تاپیک متالورژی

[ghasem motamedi]

علم و مهندسی مواد به بررسی انواع ماده‌ها، ساختار آنها، خواص و کابردشان می پردازد. در علم مواد، ماده‌ها به طور جامع به سه بخش اصلی فلزات، سرامیک‌ها و پلیمرها تقسیم‌بندی می‌شوند.
به مواد (معمولاً جامد)ی که بخش عمدهٔ تشکیل دهندهٔ آنها غیرفلزی و غیرآلی باشد، سرامیک گفته می‌شود.
این تعریف نه‌تنها سفالینه‌ها، پرسلان(چینی)، دیرگدازها،محصولات رسی سازه‌ای، ساینده‌ها، سیمان و شیشه را در بر می‌گیرد، بلکه شامل آهنرباهای سرامیکی، لعاب‌ها، فروالکتریک‌ها، شیشه-سرامیک‌ها، سوخت‌های هسته‌ای و ... نیز می‌شود.

تاریخچه
برخی آغاز استفاده و ساخت سرامیک‌ها را در حدود ۷۰۰۰ سال ق.م. می‌دانند [۱] در حالی که برخی دیگر قدمت آن را تا ۱۵۰۰۰ سال ق.م نیز دانسته‌اند.[۲] ولی در کل اکثریت تاریخ‌نگاران بر ۱۰۰۰۰ سال ق.م اتفاق نظر دارند.[۳] (بدیهی است که این تاریخ مربوط به سرامیک‌های سنتی است.)
ریشه لغوی
واژهٔ سرامیک از واژهٔ یونانی کراموس (κεραμικός) گرفته شده‌است که به معنی سفال یا شیء پخته‌شده‌است.
طبقه‌بندی سرامیک‌ها
سرامیک‌ها از لحاظ کاربرد به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

• سرامیک‌های سنتی (سیلیکاتی)
• سرامیک‌های مدرن (مهندسی)
  
  • سرامیک های اکسیدی
  • سرامیک های غیر اکسیدی

سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:

• سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
• سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی

انواع سرامیک‌ها
سرامیک‌های سنتی
این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...
سرامیک‌های مدرن
این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.
سرامیک‌های اکسیدی
برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

• برلیا (BeO)
• تیتانیا (TiO2)
• آلومینا (Al2O3)
• زیرکونیا (ZrO2)
• منیزیا (MgO)

سرامیک‌های غیراکسیدی
این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:
1. نیتریدها
o BN
o TiN
o Si3N4
o GaN
2. کاربیدها
o SiC
o TiC
o WC
و....
صنعت سرامیک
بازار سرامیک‌های پیشرفته در ایالات متحده امریکا در سال ۱۹۹۸ نزدیک به ۷۰۵ میلیون دلار بود که در سال ۲۰۰۳ به ۱۱ بیلیون دلار رسید.

خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

• دیرگدازی بالا
• سختی زیاد
• مقاومت به خوردگی بالا
• استحکام فشاری بالا

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی
در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:
1. الکتریکی و مغناطیسی
o عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)
o دی الکتریک (BaTiO3)
o پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)
o پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))
o مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)
o مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)
o نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO2)
o رسانای یونی (β-Al2O3)
o تابانندهٔ الکترون (LaB6)
o ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)
2. سختی بالا
o ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
o مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)
3. نوری
o فلورسانس (Y2O3)
o ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)
o منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
o بازتاب نوری (TiN)
o بازتاب مادون قرمز (SnO2)
o انتقال دهندهٔ نور (SiO2)
4. حرارتی
o پایداری حرارتی (ThO2)
o عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
o رسانای حرارتی (AlN - C)
5. شیمیایی و بیوشیمیایی
o پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
o سابستریت (TiO2- SiO2)
o کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)
6. فناوری هسته‌ای
o سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
o مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
o مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور