باز کردن منو اصلی

مهندسی سرامیکویرایش

مهندسی سرامیک (انگلیسی: Ceramic engineering) به‌طور کلی دانش تولید و به کاربردن اشیاء جامدی است که اجزاء تشکیل‌دهنده اصلی و عمده آن‌ها مواد غیرآلی و غیرفلزی است.به عبارت دیگر مهندسی سرامیک علاوه بر سفالینه‌ها شامل انواع چینی‌ها، دیرگدازها، فراورده‌های رسی ساختمانی، موادساینده، لعاب‌های چینی، سیمان، شیشه، مواد مغناطیس غیرفلزی، فروالکتریک‌ها، تک بلورهای مصنوعی و محصولات پیچیده‌تر دیگر نیز می‌شود. این مواد به دو روش ایجاد می شوند:بااعمال گرما ویا با استفاده از واکنش های بارش محلول های شیمیایی باخلوص بالا در دماهای پایین تر.این فرایند شامل تصفیه مواد اولیه،مطالعه وتولید ترکیبات شیمیایی مورد نظر تشکیل آن ها به اجزا‌ء و بررسی ساختار،ترکیب و خواص آن ها می باشد.مواد سرامیکی ممکن است دارای ساختار بلوری یا تا حدی کریستالی ، با نظم دوربرد در مقیاس اتمی باشند.سرامیک های شیشه ای ممکن است دارای ساختار آمورف یا شیشه ای باشند ، با نظم اتمی محدود یا کوتاه.آنها یا از یک توده مذاب تشکیل شده اند که باعث خنک شدن می شوند،یا با از دست دادن گرما تشکیل و بلوغ می شوند و یا در دماهای پایین می تواند به وسیله سنتز هیدروترمال یا سنتز شیمیایی صورت بگیرد. مشخصه اصلی سرامیک‌ها، مقاومت خیلی زیاد آن‌ها در برابر تأثیر مواد شیمیایی و دماهای بالا است، یعنی بیشتر فراورده‌های سرامیکی مانند اجزای متشکله خود، در برابر آب، اسیدها، گازها، نمک‌ها و دماهای بالا مقاومت خوبی دارند و به همین سبب در ساخت قطعات مقاوم نسبت به خوردگی یا در روش‌های حفاظت از خوردگی از آن‌ها استفاده زیادی می‌شود.یکی دیگر از ویژگی‌های مواد سرامیکی ارزانی و فراوانی نسبی این مواد است.امروزه مهندسان سرامیک با کنترل نوع و نسبت ترکیب مواد اولیه، فراورده‌های گوناگونی مانند آجر و کاشی، آجر نسوز، ظروف چینی و سفالی، لعاب‌ها (به عنوان روکش فلزات و سرامیک‌های دیگر)، آلومین و تیتانات باریوم (در الکترونیک)، دی اکسید اورانیوم (به عنوان سوخت هسته‌ای) لعل یا نارسنگ (در لیزر)، شیشه و سیمان طراحی و تولید می‌کنند.[۱]

صنعت مدرنویرایش

اکنون یک صنعت چند میلیارد دلاری در سال ، مهندسی و تحقیقات سرامیک ، خود را به عنوان یک حوزه مهم علمی تثبیت کرده است. با توسعه محققان انواع جدیدی از سرامیک ها برای ارائه اهداف مختلف ، برنامه ها همچنان گسترش می یابند. [۱][۲]

  • سرامیک دی اکسید زیرکونیوم در ساخت چاقوها استفاده می شود. تیغه چاقو سرامیکی مدت زمان بیشتری از چاقوی استیل تیز خواهد ماند ، در حالی که شکننده تر است .
  • سرامیک هایی مانند آلومینا ، کاربید بور و کاربید سیلیکون در جلیقه های ضد گلوله برای دفع آتش تفنگ سلاح های کوچک استفاده می شوند. چنین صفحات معمولاً به عنوان صفحات تروما شناخته می شوند و به دلیل وزن کم مواد نسبت به مواد مشابه برای محافظت از کابین های هواپیماهای نظامی نیز استفاده می شوند
  • در اوایل دهه 1980 ، تویوتا موتور سرامیکی آدیاباتیکی را بررسی کرد که می توانست در دمای بیش از 6000 درجه فارنهایت (3300 درجه سانتیگراد) کار کند. موتورهای سرامیکی نیازی به سیستم خنک کننده ندارند و در نتیجه امکان کاهش عمده وزن و راندمان بیشتر سوخت را فراهم می کنند. بازده سوخت موتور نیز در درجه حرارت بالا بالاتر است ، همانطور که در قضیه کاروت نشان داده شده است. در یک موتور فلزی معمولی ، برای جلوگیری از ذوب شدن قطعات فلزی ، بیشتر انرژی آزاد شده از سوخت باید به عنوان گرما مازاد حدر برود. با وجود همه این خصوصیات مطلوب ، چنین موتورهایی در تولید نیستند زیرا ساخت قطعات سرامیکی در دقت و دوام مورد نیاز دشوار است.

نقص در سرامیک به ترک منجر می شود ، که می تواند به خرابی تجهیزات خطرناک بالقوه منجر شود. چنین موتورهایی در تنظیمات آزمایشگاهی امکان پذیر هستند ، اما تولید انبوه با فناوری فعلی امکان پذیر نیست.

