سازه های سرامیک

سازه های سرامیک 

شیشه و سرامیک 
سرامیک با یک ساختار کاملا شیشه ای، دارای خواص خاصی هستند که کاملا متفاوت از آن از فلزات است. به یاد بیاورید که زمانی که فلز در حالت مایع سرد می شود، یک جامد کریستالی رسوبات هنگامی که نقطه ذوب نقطه انجماد رسیده است. با این حال، با یک ماده شیشه ای، به عنوان مایع سرد می شود بیشتر و غلیظ تر می شود. هیچ ذوب نوک تیز و یا نقطه انجماد وجود دارد. از مایع به جامد پلاستیک نرم می رود و در نهایت سخت و شکننده می شود. از آنجا که از این خاصیت منحصر به فرد، می توان آن را به اشکال، دمیده علاوه بر بازیگران بودن، نورد کشیده شده و در غیر این صورت فرآوری شده مثل یک فلز است.

رفتار شیشه ای است مربوط به ساختار اتمی ماده است. اگر سیلیکای خالص ها (SiO 2)با هم ترکیب شده است، یک لیوان به نام سیلیس شیشه ای بر روی خنک کننده تشکیل شده است. ساختار واحد پایه از این شیشه سیلیس چهار وجهی است که یک اتم سیلیکون تک احاطه شده توسط چهار اتم اکسیژن یک فاصله تشکیل شده است. اتم های سیلیکون را اشغال دهانه (interstitials ها) بین اتم های اکسیژن و سهم 4 الکترونهای ظرفیتی، با اتم های اکسیژن از طریق پیوند کووالانسی است. اتم سیلیس دارای چهار الکترونهای ظرفیتی و هر یک از اتم های اکسیژن دو الکترونهای ظرفیتی تا سیلیس چهار وجهی دارای چهار الکترون اضافی ظرفیت به چهار ضلعی مجاور به اشتراک بگذارید. ساختار سیلیکات هم می توانید لینک به اشتراک گذاری اتم ها در دو گوشه از 2SiO tetrahedrons، تشکیل ساختارهای زنجیره ای یا حلقه. شبکه ای از سیلیس به صورت زنجیره ای چهار ضلعی است و در دمای بالا، این زنجیره به راحتی گذشته هر اسلاید. به عنوان مذاب سرد می شود، کاهش انرژی حرارتی ارتعاش و زنجیر نمی تواند به آسانی حرکت کنند به طوری که ساختار سفت و سخت تر می شود. سیلیس مهم ترین ماده تشکیل دهنده شیشه است، اما اکسیدهای دیگر آن، به تغییر ویژگی های خاص فیزیکی و یا به کاهش نقطه ذوب است.

سرامیک مواد بلورین و یا نیمه بلورین 
اکثر سرامیک معمولا حاوی عناصر فلزی و غیر فلزی با اوراق قرضه یونی یا کووالانسی است. بنابراین، ساختار اتم فلزی، ساختار اتمهای غیر فلزی، و تعادل از اتهامات عنوان شده علیه تولید شده توسط الکترونهای ظرفیتی باید در نظر گرفته شود. همانطور که با فلزات، سلول واحد در توصیف ساختار اتمی سرامیک مورد استفاده قرار می گیرد. سلول های مکعبی و شش ضلعی ها، بیشتر رایج است. علاوه بر این، تفاوت در شعاع بین یون های فلزی و غیر فلزی، نقش مهمی در تنظیم سلول واحد است.

در فلزات، آرایش منظم اتم ها به هواپیماهای پر بسته بندی شده به وقوع لغزش تحت استرس منجر می دهد که فلز چکش خواری مشخصه آنها است. در سرامیک، شکستگی شکننده و نه از لغزش شایع است، زیرا هر دو آرایش اتم ها و نوع پیوند متفاوت است.شکستگی و یا هواپیما رخ سرامیک در نتیجه هواپیما از اتم ها بطور منظم و مرتب است.

ضوابط ساختمان در ساختار بلوری عبارتند از:

  • حفظ بی طرفی
  • تعادل اتهام دیکته فرمول شیمیایی
  • رسیدن به نزدیک ترین بسته بندی

تعداد کمی از انواع مختلف مواد سرامیکی در خارج از خانواده شیشه ای در زیر توضیح داده شده است.

سرامیکهای سیلیکاتی 
همانطور که قبلا ذکر شد، ساختار سیلیکا ساختار اساسی برای بسیاری از سرامیک، و همچنین شیشه است. این شامل آرایش داخلی هرم (چهار ضلعی یا چهار طرفه) واحد است. چهار اتم اکسیژن بزرگ (0) هر سیلیکون کوچکتر (SI)، اتم را احاطه کرده است. هنگامی که tetrahedrons سیلیس به اشتراک گذاشتن سه اتم گوشه، تولید سیلیکات لایه (تالک، کائولینیت رس، میکا). خشت مواد خام اولیه برای بسیاری از محصولات ساختمانی از قبیل آجر و کاشی است. هنگامی که tetrahedrons سیلیس چهار اتم وارد به اشتراک گذاری، تولید سیلیکات چارچوب (کوارتز، تریدیمیت). کوارتز تشکیل می شود زمانی که tetrahedra در این ماده در یک مد منظم و به طور منظم، مرتب شده است. اگر سیلیس در حالت مذاب سرد می شود بسیار به آرامی آن را در نقطه انجماد متبلور است. اما اگر سیلیس مذاب سرد می شود به سرعت در حال جامد منجر به آرایش نامنظم است که شیشه است.

