سرامیک‌ها نوعی مواد غیر آلی و غیرفلزی هستند که خواص مفیدی مانند مقاومت و سختی بالا، دمای ذوب زیاد، بی‌اثر بودن در برابر مواد شیمیایی و هدایت حرارتی و الکتریکی پایینی دارند. محصولات سرامیکی سنتی از مواد معدنی متداول و طبیعی مانند خاک رس و ماسه ساخته می‌شوند. سرامیک‌های پیشرفته و مدرن اغلب تحت شرایط دقیق آزمایشگاهی تولید می‌گردند.
از ترکیب مواد مختلفی و با استفاده از انواع تکنیک‌های فرآوری، محصولات سرامیکی مختلفی از کاشی کف تا گلوله‌های سوخت هسته‌ای ساخته می‌شود. با وجود این، همۀ این محصولات متنوع خاصیت خود را مدیون مجموعه‌ای از ویژگی‌های سرامیک هستند که حاصل پیوندهای شیمیایی و ساختارهای اتمی آن‌هاست.
انواع قطعات سرامیکی
قطعات سرامیکی صنعتی را می‌توان به چهار دستۀ اصلی تقسیم کرد:
- سرامیک‌های ساختاری (آجر و انواع کاشی و سرامیک)
- مواد نسوز (روکش کوره‌های سرامیکی و سایر کاربردهای با حرارت بالا)
- مواد سفید (ظروف مخصوص غذاخوری و سفال‌های تزئینی)
- سرامیک‌های فنی که سرامیک‌های مهندسی یا سرامیک‌های پیشرفته نیز نامیده می‌شوند.
سرامیک‌های پیشرفته با کارایی بالا، به‌طور خاص در برنامه‌های هسته‌ای، هوافضا، پزشکی، دفاعی، نظامی و خودرویی مورد استفاده قرار می‌گیرند. سرامیک‌های صنعتی با عایق‌بندی خاص، در برابر حرارت، سایش و خوردگی مقاوم هستند. کاربردهای زیست‌پزشکی سرامیکی شامل جایگزینی استخوان و دندان، اندام مصنوعی و حسگرهای قند خون است. علاوه بر این، قطعات سرامیکی و آهن‌رباهای سرامیکی به موتورهای الکتریکی کمک می‌کند تا در برابر حرارت موتور مقاومت کنند.
این محصولات را می‌توان در دو گروه «سرامیک‌های الکتریکی و پوشش‌های سرامیکی» دسته‌بندی کرد. سرامیک‌های الکتریکی شامل مقره‌های سرامیکی، آهن‌رباها، خازن‌ها و ابررساناها هستند. از پوشش‌های سرامیکی نیز برای کاهش خوردگی شیمیایی و دمای سطح اجزای موتور و قطعات سایشی صنعتی استفاده می‌شود. همچنین، از سرامیک‌های شیمیایی برای الیاف، غشاها و کاتالیزورهایی استفاده می‌کنند تا مواد سمی را جذب و آلودگی را کاهش دهند. از این نوع سرامیک حتی برای تصفیۀ آب و موارد مشابه استفاده می‌شود.
قطعات سرامیک صنعتی شامل یاتاقان‌های سرامیکی، توپی، عایق‌ها و میله‌ها هستند. برخی از قطعاتی که با سرامیک‌های صنعتی ساخته می‌شوند عبارت‌اند از:
- قطعات خودرو
- محصولات پمپی مانند
- پمپ حفرۀ پیشرونده: روتور و استاتور پمپ از سرامیک‌های مقاوم در برابر سایش و حرارت به‌منظور انتقال مایعات با درجۀ حرارت بالا ساخته می‌شود.
- پمپ سانتریفیوژ سرامیکی: در این نوع پمپ، تمام قطعات تماس با مایعات از ۹۹.۵ درصد آلومینای خالص ساخته شده‌اند.
- قطعات پمپ و شیر: از سرامیک در بخش پیستون پمپ و پمپ مغناطیسی استفاده می‌شود. در شیرهای آب، سرامیک‌ها برای ارائۀ کیفیت عالی آب‌بندی و مقاومت در برابر سایش کاربرد دارند.
- اتصال سیم با استفاده از مویرگ‌های سرامیکی: برای افزایش ظرفیت حافظۀ رایانه‌ها، فلاپی و درایوهای دیسک از قطعات سرامیکی با دقت بالا استفاده می‌کنند. با کاهش اندازه و پیچیدگی تجهیزات، شافت‌های سرامیکی با وزن سبک‌تر و افزایش مقاومت در برابر سایش و دقت بیشتر، به‌سرعت جایگزین فلزات شده‌اند.
- دستگاه‌های پردازش نیمه‌هادی: از سرامیک به دلیل مقاومت در برابر مواد شیمیایی، گرما و سایش، در ماشین‌آلات پردازش نیمه‌هادی مانند تجهیزات CVD استفاده می‌شود.
- قطعات ابزارهای اندازه‌گیری: از سرامیک‌ها به‌طور گسترده‌ای در ابزار اندازه‌گیری استفاده می‌شود. خواص ساختاری و غیر خورندۀ آن‌ها از جمع شدن، برآمدگی و فرورفتن هنگام اندازه‌گیری دقیق جلوگیری می‌کند.
- اتصالات فیبر نوری
- تجهیزات پزشکی و قطعات تجزیه‌وتحلیل شیمیایی: پایداری شیمیایی و عدم خوردگی سرامیک‌ها و شست‌وشوی راحت سبب شده تا از آن‌ها در تجهیزات پزشکی استفاده شود.
- نازل‌ها: نازل‌ها به مادۀ شیمیایی عالی احتیاج دارند که در برابر سایش مقاوم بوده و هنگام تمیز کردن ساییده نشوند. از سرامیک همچنین به دلیل مقاومت حرارتی برتر در نازل مشعل جوشکاری استفاده می‌شود.
- قطعات آسیاب: با بهره‌گیری از مقاومت بالا در برابر سایش، از سرامیک مخصوص در آسترها، پیچ و غلتک همزن آسیاب استفاده می‌شود.
- قطعات توربین گازی: سرامیک می‌تواند مقاومت در برابر درجۀ حرارت بالا را برای موتور توربین گازی فراهم کند.
مزایای استفاده از محصولات سرامیکی صنعتی
اگرچه قطعات سرامیکی معمولاً از نمونه‌های سنتی فلزی، پلاستیکی یا پلیمری گران‌ترند، اما مزایای آن‌ها مطمئناً از هزینه‌های اولیۀ آن‌ها بیشتر است. برخی از این مزایا شامل عملکرد قابل اطمینان، مقرون‌به‌صرفه بودن در گذر زمان و کارایی بهتر در محیط‌های سخت است. علاوه بر این، قطعات ساخته‌شده از سرامیک وزن کم و نقطۀ ذوب بالا، سختی زیاد (بعضی از آن‌ها سخت‌تر از تیتانیوم)، مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی (اغلب با فولاد ضدزنگ برابری می‌کنند) دارند. برخی از قطعات سرامیک صنعتی می‌توانند جریان برق را بهتر از مس هدایت کنند. سرامیک‌های پیشرفته با عایق کردن مخروط‌های موشکی و شاتل‌های فضایی باعث می‌شود که آن‌ها در برابر گرما و فشار شدید، ترک نخورند. سرانجام، سرامیک‌ها می‌توانند با محیط‌زیست سازگار باشند. در شرایط مناسب، می‌توان از آن‌ها برای جذب زباله‌های سمی و تصفیۀ آب یا کاهش آلودگی استفاده کرد
منبع
Ceramic composition and properties