معرفی سرامیک از نظر کاربرد

سرامیک ها شامل مواد متنوعی هستند که به دو دسته کلی استاندارد و پیشرفته تقسیم می شوند. سرامیک ها نیز بر اساس ترکیب، روش تولید و کاربرد دسته بندی می شوند. باقی مانده از ایران باستان، به ویژه پس از ظهور اسلام و معماری ارزشمند تاریخی ما، نشان از اهمیت و جایگاه ویژه تولیدات سرامیک در روزگاران قدیم این سرزمین دارد. بسیاری از مردم بر این باورند که آثار باستانی صنعت سرامیک معیار خوبی برای سنجش تمدن یک کشور است.

تاریخ فرهنگ و تمدن ایران ارتباط تنگاتنگی با آثار باستانی آن از صنعت سرامیک دارد. بررسی تاریخ تمدن و فرهنگ ایران حاکی از آن است که کشور ما در هر دو دوران باستان و اسلام همواره پیشرو هنر و صنعت مدنیت بوده و عامل بزرگی در توسعه و رشد تمدن بشری بوده و همواره پیشگام بوده است. از علم و صنعت در جهان است. امروزه سرامیک نقش بسزایی در سرویس دهی مستقیم و غیرمستقیم به سایر صنایع دارد و جایگاه ویژه ای دارد. در حال حاضر سرامیک محدود به خاک رس نیست و انواع مختلفی دارد. در این مقاله می خواهیم به معرفی انواع سرامیک بپردازیم.

چگونه سرامیک ها را طبقه بندی کنیم؟

سرامیک ها محدوده وسیعی از مواد را شامل می شوند که می توان آنها را به دو گروه کلی طبقه بندی کرد. سرامیک های استاندارد (خشت، تولیدات خاک رس ساختاری، دیرگدازهای مبتنی بر خاک رس، سیمان، بتن و شیشه) طبقه بندی موادی هستند که از ابتدای پیدایش بشر پیشرفت کرده اند.

تمدن، و همچنین بخش عمده ای از صنعت را شامل می شود. با این حال، گرایش دنیای مدرن به سمت سرامیک های پیشرفته است که در کمتر از یک قرن گذشته توسعه یافته است. گروه سرامیک پیشرفته دارای عملکردهای فنی، منحصر به فرد، ظریف و مهندسی است و می تواند به سرامیک های کاربردی (الکتریکی، مغناطیسی، نوری) و ساختاری (در دمای محیط و دمای بالا) طبقه بندی شود. با این حال، مرز بین سرامیک های استاندارد و پیشرفته درست نیست. علاوه بر این معیار کلی، معیارهای دیگری برای طبقه بندی سرامیک ها وجود دارد که برخی از آنها با یکدیگر همپوشانی دارند. در این بخش به بررسی برخی از مهم ترین معیارها برای طبقه بندی سرامیک ها می پردازیم. بیشتر بخوانید:

سرامیک چیست; خواص، انواع و کاربرد

1- بر اساس ترکیب:

سرامیک های اکسیدی:

این سرامیک ها از اکسیدهای فلزی مانند آلومینا، زیرکونیا و سیلیس ساخته می شوند. اینها به دلیل دوام، سفتی بالا و مقاومت در برابر سایش و خوردگی شناخته شده اند.

سرامیک های غیر اکسیدی:

این سرامیک ها از کاربیدها، نیتریدها، بوریدها و اجزای دیگر مانند کاربید سیلیکون، نیترید آلومینیوم و دیبورید تیتانیوم ساخته می شوند. آنها به دلیل دوام، سفتی بالا و مقاومت در برابر خوردگی و سایش شناخته شده اند.

سرامیک های کامپوزیت:

این سرامیک ها از ترکیب دو یا چند ماده مختلف مانند آلومینا و زیرکونیا یا مواد سرامیکی و غیر سرامیکی مانند سرامیک های تقویت شده با الیاف تشکیل شده اند. آنها برای ترکیب خواص مطلوب مواد مختلف طراحی شده اند.

