیمیائی بسیار قوی که معمولا از نوع کئووالنت و یا کئووالانت – یونی هستند
۲- مقاومت مکانیک زیاد (سوپر مکانیک)
۳- مقاومت شیمیائی برتر (در اتمسفر اکسیدان و خورنده)
۴- خواص الکتریکی و الکترونیکی منحصر به خود
۵- خواص اپتکی منحصر به خود
۶-مقاومت حرارتی زیاد
۷- عمدتا سخت و مقاومت سایشی بالا دارند
۸- دانسیته کم
۹- خواص مغناطیسی برتر
۱۰- سازگاری با اصول حفظ محیط زیست کاربردهای سرامیک های مدرن
انواع سرامیک های مدرن(مهندسی) :
سرامیک های مهندسی به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:
- سرامیک های اکسیدی (Pure oxide ceramics)
- سرامیک های غیر اکسیدی (Non-oxidized ceramics)
سرامیک های اکسیدی:
سرامیک های اکسیدی، تک فاز یا چندفاز، معمولا به عنوان سرامیک هایی که متشکل از اکسیدهای ساده هستند، شناخته می شوند. این سرامیک ها برای کاربردهای سازه ای یا عمل کردی، طراحی و ساخته می شوند.
معروف ترین سرامیک های مهندسی اکسیدی عبارتند از: آلومینا (Al2O3)، زیرکونیا (ZrO2)، تیتانیا (TiO2) و مگنزیا (MgO).
مواد اولیه با خلوص بالا (پودرها) با استفاده از تکنیک های فرآوری مواد معدنی برای تولید یک کنسانتره تهیه می شوند، و پس از آن تحت عملیات هایی به منظور حذف ناخالصی های ناخواسته و افزودن ترکیبات دیگر برای ایجاد ترکیب ابتدایی مطلوب قرار می گیرند.
این مهم ترین مرحله در تهیه سرامیک های اکسید با کارایی بالا است. از آنجا که این سیستم ها به طور کلی دارای خلوص بالا هستند، ناخالصی های جزئی می توانند اثرگذاری زیادی داشته باشند، برای مثال ، مقادیر کمی از MgO می تواند اثر ویژه ای بر عمل کرد زینترآلومینا داشته باشد.
روش های مختلف عملیات حرارتی برای ایجاد ساختارهای کریستالی کنترل شده، استفاده می شود. این پودرها به طور کلی با اندازه کریستال بسیار ریز برای کمک به انجام واکنش سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرند. پلاستیک سازها و چسب ها با این پودرها مخلوط می شوند تا از روش های شکل گیری (فشار دادن ، اکستروژن ، ریخته گری و …) برای تولید مواد اولیه استفاده کنند. مواد اولیه به شکل خام یا پیش ماده مورد نیاز شکل می گیرد و در اثر حرارت زیاد در هوا یا اتمسفر کمی احیا می شود تا برای تولید یک محصول متراکم زینتر شود.
سرامیک های غیر اکسیدی:
تولید سرامیک های غیراکسیدی معمولاً یک فرآیند سه مرحله ای است:
۱- تهیه پیش سازها یا پودرهای خام اولیه
۲- اختلاط این پیش سازها برای ایجاد ترکیبات مورد نظر
۳- زینتر نهایی
تشکیل مواد اولیه و پخت برای این گروه نیاز به شرایط کنترل شده در کوره دارد تا از عدم وجود اکسیژن در حین گرم شدن اطمینان حاصل شود ، زیرا این مواد به راحتی در حین حرارت دهی اکسید می شوند. این گروه از مواد به طور کلی برایزینتر و پخت نیاز به دمای بسیار بالایی دارند. مشابه سرامیکهای اکسیدی، برای دستیابی به خصوصیات نهایی مورد نظر ، خلوص و خصوصیات کریستالی با دقت کنترل شده مورد نیاز هستند.
این نوع سرامیک ها با توجه به ترکیب طبقه بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آن‌ها شامل نیتریدها، کاربیدها و بورایدها هستند.