سیمان 
سیمان (سیمان پرتلند) یکی از مواد اصلی بتن است. تعدادی از مقاطع مختلف و سیمان وجود دارد، اما سیمان پرتلند معمولی حاوی 19 تا 25 درصد SiO 2 در 5 تا 9 درصد در 2 O  60 تا 64 درصد کائو و 2 تا 4٪ FeO. سیمان توسط سنگ زنی سنگ آهک و خاک رس به نسبت مناسب، در کوره آتش، و regrinding آماده کرده است. وقتی آب اضافه شده است، مواد معدنی و یا تجزیه ترکیب با آب، و مرحله جدیدی در سراسر توده رشد می کند. واکنش محلول، تبلور مجدد، و بارش از ساختار سیلیکات است. مهم آن است که معمولا برای کنترل میزان آب برای جلوگیری از مازاد که نمی خواهد بخشی از ساختار و آن را تضعیف.گرمای هیدراتاسیون (حرارت واکنش در جذب آب) در تنظیمات سیمان می تواند بزرگ باشد و می تواند باعث خسارت در سازه های بزرگ شود.

سرامیک نیترید 
از نیتریدها ترکیب سختی برتر از سرامیک با پایداری حرارتی و مکانیکی بالا، ساخت آنها را برای برنامه های کاربردی به عنوان ابزار برش، مقاوم در برابر سایش قطعات و اجزای ساختاری در دماهای بالا مناسب است. Tin را دارای ساختار مکعبی است که شاید ساده ترین و شناخته شده ترین نوع ساختار است. کاتیونها و آنیونها هر دو دروغ در گره های شبکه FCC جداگانه. ساختار بدون تغییر در صورت Ti و N اتم (دیوارها) مبادله.

سرامیک فروالکتریک 
بسته به نوع ساختار بلوری، در برخی از شبکه بلور، مراکز بارهای مثبت و منفی منطبق نیست حتی بدون استفاده از میدان الکتریکی خارجی است. در این مورد، گفته می شود که وجود دارد قطبش خود به خود در کریستال وجود دارد. وقتی قطبش از دی الکتریک را می توان توسط یک میدان الکتریکی تغییر می کند، فروالکتریک نامیده می شود. نمونه سرامیک فروالکتریک تیتانات باریم، BaTiO 3 است.مواد فروالکتریک، به خصوص سرامیک چندبلوری، بسیار امیدوار کننده برای انواع زمینه های کاربرد مانند مبدلهای فیزوالکتریک / electrostrictive، و electrooptic.

نمودار فاز 
نمودار فاز مهم در درک شکل گیری و کنترل ریز ساختار سرامیک های چند فازه است، درست مانند آن را با مواد فلزی چند فازه است. همچنین، ساختار nonequilibrium ها حتی شایع در سرامیک به دلیل ساختارهای بلوری پیچیده تر سخت تر به هسته است و به رشد از مذاب.

عیوب در سرامیک 
عیوب در کریستال سرامیک عبارتند از نقص نقطه و ناخالصی مانند در فلزات. با این حال، در نقص سرامیک تشکیل شده است به شدت از شرایط بی طرفی اتهام تحت تاثیر قرار می گیرند زیرا ایجاد مناطق از اتهامات عنوان شده علیه نامتعادل نیاز به مصرف مقدار زیادی از انرژی است. در بلورهای یونی، بی طرفی شارژ اغلب در نقص که به عنوان جفت یونهای با بار مخالف و یا چند نقص نقطه ای نزدیک که در آن جمع از همه اتهامات صفر است آمده است. اتهام نقص خنثی شامل فرنکل و نقص شاتکی. نقص فرنکل زمانی اتفاق می افتد که یک اتم میزبان حرکت می کند را به یک موقعیت بینابینی در این نزدیکی هست برای ایجاد یک جفت جای خالی بینابینی از کاتیونهای. شاتکی، نقص یک جفت از این نزدیکی هست کاتیون و آنیون های خالی است.نقص شاتکی زمانی اتفاق می افتد که یک اتم میزبان را ترک جایگاه خود را و حرکت به سطح و در ایجاد یک جفت جای خالی خالی است.

گاهی اوقات، ترکیب ممکن است کمی تغییر در رسیدن به اتهام اتمی متعادل تر است.مواد جامد مانند SiO 2 در، که به خوبی تعریف فرمول شیمیایی، ترکیبات محاسبه میزان عناصر نامیده می شوند. هنگامی که ترکیب جامد انحراف از فرمول شیمیایی استاندارد، منجر به جامد است گفته می شود nonstoichiometric. Nonstoichiometry و وجود نقص نقطه در یک جامد اغلب از نزدیک مرتبط است. جای خالی آنیون منبع nonstoichiometry را در SiO 2-X

مقدمه از اتم های ناخالصی در شبکه است به احتمال زیاد در شرایطی که در آن مسئول حفظ می شود. این مورد از ناخالصی الکتریکی است که جایگزین یا آنیون شبکه، با الکتروپوزیتیوه ناخالصی substitutional است. این است که احتمال بیشتری برای شعاع یونی مشابه به حداقل می رساند از آنجایی که این انرژی مورد نیاز برای اعوجاج شبکه.نقص ظاهر خواهد شد در صورتی که اتهام از ناخالصی ها متعادل نیست.

 

فیروز رضائی ; ٥:٠٧ ‎ب.ظ ; ۱۳٩۱/٢/۱٩