2- بر اساس ساختار کریستالی:

سرامیک های کریستالی:

این سرامیک ها ساختار کریستالی خاصی دارند و بر اساس نوع ساختار بلوری مانند مکعب، چهار ضلعی یا شش ضلعی طبقه بندی می شوند. برخی از نمونه های این سرامیک آلومینا، زیرکونیا و کاربید سیلیس هستند.

شیشه سرامیک:

این سرامیک ها ترکیبی از فازهای کریستالی و شیشه ای هستند. آنها تا حدی به صورت متبلور طراحی شده اند و نمونه هایی از آنها شیشه سرامیک تقویت شده با لوسیت و دی سیلیکات لیتیوم است.

سرامیک های آمورف:

این سرامیک ها که به شیشه معروف هستند، فاقد شکل کریستالی خاصی هستند. می توان از شیشه های سیلیس و بوروسیلیکات به عنوان نمونه هایی از این مواد نام برد که از مذاب سرد تولید می شوند.

3- بر اساس خواص:

سرامیک های ساختاری:

این سرامیک ها به دلیل دوام، صلبیت و مقاومت در برابر خوردگی زیاد مورد استفاده قرار می گیرند و معمولاً در کاربردهایی مانند ابزارهای برش، یاتاقان ها و ایمپلنت های زیست پزشکی استفاده می شوند.

سرامیک های الکترونیکی:

این سرامیک ها برای هدایت الکتریکی، خواص دی الکتریک و خواص پیزوالکتریک استفاده می شوند و برای کاربردهایی مانند خازن ها، حسگرها و محرک ها قابل استفاده هستند.

سرامیک های حرارتی:

این سرامیک ها به دلیل قابلیت مقاومت در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می گیرند و معمولاً در آسترها، اجزای کوره و مبدل های حرارتی استفاده می شوند.

4- بر اساس روش ساخت:

سرامیک های استاندارد:

این سرامیک ها با استفاده از تکنیک های رایج ساخت مانند ریخته گری و پرس ساخته می شوند.  و شامل تولیداتی مانند آجر، کاشی و ظروف هستند.

سرامیک های پیشرفته:

این سرامیک ها با استفاده از روش های پیشرفته تر از جمله رسوب شیمیایی بخار، پردازش سلول-ژل و پرس داغ تولید می شوند و شامل تولیداتی مانند ابزار برش، ایمپلنت های زیست پزشکی و قطعات الکترونیکی می شوند.

نانوسرامیک ها:

این سرامیک ها دارای ابعاد در مقیاس نانو و خواص منحصر به فردی مانند دوام، سفتی و پایداری حرارتی بالا هستند. آنها با استفاده از روش های پیشرفته مانند ژل سلولی تولید می شوند و در کاتالیزورها، حسگرها و ذخیره انرژی استفاده می شوند.

5- بر اساس حالت فیزیکی سرامیک ها را می توان بر اساس حالت فیزیکی طبقه بندی کرد. در این روش طبقه بندی سرامیک بر اساس فرم استفاده به انواع مختلفی تقسیم می شود:

پودر سرامیک:

پودر سرامیک ماده ای است که از ذرات سرامیک ساخته می شود. بیشتر به عنوان ماده اولیه برای تولید سرامیک از طریق فرآیندهایی مانند پرس پودر، تف جوشی و پرس گرم استفاده می شود.

قطعات سرامیکی:

قطعات سرامیکی اشیایی سه بعدی هستند که از مواد سرامیکی ساخته شده اند. به عنوان مثال می توان به کاشی های سرامیکی، ظروف سرامیکی و لیوان ها اشاره کرد.

الیاف سرامیکی:

الیاف سرامیکی رشته های نازک و قابل انعطافی هستند که از مواد سرامیکی ساخته شده اند. این مواد به عنوان تقویت کننده در مواد کامپوزیت، عایق در دماهای بالا و فیلتر استفاده می شوند.

پوشش‌های سرامیکی:

پوشش‌های سرامیکی لایه‌های نازکی از سرامیک هستند که بر روی سطح زیرلایه اعمال می‌شوند. از آنها می توان برای بهبود خواص سطح زیر لایه مانند مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش و عایق حرارتی استفاده کرد.