– طبق گفته دیوید دبلیو ریچرسون می توانیم سرامیک های مهندسی را طبق گروه های زیر نیز تقسیم بندی کنیم:
۱- سرامیکهای اکسیدی نظیر Al2O3، ZrO2، ThO2، BeO و MgAl2O4
۲- سرامیکهای مغناطیسی نظیر PbFe12O19، ZnFe2O4 و Y6Fe10O24
۳- سرامیکهای فروالکتریک نظیر BaTiO3
۴- سوخت‌های هسته‌ای مانند UN و UO2
۵- نیتریدها، کاربیدها و بورایدها نظیر Si3N4، SiC , B4C و TiB2
می‌باشد.
سرامیک های مهندسی (مدرن) بر اساس کاربرد به انواع زیر دسته بندی می شوند :
- مغناطیسی
- نوری
- الکتریکی
- حرارتی
- مکانیکی
- شیمیایی
- بیوزیست
- هسته ای
- …
کاربرد سرامیک های مدرن:
– کاربردهای شیمیائی
در مورتورهای احتراق (کاتالیست کانورتور), دریچه های سرامیکی و آستری لوله ها، تولید کاتالیست های مورد مصرف در صایع نفت پتروشیمی
– صنایع آب و فاضلاب
سیستم های مدرن تصیفه فاضل آب با کیفیت بسیار بالا برای تبدیل فاضلاب به آب آشامیدنی و تولید شیر آلات بهداشتی.
– کاربردهای اتمی
سرامیک مورد مصرف در نیروگاه های هسته ای , سوخت ها , مصالح کنترل کننده (جذب ضایعات اتمی), سرامیک های مورد مصرف در دیوار و پوشش نیروگاه های هسته ای
– کاربردهای بیولوژیکی (طبی)
سرامیک های دهان و دندان, دریچه های مصنوعی قلب, پرستازهای زانو از جمله کاربرد این مواد است
– کاربردهای نظامی
سپرهای ضد گلوله, سپرهای هیلکوپتر, سپرهای خودروهای نظامی, ورق های مورد استفاده در لوله توپ، سپرهای حرارتی موشک ها
– کاربرد مکانیکی
ابزار برش و تراش, واشرجات, تاتاقان ها, شیپوره سند پلاست, فنرهای مار پیچ و غیره
– کاربرد متالوژی (فلزی)
ابزار آلات شکل دهی و نورد فلزات, رولرهای سرامیکی برای ضخامت نازک فلزی, قطعات سرامیکی برای کشش سیم و مفتول
– کاربرد در صنعت خودروسازی
اطاقک های مخصوص پیش احتراق, شمع اتومبیل, گردنده توربوشارژ, سوپاپ, مانیفولداگزوز/گژن پین (پین پیستون)
– کاربردهای حرارتی
مبدل های حرارتی با درجه حرارت بالا, رکوپراتورکوره های فولاد و ذوب, سیستم انرژی خورشیدی, توربین های گازی, مبدل های حرارتی, لوله های نسوز سرامیکی و سایر لوازم.
– کاربرد روزمره
قیچی های سرامیکی, چاقو, دربازکن, خودکار, موچین و محفظه ساعت مچی, کفش های میخی گلف و بیسبال, سوهان ناخن, وسائل زینتی, پیچ های سرامیکی و غیره.
فلیترها و کاتالیست های سرامیکی که بخشی از سرامیک های مدرن را پوشش می دهد اغلب با توجه به کاربرد آن دارای ترکیبات مختلف با ساختار اتمی و مولکولی، شکل و ابعاد ظاهری منتوع و اغلب بصورت قطعات پیچیده با تکنولوژی بالا تولید می شود.
یکی از کاربردهای گسترده که امروزه اهمیت بسیار زیادی را در جلوگیری از آلودگی محیط زیست مطرح می نماید. کاتالیست های سرامیکی در حال حاضر موارد مصرف عمده ای در صنایع خودروسازی، آب فاضلاب و هوادارد اما چرا سرامیک و مواد.
در این مقاله سعی می شود به پاره ای از موارد مصرف سرامیک های مدرن در ساخت کاتالیست ها مخصوصا در صنایع خودروسازی و صنایع ذوب فولاد و تولید انرژی برق، پتروشیمی و پالایش نفت که در حال حاضر در کشور از اهمیت زیادی برخوردار هستند اشاره شود.
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.