گیلاس سرخ

صنعت کاشی و سرامیک

سرامیک
نویسنده : علی محمد آیت اللهی - ساعت ٤:۳٠ ‎ب.ظ روز ۱۳٩٢/۱/۱

 

سرامیک

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:

تیتانیا یا دی اکسید تیتانیوم یکی از اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت است که در طبیعت به دو صورت آناتاز و روتایل یافت می‌شود

اکسید آلومینیوم یا آلومینا (Al2O3) یکی از مواد سرامیکی مهم است که دارای کاربردهای متنوعی در زمینه‌های مختلف می‌باشد. در میان خواص مختلف و برجسته آلومینا می‌توان به خواص مکانیکی مانند استحکام فشاری بالا و سختی بالای آن اشاره نمود.

 خواص

در جدول زیر به برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی آلومینا با درجات خلوص مختلف اشاره شده‌است.

 

برخی ازخواص فیزیکی و مکانیکی آلومینای ٪۸۶ تا ٪۹/۹۹

خواص / خلوص

Saphire

۹۹٪ (تبلور مجدد)

۹۹٫۹٪

۹۷٫۵٪

دانسیته(g.cm-۳)

۳٫۹۸۵

۳٫۹

۳٫۹

۳٫۷۸

استحکام فشاری(MPa)

۲۱۰۰

۲۶۰۰-۲۲۰۰

۲۶۰۰-۲۲۰۰

۲۵۰۰-۱۷۵۰

مدول گسیختگی(MPa)

۲۶۰

 

۴۰۰-۳۲۰

 

سختی ویکرز (kgf.mm-۲)

۳۰۰۰-۲۵۰۰

۱۶۵۰-۱۵۰۰

۱۶۵۰-۱۵۰۰

۱۶۰۰-۱۵۰۰

کاربردها

سختی بالای آلومینا، مقاومت در برابر سایش را موجب می‌گردد. از این رو از آن در موارد مختلفی مانند پوشش‌های مقاوم به فرسایش لوله‌ها و مجراها، پمپ‌ها و شیرآلات، و غلاف‌های هدایت کننده الیاف، سیم‌ها و غیره استفاده می‌گردد.

آلومینا به دلیل سختی زیاد در درجه حرارت‌های بالا به عنوان نوک ابزار برش فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد (اگرچه در این مورد استفاده از کامپوزیت‌های زمینه آلومینایی حتی با خواص بهتر معمول‌تر است)

آلومینا، پر مصرف‌ترین ساینده مورد استفاده می‌باشد، که عموماً در مورد آلیاژهای آهنی، مواد با قابلیت کشش بالا و چوب به کار می‌رود. همچنین از آلومینا به عنوان ماده آسیاب کننده در محدوده‌ی وسیعی از فرایندهای کاهش اندازه ذرات استفاده می‌شود

زیرکونیا یا اکسید زیرکونیوم (ZrO۲) یکی از اکسیدهای پرکاربرد در صنعت است.

کاربرد

به عنوان مات کننده در تمام درجات حرارتی به کار برده می‌شود. انواع سیلیکات فریت شده آن مانند: سیلیکات کلسیم، زیرکونیوم، منزنیم، سیلیکات، زیرکونیوم و سیلیکات‌های تجارتی مانند: زیرکوپاکس (Zirco pax)، سوپر پاکس (Super pax)، اوپاکس (Opax) و غیره تولید و ساخته می‌شود. این تولیدات از اکسید قلع ارزانتر است و مصرف دو برابر این مواد میزان ماتی دلخواه ایجاد می‌کند.

 

کربنات منیزیم (MAGNESIUM CARBONATE , Mgo . co۲)

ترکیبات اکسید منیزیم به صورت یک ماده دیرگداز در لعابهای با درجه حرارت پایین باعث ایجاد ماتی و کدری بیشتری می‌شود. با اضافه کردن آن به لعابهای با درجه حرارت بالا ، اکسید منیزیم مانند فلاکس عمل کرده و موجب ایجاد سطحی نرم و کِره مانند (لطیف) می‌شود . رنگهای آبی کبالتی در لعابهی منیزیم دار به رنگ بنفش و صورتی تبدیل می‌شود.