کامپوزیت های سرامیکی:

کامپوزیت های سرامیکی موادی هستند که از ترکیب دو یا چند نوع ماده سرامیکی یا از ترکیب سرامیک با مواد دیگر مانند فولاد یا پلیمرها تولید می شوند. می توان از آنها برای دستیابی به خواص خاصی مانند مقاومت، بهبود مقاومت در برابر سایش و کاهش وزن استفاده کرد.

غشای سرامیکی:

غشاهای سرامیکی لایه های نازک و متخلخلی از مواد سرامیکی هستند که برای فیلتراسیون و جداسازی استفاده می شوند. استفاده از آنها برای حذف آلودگی مایعات و گازها و همچنین جداسازی مواد مختلف در یک مخلوط امکان پذیر است.

در کشور ما سرامیک ها با روش های مختلفی طبقه بندی می شوند. رایج ترین و صحیح ترین طبقه بندی شاخه های مختلف سرامیک به شرح زیر است: 1- محصولات خاص و سرامیک های فنی 2- دیرگدازها 2- محصولات ضخیم 4- محصولات نازک انواع سرامیک های ظریف اصطلاح سرامیک ظریف معادل اصطلاح انگلیسی “whiteware” است. . سرامیک های ظریف شامل ظروف، کاشی، سرامیک های بهداشتی، عایق ها و عایق های الکتریکی هستند.

ظروف

ظروف مختلفی بر اساس متخلخل و رنگ آنها موجود است. دسته اول ظروف متخلخل رنگی هستند. این گروه قدیمی ترین نوع سرامیک بوده و دارای دو نوع مایولیکا و خاک رس می باشد. از آنجایی که مقدار قابل توجهی اکسید آهن در این سرامیک ها وجود دارد، رنگ آن ها متمایل به قرمز یا قهوه ای است. مایولیکا و خاک رس هر دو از خاک رس در دمای بالا (950 تا 1100 درجه سانتیگراد) ساخته می شوند. تفاوت خاک رس و مایولیکا در ترکیبات آنهاست.

دسته دوم ظروف، سرامیک های متخلخل سفید هستند. ظروف سفالی اجسام سفالی سفید رنگی هستند و بر اساس ترکیبات خود دارای انواع مختلفی از خاک رس، سنگ آهک و فلدسپات می باشند. مطلوب ترین نوع سفال فلدسپات است. دمای پخت بالایی دارند و در نتیجه تخلخل آنها نسبت به سایر ظروف سفالی کمتر است. دسته سوم ظروف، سرامیک های فشرده رنگی هستند. این بدنه ها فشرده و رنگی بوده و قابل استفاده در خاک رس سقف، بوته های آزمایشی و لوله های فاضلاب می باشند.

دلیل رنگی بودن آنها این است که حداقل 70 درصد خاک رس ثانویه دارند. گروه آخر که بزرگترین گروه از این سرامیک ها است، سرامیک های فشرده سفید هستند. این دسته به ظروف چینی و زنجیره ای معروف هستند. علیرغم اینکه ظروف چینی و چینی معادل در نظر گرفته می شوند، یکسان نیستند.

این دو نوع سرامیک دو خاصیت مشابه دارند:

هر دو حالت شیشه ای و تخلخل بسیار کم دارند. همچنین هر دو سرامیک را می توان با لعاب یا بدون لعاب تولید و استفاده کرد. ظروف چینی چینی است که در دسته چینی های نرم قرار می گیرد. این ظروف چینی را با بدن نازک و ماهیت نرم خود می توان با استفاده از سوهان برش داد. در حالی که چینی را نمی توان اینطور برش داد.

همانطور که قبلا ذکر شد، چینی ها سفت تر هستند و در کاربردهای پزشکی و صنعتی استفاده می شوند، در حالی که ظروف زنجیره ای فقط در مصارف خانگی و تزئینی استفاده می شوند. بیشتر بخوانید: سرامیک چینی چیست; انواع و کاربردها طبقه بندی های مکرر برای ظروف چینی ارائه شد. این طبقه بندی بر اساس کاربرد (روکش، هتل، دندان، ظروف و ظروف چینی بهداشتی) و بر اساس نوع بدن (ظروف چینی، ظروف سنگی، استخوانی و غیره) و گاهی بر اساس خواص (ظروف چینی نرم و سفت) انجام می شود. در ادامه ذکر شده است:

طبقه بندی ظروف چینی بر اساس ماهیت عملکردی مانند ظروف، بهداشتی، فنی و چینی
ماهیت از نظر خواص، مانند ظروف چینی نرم و سفت
دمای آشپز چینی، مانند دمای پخت بالا (اجناس چینی اصلی) و دمای پایین پخت (اجازه چینی تقلبی)
فرمول، ماهیت فازی و ریزساختار ظروف چینی. انواع ظروف چینی از این نظر عبارتند از ظروف چینی، استخوانی، سفالی، شیشه ای، سنگی و ظروف چینی تقلبی.

کاشی

کاشی ها به دو گروه دیوار و کف طبقه بندی می شوند. کاشی های کف و دیوار معمولاً به ترتیب از بدنه های سنگی و سفال های آهکی ساخته می شوند. کاشی های دیوار معمولاً لعابدار هستند، اما کف به دو گروه لعابدار و بدون لعاب طبقه بندی می شوند. سرامیک های پرسلان و کاشی های ضد اسید، انواع بدون لعاب هستند. سرامیک پرسلان با وجود تمام مزایایی که دارد، دارای رنگ‌ها، نقش‌ها، شکل‌ها و اندازه‌های متفاوتی است و به همین دلیل در اجرای کف‌ها و نماهای ساختمان کاربرد فراوانی دارد. این نوع محصولات سرامیکی را می‌توان به دو گروه سرامیک پرسلان نما و سرامیک پرسلان کف طبقه‌بندی کرد.

سرامیک های بهداشتی

سرامیک های بهداشتی به سه گروه نیمه زجاجیه و شیشه ای، رسی نسوز و ظروف سنگی طبقه بندی می شوند. نیمه زجاجیه یا زجاجیه بودن بدن بستگی به درصد فاز شیشه ای ایجاد شده در بدن و جذب آب دارد. جذب آب در جسم زجاجیه کمتر از 1 درصد و جذب آب در اجسام نیمه زجاجیه بین 3 تا 14 درصد است.

عایق های الکتریکی

این بدنه ها عایق های الکتریکی هستند و جریان الکتریکی را منتقل نمی کنند. در نتیجه باید مقاومت الکتریکی بالا همراه با استقامت قابل توجهی داشته باشند. آنها معمولا در فرکانس های پایین استفاده می شوند. این بدنه ها دارای تخلخل و جذب آب کم هستند. دلیل آن این است که اگر سطح جذب آب بالایی داشته باشند، رطوبت محیط را جذب می کنند. یون های موجود در هوا وارد بدن شده و باعث هدایت الکتریکی می شوند. از طرف دیگر، جذب آب باعث ضایعات دی الکتریک می شود.

انواع سرامیک بر اساس ترکیب انواع سرامیک بر اساس ترکیبات سرامیک ها از نظر شیمیایی مواد غیر فلزی و غیر آلی به جز کربن هستند. سرامیک های پیشرفته را می توان به گروه های سیلیکات، اکسیدی و غیر اکسیدی تقسیم کرد. سیلیکات‌هایی مانند کائولینیت [AL2Si2O5 (OH)4] و مولایت [AL6 Si2O13] سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. سرامیک های اکسیدی از دو نوع ترکیب ساده و پیچیده هستند. ترکیبات ساده مانند آلومینا (AC2O3) و اکسیدهای پیچیده مانند تیتانات باریم (BaTiO3)، مواد فوق رسانا هستند (YBa2Cu3O6+δ). غیر اکسیدها کاربیدهایی مانند کاربید سیلیکون (SiC) و کاربید بور (B4C)، نیتریدهایی مانند نیترید سیلیکون (S3iN4) و نیترید بور (BN)، بوریدهایی مانند دیبورید تیتانیوم (TiB2)، سیلیسیدها مانند دی سیلیسید مولیبدن (MoSi2)، هال هستند. مانند لیتیوم فلوراید (LiF)، ترکیبات پایه نیترید اکسید یا سیستم اکسی نیترید مانند سیالون هستند.

