مقدمه: مواد سرامیکی به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد ازجمله قدرت و دوام بالا، مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و خوردگی، کاربردهای گسترده‌ای دارند. یکی از مصارف رایج سرامیک‌ها استفاده به‌مثابه لایه زیرین است، یعنی مواد پایه که سایر مواد یا قطعات روی آن‌ها چسبانده می‌شوند. در این مقاله، به بررسی برخی از مواد لایه زیرین سرامیکی پرداخته می‌شود.
لایه‌های زیرین سرامیکی چه هستند؟
لایه‌های زیرین سرامیکی نوعی از مواد سرامیک پیشرفته هستند که در مصارف خودروسازی، الکترونیک و صنعتی پایه پایداری برای قطعات را ارائه می‌کنند. معمولاً، لایه زیرین شکل مستطیلی و سطحی صاف و یکنواخت دارد. این لایه‌ها از مواد سرامیکی مانند آلومینا یا کاربید سیلیکون تشکیل شده‌اند که ویژگی‌های مکانیکی، حرارتی و الکتریکی نویدبخشی دارند.
ویژگی‌های مهم لایه‌های زیرین سرامیکی
مشخصه لایه‌های زیرین سرامیکی به قرار زیر هستند:
- عملکرد مؤثر حرارتی: این مواد ضریب انبساط حرارتی کم و هدایت حرارتی بالا دارند که می‌توانند کارایی اجزا را افزایش و احتمال آسیب حرارتی را کاهش دهند. برای مثال، هدایت حرارتی کربید سیلیکون نباید کمتر از هدایت حرارتی فلزات باشد.
- ویژگی‌های الکتریکی مهم: تراشه‌ها و سایر اجزا مبتنی بر لایه‌های سرامیکی به دلیل رسانایی الکتریکی بالاتر، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و می‌توانند زمان تأخیر سیگنال را کاهش دهند.
کاربردهای اصلی لایه‌های زیرین سرامیکی
لایه‌های سرامیکی به لطف این ویژگی‌های مطلوب در انواع صنایع کاربرد دارند.
۱- صنایع خودروسازی
در ساخت فرمان الکتریکی، استارت دینام یکپارچه، کنترل‌های پمپ‌بنزین و آب و کنترل‌های موتور خودروها می‌توانید طیف وسیعی از کاربرد سرامیک‌ها را مشاهده کنید. این وسایل نه‌تنها مصرف سوخت را کاهش می‌دهند بلکه آلودگی‌های خروجی اگزوز را نیز کم می‌کنند.
۲- صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر
از این لایه‌های زیرین در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر برای تولید مبدل‌های فتوولتائیک خورشیدی و متمرکز کننده‌های فتوولتائیک استفاده می‌شود.
3- سایر بخش‌ها
کاربردهای صنعتی لایه‌های زیرین سرامیکی شامل کنترل‌های پمپ‌ها، راه‌اندازهای فرکانس متغیر، منابع تغذیه و ماجول‌های نیمه‌هادی استاندارد هستند.
از کدام مواد سرامیکی می‌توان به‌مثابه لایه زیرین استفاده کرد؟
می‌توان لایه‌های زیرین سرامیکی را بر اساس مواد اولیه به انواع مختلفی تقسیم کرد.
آلومینا
آلومینا به دلیل مقاومت بالا، هدایت حرارتی خوب و ویژگی‌های عایق الکتریکی رایج‌‌ترین مواد برای استفاده به‌منزله لایه زیرین است. آلومینا به دلیل پایداری شیمیایی و وفور هم شهرت دارد. اغلب اوقات، از آلومینا در کاربردهای الکترونیکی مانند مدارهای چاپی و کنورتورهای کاتالیست، کوره‌های لوله‌‌ای دمای بالا و پیوند‌های زیستی-پزشکی استفاده می‌شود.
زیرکونیا
زیرکونیا ماده‌ای سرامیکی است که به استحکام و سختی بسیار زیاد شهرت دارد. در ایمپلنت‌های دندانی و تعویض مفصل لگن به‌طور گسترده از چنین لایه‌ای استفاده می‌شود. در ضمن، می‌توانید زیرکونیا را در ساخت سنسورهای اکسیژن و سلول‌های سوختی پیدا کنید.