. سولفات منیزیم یا نمک اپسم (MAGNESIUM SULFATE ۷H۲o یا EPSOM SALTS , Mgo ,so۳)

از رسوب لعاب در ظرف جلو گیری می‌کند . به مقدار یک قاشق در هزار گرم لعاب معمولاً کافی است.

سرامیک‌های غیراکسیدی

این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:

  1. نیتریدها
  • BN
  • TiN
  • Si3N4
  • GaN
  1. کاربیدها
  • SiC
  • TiC
  • 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
  1. سختی بالا
  • ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
  • مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)
  1. نوری
  • فلورسانس (Y2O3)
  • ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)
  • منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
  • بازتاب نوری (TiN)
  • بازتاب مادون قرمز (SnO2)
  • انتقال دهندهٔ نور (SiO2)
  1. حرارتی
  • پایداری حرارتی (ThO2)
  • عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
  • رسانای حرارتی (AlN - C)
  1. شیمیایی و بیوشیمیایی
  • پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
  • سابستریت (TiO2- SiO2)
  • کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)
  1. فناوری هسته‌ای
  • سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
  • مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
  • مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور

 

آزمون‌های غیرمخرب

آزمونهای غیر مخرب [۱] به مجموعه‌ای از روش‌های ارزیابی و تعیین خواص دستگاه‌ها و قطعات ساخته شده گفته می‌شود که هیچ‌گونه آسیب یا تغییر در سیستم ایجاد نکنند.

 کاربردها

آزمون‌های غیر مخرب دارای ‫کاربرد وسیعی در بسیاری از صنایع هستند. از آن جمله می‌توان موارد زیر را ذکر نمود:

روش‌ها

‫در این بخش متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده در آزمون‌های غیرمخرب معرفی می‌شوند.

آزمون بصری و نوری

‫این روش پایه‌ای‌ترین، ابتدایی‌ترین و معمولاً ساده‌ترین روش آزمون کنترل کیفیت و پایش تجهیرات می‌باشد. در این روش مسئول کنترل کیفیت می‌بایست مواردی را بطور بصری چک کند. البته گاهی اوقات از دوربین‌هایی استفاده می‌شود که تصاویر را به رایانه فرستاده و رایانه عیوب را تشخیص می‌دهد.

رادیوگرافی

آزمون ‫رادیوگرافی به استفاده از امواج گاما و ایکس، که قابلیت نفوذ در بسیاری از مواد را دارا می‌باشند، برای بررسی مواد و تشخیص عیوب محصولات گفته می‌شود. در این روش اشعه ایکس و یا رادیواکتیو به سمت قطعه هدایت می‌شود و پس از عبور از قطعه بر روی فیلم منعکس می‌شود. ضخامت و مشخصه‌های داخلی باعث می‌شوند نقاطی در فیلم تاریکتر و یا روشن‌تر دیده شوند.

آزمون ذرات مغناطیسی

‫در این روش ذرات آهن بر روی ماده‌ای با خاصیت آهنربایی ریخته می‌شود و میدان مغناطیسی در آن القا می‌شود. در صورت وجود خراش و یا ترکی بر روی سطح و یا در نزدیکی سطح، در محل عیب قطب‌های مغناطیسی تشکیل می‌شود و یا میدان مغناطیسی در آن ناحیه دچار اعوجاج می‌گردد. این قطب‌های مغناطیسی باعث جذب ذرات آهن می‌شوند. در نتیجه وجود عیب را می‌توان از تجمع ذرات آهن تشخیص داد.