روش های شیمیایی که نوع دوم مراحل مهم تصفیه شیمیایی را گذرانده اند معمولاً برای سنتز پودرهای سرامیکی پیشرفته از سنتز یا مواد اولیه در محیط استفاده می شوند. انواع سرامیک از نظر روش ساخت مواد سرامیکی را می توان بر اساس روش های مختلف تولید آنها دسته بندی کرد. برخی از روش های رایج به شرح زیر است:

1- پرس:

در این روش پودرهای سرامیکی با مواد تثبیت کننده مخلوط شده.  و با استفاده از پرس به شکل دلخواه فشرده می شوند. سپس آنها را تا دمای بالا بدون حضور فشار زینتر کردند.  تا یک بخش فشرده ایجاد شود. از این روش برای تولید قطعات سرامیکی با هندسه پیچیده استفاده می شود.

2- اکستروژن:

خمیر سرامیک در این روش با استفاده از قالب پیوسته با مقطع ثابت تشکیل می شود. سپس شکل اکسترود شده را به طول مطلوب برش داده و در دمای بالا تف جوشی می کنند. این روش معمولاً برای ساخت لوله ها، لوله ها و سایر چیزهای استوانه ای استفاده می شود.

3- پرس ایزو استاتیک:

از این روش برای تولید سرامیک های مرغوب مانند کاربید سیلیکون، کاربید بور و سرامیک های پیشرفته استفاده می شود. در این روش سرامیک پودری در قالب انعطاف پذیر قرار می گیرد. سپس فشار ایزواستاتیک زیادی از همه جهات به یک جسم خام و یکنواخت وارد می شود. سپس در دمای بالا پخته می شود تا قطعه شکل بگیرد.

4- ریخته گری دوغاب:

در این روش مخلوط سرامیکی در قالب گچی ریخته می شود.  و آب توسط دیواره های قالب جذب می شود.  تا یک لایه سرامیکی جامد و یکنواخت ایجاد شود. سپس دوغاب اضافی تخلیه می شود.  و لایه سرامیکی باقیمانده از قالب خارج می شود و در دمای بالا زینتر می شود. از این روش برای تولید ابزار سرامیکی با دیواره های نازک مانند بشقاب، کاسه و شیشه استفاده می شود.

5- ریخته گری نوار:

این روش معمولاً برای تولید لایه‌های سرامیکی در کاربردهای الکترونیکی مانند خازن‌های چند لایه، فیلترهای سرامیکی و حسگرها استفاده می‌شود. در این روش پودر سرامیک با ماده تثبیت کننده مخلوط شده.  و به صورت یک لایه نازک و یکنواخت پخش می شود. سپس لایه را خشک کرده و به شکل دلخواه برش داده. و تا دمای بالاتر تف جوشی می کنند.

6- قالب گیری تزریقی:

در این روش پودر سرامیک با تثبیت کننده و حل کننده مخلوط شده.  و به شکل پلاستیک در می آید. سپس از دستگاه تزریق برای تزریق مواد سرامیکی به داخل قالب مورد نظر استفاده می شود. سپس در دمای بالاتر برای تشکیل قطعه زینتر می شود. از این روش برای تولید قطعات سرامیکی با هندسه پیچیده و کارایی بالا مانند قطعات صنعتی، قطعات خودرو و قطعات هواپیما استفاده می شود.

7- پرس داغ:

در این روش پودر سرامیک با ماده تثبیت کننده مخلوط شده. و به شکل دلخواه فشرده می شود. از این روش برای تولید قطعات سرامیکی با خواصی مانند مقاومت در برابر خوردگی و حرارت و سایش استفاده می شود.

