علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

فیروز رضائی ; ۱٠:٥۸ ‎ق.ظ ; ۱۳٩٠/٩/٢۳