آزمون فراصوت

نوشتار اصلی: آزمون فراصوت

‫در این روش امواج فراصوت با فرکانس بالا و با دامنه کم به داخل قطعه فرستاده می‌شوند. این امواج پس از برخورد به هر گسستگی بازتابیده می‌شوند و قسمتی از این امواج به سمت حسگر رفته و حسگر آن را دریافت می‌کند. از روی دامنه و زمان بازگشت این امواج می‌توان به مشخصه‌های این گسستگی پی برد. از کاربردهای این روش می‌توان به اندازه‌گیری ضخامت و تشخیص عیوب موجود در قطعات نام برد.

آزمون مایعات نافذ

‫در این روش سطح قطعه با مایعی رنگی قابل مشاهده و یا فلورسنت پوشیده می‌شود. پس از مدتی این مایع در درون شکاف‌ها و حفره‌های سطحی قطعه نفوذ می کند. پس از آن مایع از سطح جسم زدوده می‌شود و ماده ظاهر کتتده به روی سطح پاشیده می‌شود. اختلاف روشنایی مایع نافذ و ظاهر کننده باعث می‌شود که عیوب سطحی به راحتی مشاهده شوند.

آزمون الکترومغناطیس

‫در این روش با استفاده از یک میدان مغناطیسی متغیر در یک ماده رسانا جریان الکتریکی گردابی القا می‌شود و این جریان الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. وجود گسستگی‌هایی مانند ترک در ماده باعث ایجاد وقفه در این جریان می‌شود و بدین طریق می‌توان به وجود چنین عیبی پی برد. در ضمن مواد مختلف دارای رسانایی الکتریکی نفوذپذیری متفاوتی هستند. بنابراین می‌توان بعضی از مواد را با این روش رده‌بندی نمود.

آزمون نشتی

‫روش‌های مختلفی برای تشخیص نشتی در مخازن تحت فشار و مانند آن، استفاده می‌شود که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از: گوشی‌های الکتریکی، گیج فشار، گاز و یا مانع نافذ و همینطور تست حباب صابون.

انتشار امواج صوتی

وقتی که ماده‌ای جامد تحت تنش می‌باشد، عیوب موجود در آن باعث ایجاد امواج صوتی با فرکانس بالا می‌گردند. این امواج در ماده منتشر شده و می‌توان توسط حسگرهای خاصی آنها را دریافت کرد و با تجزیه و تحلیل این امواج می‌توان نوع عیب، مکان و شدت آن را تعیین نمود.

 مقایسه روش‌ها

روش

کاربردها

معایب و محدودیت‌ها

مایعات نافذ

  • ‫نیاز به دسترسی به سطح مورد آزمایش
  • ‫عیوب حتماً باید در سطح، شکستگی ایجاد کرده باشند.
  • ‫ممکن است سطح نیاز به تمیزکاری داشته باشد
  • عیوب ترک مانند که بسیار باریک هستند، خصوصاً زمانی که تحت تأثیر نیرویی قرار گیرند که موجب بسته شدن آنها گردد و همچنین عیوب بسیار کم عمق به سختی قابل تشخیص هستند.
  • ‫عمق عیب قابل اندازه‌گیری نیست.

ذرات مغناطیسی

  • ‫مواد دارای خاصیت آهنربایی
  • ‫عیوبی سطحی و عیوب نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
  • قابل استفاده برای جوش، لوله، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری، مواد اکستروژن شده، قطعات موتور، محورها و دنده‌ها
  • تشخیص عیوب تحت تأثیر عواملی مانند شدت میدان و جهت آن می‌باشد.
  • ‫نیاز به سطحی تمیز و نسبتاً هموار
  • ‫نیاز به بست نگهدارنده برای دستگاه ایجاد کننده میدان
  • ‫قطعه مورد آزمایش باید قبل از آزمون غیرآهنربایی شود که انجام این کار برای بعضی از قطعات و مواد دشوار است.
  • ‫عمق عیوب را نمی‌توان اندازه گرفت.

فراصوت

  • مواد فلزی و غیر فلزی و کامپوزیت‌ها
  • ‫عیوب سطحی و غیر سطحی
  • قابل استفاده برای جوش، اتصالات، میله‌ها، مواد ریخته‌گری، مواد آهنگری‫‫، قطعات موتور و هواپیما، اجزای ساختمانی، بتن، و همچنین بصورت گسترده‌ای برای تشخیص عیوب مخازن تحت فشار و لوله‌های انتقال نفت و گاز
  • ‫همچنین برای تعیین ضخامت و خواص مواد
  • ‫برای پایش فرسودگی
  • ‫عموماً تماسی است، گاهی بصورت مستقیم و گاه بواسطه محیط واسط
  • ‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف؛ عموماً به لحاظ بازه فرکانسی
  • ‫حساسیت تابعی از فرکانس مورد استفاده است و بعضی از مواد به خاطر ساختارشان باعث پخش شدن قابل ملاحظه امواج فراصوت می‌گردند. امواج بازگشتی از این گونه امواج عموماً به سختی از نویز قابل تمیز است.
  • اعمال این روش ‫برای قطعات بسیار نازک دشوار است.

رادیوگرافی ‫نوترونی

  • باید ‫قطعه مورد آزمون بین منبع ساطع کننده اشعه و دریافت کننده آن قرار گیرد.
  • ‫اندازه راکتور تولید کننده اشعه بسیار بزرگ است.
  • ‫موازی قرار دادن اجزای آزمایش دشوار می‌باشد.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه

رادیوگرافیاشعه ایکس

  • ‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
  • ‫نتایج آزمون تا حد زیادی وابسته به تعیین فاصله کانونی، ولتاژ و زمان قرارگیری در معرض تشعشع است.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه

رادیوگرافی گاما

  • ‫عموماً برای مواد ضخیم و با چگالی بالا استفاده می شود.
  • ‫برای تمامی اشکال و فرمها به کار می‌رود؛ ریخته‌گری، جوش، قطعات الکترونیکی، صنایع هوایی، دریایی و ‫خودروسازی
  • ‫معمولاً در جایی استفاده می‌شود که به علت ضخامت زیاد نمی‌توان از اشعه x استفاده کرد.
  • ‫باید به هر دو وجه قطعه دسترسی داشت.
  • ‫حساسیت این روش به اندازه اشعه x نیست.
  • ‫خطرات تشعشع
  • ‫ترک‌ها باید به موازات اشعه‌ها قرار گسرند تا قابل تشخیص باشند.
  • ‫کاهش حساسیت با افزایش ضخامت قطعه

‫الکترومغناطیس

  • فلزات، آلیاژها و مواد هادی الکتریسیته
  • برای رده‌بندی (Sorting) مواد
  • عیوب سطحی و نزدیک به سطح با این روش قابل تشخیص می‌باشند.
  • قابل استفاده برای لوله، سیم، یاتاقان، ریل، آبکاری غیر فلزی، قطعات هواپیما، دیسک و پره‌های توربین، محور اتومبیل
  • ‫نیاز به حسگرهای متفاوت برای کاربردهای مختلف
  • ‫علی‌رغم آنکه حسگرهای این روش غیر تماسی هستند اما می‌بایست حسگر در مجاورت قطعه در فاصله بسیار نزدیکی از آن قرار گیرد.
  • ‫نفوذ کم (معمولاً حدود ۵ میلی‌متر)

گرانروی

 

در این تصویر گرانروی مایع سبز بیشتر از گرانروی مایع روشن‌رنگ است.

 

 

گرانروی قیر ۱۰۰ میلیارد برابر آب است.

گِرانرَوی ، ویسکوزیته، یا لزجت عبارت است از مقاومت یک مایع در برابر اعمال تنش برشی. در یک سیال جاری (در حال حرکت)، که لایه‌های مختلف آن نسبت به یکدیگر جابجا می‌شوند، به‌مقدار مقاومت لایه‌های سیال در برابر لغزش روی هم گرانروی سیال می‌گویند. هرچه گرانروی مایعی بیشتر باشد، برای ایجاد تغییر شکل یکسان، به تنش برشی بیشتری نیاز است. به‌عنوان مثال گرانروی عسل از گرانروی شیر بسیار بیشتر است.

با افزایش دما لزجت سیالات مایع کاهش می یابدولی در گازها،قضیه برعکس است،البته درصد تغییرات آن برای سیالات مختلف متفاوت است.

انواع گرانروی

گرانروی پویا

گرانروی پویا (ویسکوزیتهٔ دینامیک) را با μ نشان می‌دهیم که به صورت زیر تعریف می‌شود:

.

[ویرایش] گرانروی جنبشی

گرانروی جنبشی (ویسکوزیتهٔ سینماتیک):

.

سقوط در سیال گرانرو

سرعت سقوط در سیال گرانرو از فرمول زیر بدست می آید:

 

که در آن

νs سرعت سقوط یا رسوبگذاری است.

R شعاع جسم درحال سقوط (به شرط کروی بودن جسم)

ρ چگالی جسم

ρL چگالی مایع گرانرو

η ضریب گرانروی[۱]

یکاها

مقادیر

گازها

گاز

C

[K]

T0

[K]

μ0

[10-6 Pa s]

هوا

120

291.15

18.27

نیتروژن

111

300.55

17.81

اکسیژن

127

292.25

20.18

کربن دی‌اکسید

240

293.15

14.8

کربن مونوکسید

118

288.15

17.2

هیدروژن

72

293.85

8.76

آمونیاک

370

293.15

9.82

گوگرد دی‌اکسید

416

293.65

12.54

هلیم

79.4 [۲]

273

19 [۳]

همچنین بنگرید [۱].

 

گرانروی آب

 

 

نمودار تابعیت گرانروی آب به دما

دما

[°C]

گرانروی

[Pa·s]

10

1.308 × 10−3

20

1.003 × 10−3

30

7.978 × 10−4

40

6.531 × 10−4

50

5.471 × 10−4

60

4.668 × 10−4

70

4.044 × 10−4

80

3.550 × 10−4

90

3.150 × 10−4

100

2.822 × 10−4

مایعات دیگر در دمای ۲۵ درجه سلسیوس

 

گرانروی[Pa·s]

گرانروی

[cP]

استون[۴]

3.06 × 10−4

0.306

بنزن[۴]

6.04 × 10−4

0.604

خون

3 to 4 × 10−3[۵]

1,37[۶]

castor oil[۴]

0.985

985

corn syrup[۴]

1.3806

1380.6

ethanol[۴]

1.074 × 10−3

1.074

ethylene glycol

1.61 × 10−2

16.1

گلیسرول

1.5

1500

HFO-380

2.022

2022

جیوه[۴]

1.526 × 10−3

1.526

متانول[۴]

5.44 × 10−4

0.544

نیتروبنزن[۴]

1.863 × 10−3

1.863

نیتروژن مایع @ 77K

1.58 × 10−4

0.158

propanol[۴]

1.945 × 10−3

1.945

روغن زیتون

.081

81

قیر

2.3 × 108

2.3 × 1011

سولفوریک اسید[۴]

2.42 × 10−2

24.2

آب

8.94 × 10−4

0.894

 

 

 

منابع

  1. موریس داماس. «مبانی تمدن صنعتی». تاریخ صنعت و اختراع. ترجمهٔ عبدالله ارگانی. ۱۳۶۲.
  2. P. Rado, An introduction to the technology of pottery, Pergamon Press, 1988
  3. یوسف مجیدزاده. «سفال برای باستان شناسان». ماهنامه فروهر. ۱۳۶۲. ۲،

  • Chiang, Y., Brinie, D.P., Kingery, W.D., Physical Ceramics, John wiley and sons, 1997.
  • Kingery W.D., Bowen, H.K., Uhlmann, D.R., Introduction to ceramics, John wiley and sons, 1976.
  • Yanagida, H., Koumoto, K., Miyayama, M., Yamada, H., The chemistry of ceramics, John Wiley and sons, 1996.

 

 


comment نظرات ()