8- چاپ سه بعدی:

در این روش از چاپگر سه بعدی برای چاپ قطعات سرامیکی با پودرهای سرامیکی و استابلایزر استفاده می شود. لایه سرامیکی لایه به لایه چاپ می شود. و تا دمای بالاتر پخته می شود. مزیت این روش تولید سریع قطعه و تولید قطعات با ابعاد بسیار کوچک یا بسیار بزرگ است.

انواع سرامیک بر اساس مقاومت در برابر خوردگی سرامیک ها را می توان بر اساس مقاومت در برابر خوردگی به انواع مختلفی طبقه بندی کرد. برخی از این طبقه بندی ها عبارتند از:

سرامیک های مقاوم در برابر اسید:

این سرامیک ها در برابر اسید مقاوم بوده و در صنایع شیمیایی کاربرد دارند. به عنوان مثال به آلومینا، کاربید سیلیکون و زیرکونیا اشاره می کنیم.

سرامیک های مقاوم در برابر قلیایی:

این سرامیک ها در برابر قلیایی مقاوم بوده و در تولید شیشه و سیمان کاربرد دارند. چند نمونه از این منیزیم و آلومینا هستند.

سرامیک های مقاوم در برابر خوردگی در دماهای بالا:

این سرامیک ها در برابر خوردگی در دماهای بالا مقاوم هستند و معمولاً در موتورهای توربین گازی و کوره ها استفاده می شوند. آلومینا و زیرکونیا چند نمونه هستند.

بیوسرامیک:

این سرامیک ها در برابر خوردگی بیولوژیکی مقاوم بوده و در مصارف دندانپزشکی و پزشکی به عنوان ایمپلنت و پروتز کاربرد دارند. هیدروکسی آپاتیت و شیشه های زیست فعال چند نمونه هستند.

شیشه-سرامیک:

این سرامیک ها مواد کامپوزیتی هستند که ترکیبی از خواص سرامیک و شیشه هستند. آنها در برابر شوک حرارتی مقاوم هستند و در ظروف، پنجره های فر و مخروط بینی استفاده می شوند.

سرامیک های متخلخل:

این سرامیک ها سطح بالایی دارند و در فرآیند فیلتراسیون و جداسازی کاربرد دارند. آلومینا و کاربید سیلیکون چند نمونه هستند. هر نوع سرامیک خواص منحصر به فرد خود را دارد که آنها را برای مصارف خاص مناسب می کند. مقاومت در برابر خوردگی یک ویژگی حیاتی برای سرامیک های مورد استفاده در محیط های سخت است و انتخاب نوع سرامیک به شرایط خوردگی خاص بستگی دارد.

طبقه بندی سرامیک بر اساس کاربرد مواد سرامیکی به طور گسترده در زندگی روزمره ما استفاده می شود. از ظروف و ظروف پخت و پز گرفته تا تجهیزات الکترونیکی و ابزارهای برش. آنها به دلیل خواص منحصر به فرد خود برای کاربردهای مختلف قابل استفاده هستند.  و استفاده از آنها به دنبال پیشرفت مداوم در تولید و توسعه مواد توسعه یافته است.

مواد سرامیکی به دلیل خواص مکانیکی قابل توجه، دوام و مقاومت در برابر خوردگی و سایش به طور گسترده در صنعت ساختمان استفاده می شود. از این مواد می توان به عنوان کف سرامیک، دیوار و … استفاده کرد که در این قسمت سرامیک ها از نظر کاربرد طبقه بندی شدند. کلام پایانی در این مقاله با انواع سرامیک آشنا شدیم و مشاهده کردیم که محدود به دیوارها و کف سرامیکی نمی شود.

سرامیک های استاندارد شامل سرامیک هایی مانند ظروف چینی و کاشی مانند کف، دیوار، ابزار بهداشتی سرامیکی و سایر محصولات سرامیکی است و سرامیک های مهندسی برای پاسخگویی به نیازهای خاص مانند مقاومت حرارتی بالاتر، خواص مکانیکی بهتر و خواص الکتریکی خاص هستند. و مقاومت شیمیایی اگر سوالی در مورد سرامیک دارید که این مقاله به آن پاسخ نداده است، می توانید در نظرات بپرسید.

سایت بازار صنعت ساختمان فتوحی