کاربید سیلیکون
کاربید سیلیکون هدایت حرارتی و مقاومت عالی در برابر دماهای بالا و خوردگی دارد. هدایت حرارتی بالای آن در دماهای بالا برابر ۱۰۰-۴۰۰ وات بر متر بر کلوین است. بنابراین، از کاربید سیلیکون در دستگاه‌های با دماهای بالا نظیر اجزای کوره و ساخت دستگاه‌های نیمه‌هادی استفاده می‌شود.
نیترید سیلیکون
نیترید سیلیکون با هدایت حرارتی تا ۴۰۰ وات بر متر بر کلوین، ماده اولیه لایه زیرین محبوبی برای کاربردهای با دماهای بالا مثل اجزای توربین گازی و ساخت بلبرینگ‌ها و ابزارهای برش است.
در جدول ۱، می‌توانید جزئیاتی بیشتری در باره این چهار ماده لایه زیرین سرامیکی متداول را مشاهده کنید.
جدول 1- مواد اصلی سرامیکی لایه‌های زیرین
کاربردهای مهم | ویژگی‌های مهم |
|
مدارهای چاپی، کنورتورهای کاتالیست، لوله‌های کوره با دمای بالا و ایمپلنت‌های زیستی-پزشکی | مقاومت بالا، هدایت الکتریکی خوب، خواص عایق الکتریکی و پایداری شیمیایی | آلومینا (متداول) |
ایمپلنت‌های دندانی، تعویض مفصل لگن، ساخت سنسورهای اکسیژن و سلول‌های سوختی | مقاومت و سختی | زیرکونیا (قوی) |
اجزای کوره، ساخت وسایل نیمه‌هادی | هدایت حرارتی عالی و مقاومت در برابر درجه حرارت‌های بالا و زنگ‌زدگی | کاربید سیلیکون |
اجزای توربین‌های گازی، ساخت بلبرینگ و ابزار برش | هدایت حرارتی بالا | نیترید سیلیکون |
سایر مواد سرامیکی استفاده‌شده به‌عنوان لایه زیرین
مواد سرامیکی لایه زیرین مفید بسیار دیگری وجود دارند.
- کردیریت[1]: کردیریت به دلیل ضریب انبساط حرارتی پایین و مقاومت خوب در برابر شوک حرارتی، سرامیک مهمی است. اغلب اوقات، از کردیریت به‌مثابه لایه زیرین در کاربردهای خودرویی مثل کنورتورهای کاتالیستی و ساخت لوله‌های کوره با دمای بالا و کوره پخت اسباب استفاده می‌شود.
- مولایت[2]: از این مواد به دلیل استحکام بالا و مقاومت خوب در برابر شوک حرارتی به‌مثابه لایه زیرین در کاربردهای با دمای بالا مانند اجزای کوره و کوره پخت اسباب استفاده می‌شود.
- شیشه-سرامیک: این مواد با بلورشدن کنترل‌شده شیشه‌ها ساخته می‌شوند. اغلب اوقات، از شیشه-سرامیک‌ها به دلیل مقاومت بالا، ضریب گسترش حرارتی کم و مقاومت خوب در برابر شوک حرارتی به‌مثابه لایه زیرین در کاربردهای الکترونیکی مثل سنسورها و اجزای نوری استفاده می‌شوند.
نتیجه‌گیری
به‌طور خلاصه، مواد سرامیکی زیادی وجود دارند که می‌توان از آن‌ها به‌مثابه لایه زیرین استفاده کرد؛ این مواد ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. محبوب‌ترین لایه‌های زیرین سرامیکی در صنایع مختلف عبارت‌اند از: آلومینا، زیرکونیا، کاربید سیلیکون، نیترید سیلیکون، کردیریت، مولایت و شیشه-سرامیک. انتخاب ماده سرامیکی مناسب برای کاربردی خاص مستلزم بررسی دقیق ویژگی‌ها و الزامات عملکردی آن‌ها است. تحقیقات و توسعه مداوم موجب وسعت نامحدود کاربردهای احتمالی برای لایه‌های زیرین سرامیکی می‌شوند.
گروه صنعتی ترمو یکی از اصلی ترین تولید کننده رولر سرامیکی در ایران می باشد.
جهت گرفتن اطلاعات بیشتر با شماره تلفن ۳۳۹۹۵۹۸۷ تماس حاصل فرمائید.
[1] Cordierite
[2] Mullite