در این مقاله راجع به انواع سرامیک صنعتی صحبت خواهیم کرد. عموما مواد سرامیک صنعتی به سه گروه تقسیم میشوند: سنتی و پیشرفته که سرامیک مهندسی هم در این دسته قرار میگیرد. مواد سرامیکی سنتی عمدتا شامل سرامیکهای سیلیکاتی مثل آجرها، کاشیها، چینیها و شیشهها هستند. سرامیکهای پیشرفته نیز دارای خواص حرارتی، مکانیکی و شیمیایی ویژهای هستند. دستهی دیگری از سرامیکها، از جمله سرامیکهای اکسیدی خالص مانند آلومینا و زیرکونیا، سوختهای هستهای، کاربیدها و نیتریدها و شیشه سرامیکها در دسته سرامیکهای مهندسی قرار میگیرند.
کاربردهای آمده در نمودار بالا از ترکیب مواد سرامیکی که در ادامه آمده است ایجاد میشود.
۱- مواد سرامیکی تک عنصری
عناصری مثل کربن، سیلسیوم، ژرمانیوم و بور، که شامل اتمهای چهار ظرفیتی هستند در دسته سرامیکهای تک عنصری قرار میگیرند. این عناصر در دمای بیش از ۲۰۰۰ در جه سلسیوس ذوب شده و گاهی بصورت الیاف در کامپوزیتها، به منظور بهبود خواص مواد دیگر بکار میروند که در صنایع هوافضایی کاربرد زیادی دارند.
۱٫۱ کربن، ویژگیها و کاربردهای آن
کربن به دلیل دارا بودن خواصی مثل استحکام زیاد، وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی و حرارت، کاربرد زیادی در صنعت دارد. ساختار کریستالی کربن، اهمیت صنعتی فراوانی را به آن داده است. کربن بصورت گرافیت، به دلیل دارا بودن ساختار لایهای و تنش برشی بحرانی بسیار پایین، به عنوان ماده روانکار، برای کاهش اصطکاک لغزشی بین سطوح تماس قطعات، در درجه حرارتهای بالا به کار میرود. از طرف دیگر به دلیل نقطه ذوب بالا، در ساخت راکتورهای اتمی(در ترمز کننده ها و غلاف سوخت) کاربرد دارد. کربن بصورت الماس، کاربرد فراوانی در ابزارهای برش دارد.
در جدول زیر خواص مختلف کربن در دو قالب الماس و گرافیت بیان شده است.
۲-مواد سرامیکی غیراکسیدی
این مواد از بیش از یک اتم تشکیل شدهاند و یکی از گروههای مهم مواد سرامیکی به حساب میآیند. در این گروه از مواد، بیشتر از عناصری مثل کربن، سیلسیوم، ژرمانیوم و نیز بور، نیتروژن و هیدروژن استفاده شده است.
۲٫۱ ترکیبات نیتریدی و کاربیدی
ترکیبات نیتریدی و کاربیدی، که به عنوان مواد مقاوم در حرارت بالا در ماشین حرارتی کاربرد دارند جزو این دسته هستند. این دسته از مواد سرامیکی، پایداری خوبی در برابر حرارت دارند، مثل ترکیب Si3N4 که میتواند درجه حرارتی تا ۱۴۰۰ درجه سلسیوس را تحمل کند. لازم به ذکر است که ترکیب نیترید سیلسیوم از واکنش پودر سیلسیم تحت جریان گاز نیتروژن در دما-فشار زیاد ایجاد میشود. برای مثال پره توربین با این روش تولید شده است. سختی بالا از دیگر ویژگیهای سرامیکهای غیر اکسیدی است. قطعاتی که در معرض نیروهای سایشی و اصطکاک بالا قرار دارند، با لایهای از این مواد پوشش داده میشود و یا بطور کامل از این دسته از سرامیک ساخته میشود. برای مثال از نیترید سیلسیم در ساخت سرسوپاپ مورد استفاده در موتورهایی با پیستون چرخشی استفاده میشود.
یکی از نکات مهم در سرامیکهای غیر اکسیدی این است که سطح خارجی آنها در معرض خطر اکسیده شدن قرار میگیرد، در صورتی که این خطر در سرامیکهای اکسیدی دیده نمیشود.
۳- مواد سرامیکی اکسیدی
سرامیکهای اکسیدی که کاربرد دیرگداز دارند، باید علاوه بر نقطه ذوب بالا، از فلزهای پایدار نیز تشکیل شده باشند تا تمایل به واکنش شیمیایی نداشته باشند؛ بدین منظور، اکسیدهای فلزی چندظرفیتی مناسب هستند.
- نکته دیگر این است که اکسیدهای به کار برده برای تولید این مواد باید تا حد امکان از اکسیدهای خالص باشد.
- نکته مهم دیگر این است که تغییرات حجم این قطعات، نباید حین سرد و یا گرم کردن زیاد باشد، به بیان دیگر، ضریب انبساط حرارتی آنها، باید بسیار کم بوده و همچنین تبدیل فاز در حالت جامد در آنها ایجاد نشود.
- از سرامیکهای اکسیدی معروف میتوان آلومینا(Al2O3)، زیرکونیا(ZrO2)، توریا (ThO2)، برلیا(BeO) و منیزیا(MgO) را نام برد.
- پرسلان ها، از جمله مواد سرامیکی اکسیدی هستند که مواد خامشان شامل مواد معدنی از قبیل کائولینیت، فلدسپات و کوارتز میشود.
در جدول پایین، برخی خواص سرامیکهای اکسیدی و غیر اکسیدی با هم مقایسه شده است.
از انواع سرامیکی صنعتی تولید شده در میهن صنعت دانشور، میتوان به انواع فیلتر سرامیکی، انواع فرول سرامیکی، انواع کاپلاک سرامیکی و انواع پورینگ کاپ سرامیکی اشاره کرد.