  • از سرامیکی ها برای ساخت قطعات توربین گازی [[[موتور گرما | موتورها]] استفاده می شود. در حال حاضر ، حتی تیغه های ساخته شده از الیاژهای فلزی پیشرفته که در بخش داغ موتورها استفاده می شوند ، نیاز به خنک کننده و محدود کردن دقیق دمای کار دارند اما موتورهای توربینی که از سرامیک ساخته می شوند کارآیی بیشتری دارند و برد بالاتری را به ازاء مقدار مشخصی از سوخت به هواپیما می دهند.
 
Collagen fibers of woven bone

سرامیک شیشه ایویرایش

مواد سرامیک شیشه ای خواص مشترک زیادی با شیشه و سرامیک دارد. سرامیک های شیشه ای دارای یک فاز آمورف و یک یا چند مرحله کریستالی هستند و به روش "تبلور کنترل شده" تولید می شوند ، که به طور معمول از استفاده آن ها در ساخت شیشه اجتناب می شود. در پردازش سرامیک شیشه ای، شیشه مذاب به تدریج قبل از گرم کردن و بازپخت کردن سرد می شود. در این عملیات حرارتی شیشه تا حدودی متبلور می شود. در بسیاری موارد ، به اصطلاح "عوامل هسته سازی" به منظور تنظیم و کنترل فرایند تبلور اضافه می شوند. از آنجا که معمولاً هیچ فشار و پختکاری وجود ندارد ، معمولاً سرامیک های شیشه ای شامل کسری حجم ناشی از تخلخل در سرامیک های سینتر نیستند. این اصطلاح عمدتا به ترکیبی از لیتیوم و آلومینوسیلیکات اطلاق می شود که مجموعه ای از مواد با خصوصیات ترمومکانیکی جالبی را به وجود می اورند.از نظر تجاری مهمترین این ، تمایز غیرقابل نفوذ بودن در برابر شوک حرارتی است. بنابراین ، سرامیک های شیشه ای برای پخت و پز میزبان بسیار مفید شده اند. ضریب انبساط حرارتی منفی (TEC) از فاز سرامیکی کریستالی می تواند با TEC مثبت فاز شیشه ای متعادل شود. در یک نقطه معینی (70% ~ کریستالی)سرامیک شیشه ای دارای یک TEC خالص نزدیک به صفر است.این نوع سرامیک شیشه ای دارای خواص مکانیکی عالی است و می تواند تغییرات مکرر و سریع دما را تا 1000 °C حفظ کند.

فرایندویرایش

فرایند سرامیک سنتی به طور کلی از این دنباله پیروی می کند: فرز ← بچینگ ← مخلوط کردن ← تشکیل ← خشک کردن ← آتش سوزی ← مجمع.

  • 'فرز' 'فرآیندی است که با استفاده از آن مواد از یک اندازه بزرگ به اندازه کوچکتر کاهش می یابد. فرز ممکن است شامل شکسته شدن مواد سیمانی (در این حالت ذرات جداگانه شکل خود را حفظ کنند) یا پودر شدن (که شامل خرد کردن ذرات خود به اندازه کوچکتر است). تراشکاری به طور کلی با روشهای مکانیکی انجام می شود ، از جمله جذابیت (که برخورد ذره به ذره است که منجر به تجزیه آگلومرات یا برش ذرات می شود) ، "فشرده سازی" (که نیرویی را در پی دارد که منجر به شکستگی می شوند) ، و "تأثیر" (که از یک دستگاه فرز یا ذرات خود برای ایجاد شکستگی استفاده می کند). تجهیزات آسیاب جذب شامل اسکرابر مرطوب (که به آن آسیاب سیاره ای یا آسیاب جاذبه مرطوب نیز گفته می شود) است ، که دارای دستمالهایی در ایجاد گردابهایی است که در آن ماده برخورد می کند و می شکند. آسیاب های فشرده سازی شامل فک سنگ شکن ، سنگ شکن غلتکی و سنگ شکن مخروطی هستند. آسیاب های ضربه ای شامل آسیاب توپ هستند که دارای رسانه هایی هستند که مواد را شکست داده و شکست می دهند. ضربه گیرهای شافت باعث ظهور ذرات و تراکم ذرات می شوند.

کارخانهویرایش

کارخانه‌هایی که در آن‌ها به مهندس های سرامیک نیاز است:

  • کارخانجات شیشه جام و بلور و به‌طور کلی تولیدات شیشه‌ای
  • کارخانجات تولید ظروف کریستال
  • کارخانجات تولیدکننده کاشی و سرامیک ساختمانی
  • کارخانجات تولیدکننده مظروفات چینی و آرکوپال، چینی پهداشتی
  • کارخانه تولید سیمان و آهک
  • کارخانه تولید مواد نسوز، دیرگدازها و عایق‌های حرارتی
  • کارخانه تولید آجر

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Kingery, W.D., Bowen, H.K., and Uhlmann, D.R., Introduction to Ceramics, p. 690 (Wiley-Interscience, 2nd Edition, 2006)
  2. Richerson, D.W., Modern Ceramic Engineering, 2nd Ed., (Marcel Dekker Inc., 1992) شابک ‎۰-۸۲۴۷-۸۶۳۴-۳.

مترجم..سعید میرحسینی