سبد خرید شما خالی می باشد.
سبد خرید0

دانستنی های جالب سرامیک

انواع سرامیک

مردم از هزاران سال قبل شروع به ساختن سرامیک کردند (سفال، شیشه و آجر از اولین مواد سرامیکی ساخته شده توسط انسان هستند). امروز، ما هنوز هم در حال طراحی سرامیک هستیم، البته از انواع جدید آن، چیزهایی مثل مبدل های کاتالیزوری برای ماشین های امروز و ابررساناهای دمای بالا برای رایانه های فردا.

 

دانشمندان مواد مایلند سرامیک ها را بر دو نوع دسته بندی کنند: سرامیک های سنتی و سرامیک های پیشرفته یا مهندسی شده. تفاوت کاملا بزرگی بین سرامیک های قدیمی همه کاره مانند آجر و شیشه، با سرامیک های مدرن و مهندسی شده ای وجود دارد که گاهی فقط برای یک هدف اختصاصی طراحی شده اند، مانند فیلتر دوده موتور دیزل کامیون یا ساخت مته ای که زمان عمل آن پنج برابر باشد.

 

سرامیک بدنه

 کاشی سرامیک بدنه مثالی برای سرامیکهای سنتی است

  • سرامیک های سنتی

شما چگونه سرامیک ها را می سازید؟

سرامیک ها معمولا با یک ماده پایه خاک رس شروع می شوند. این ماده با حفر زمین بدست آمده و با آب مخلوط می شود تا نرم و قابل انعطاف باشد. سپس همراه با سایر مواد، در اجاق های های صنعتی بزرگی به نام کوره، در حرارت بالا پخته می شود. پخته شدن چیزی است که در بیشتر سرامیک ها مشترک است. کلمه سرامیک در اصل از زبان سانسکریت گرفته شده و به معنای سوزانیدن است. این چهار فرایند اساسی (حفر زمین جهت به دست آوردن مواد خام, افزودن آب, شکل دادن، پختن) برای هزاران سال در ساختن سرامیک به کار گرفته می شده است.

خاک رس, ماده خام پایه سرامیک

موسسه مطالعات زمین شناسی ایالات متحده، 6 نوع خاک رس استخراج شده در آن کشور را به ترتیب زیر فهرست کرده است:

  1. خاک رس معمولی: اغلب برای آجر, سیمان، و سنگدانه یا اگریگیت به کار می رود.
  2. کائولین (خاک رس چینی): بطور گسترده برای ساختن کاغذهای براق مورد استفاده قرار می گیرد.
  3. بنتونیت: استفاده های صنعتی متنوعی دارد، شامل گل حفاری، شن و ماسه ریخته گری, و حتی در محصولات خانگی برای جذب مواد دفعی حیوانات خانگی استفاده می شود.
  4. خاک رس توپی شکل: یک رس با کیفیت بالاست که به دلیل کاربرد آن در سرامیک ها, وسایل بهداشتی، کاشی کف (سرامیک کف) و کاشی بدنه (سرامیک بدنه), ارزش زیادی دارد.
  5. فولرز ارث (Fuller's Earth): در محصولات جاذب مواد دفعی حیوانات خانگی مورد استفاده قرار می گیرد.
  6. فایر کلی (Fire Clay): در آجرهای نسوز (درجه حرارت بالا) و سیمان به کار می رود.

خاک رس

خاک رس ماده خام اصلی برای تولید مصنوعاتی نظیر کاشی سرامیک بدنه و کاشی سرامیک کف است و انواع مختلفی دارد

 

هریک از اینها همچنین، دارای درجه بندی ها و کیفیت های گوناگون متعددی هستند، بنابراین شاید صحیح تر باشد که درباره خاک رس چینی یا خاک رس توپی شکل در جمع صحبت کنیم. به عنوان نمونه، خاک رس توپی شکل, برای ساختن چیزهایی نظیر ظروف چینی ظریف و در سوئیت های حمام به کار میرود. ولی حتی در یک معدن خاک رس توپی شکل هم، بطور همزمان، از مناطق مختلف، گل رس هایی با درجه بندی های مختلف یافت می شود و برای مصارف مختلف، به صورت جداگانه نگهداری می شود (گاهی هم به روش های مختلف به مخلوط ها اضافه می شود).

 

شکل دادن به سرامیک ها

سرامیک های خام قبل از حرارت دیدن در کوره، به صورت های مختلفی شکل می گیرند. برای ساختن محصولات مختلف، از فرایندهای مختلف تولید استفاده می شود.   مثلا لوله ها با روش اکستروژن (extrusion) ساخته می شوند ( در این روش خاک رس را با فشار از داخل یک حفره عبور می دهند، تقریبا شبیه خمیردندان). شیشه ها از طریق دمیدن، قالب ریزی و یا شناور کردن بر سطح آب (فرایند تولید شیشه شناور که توسط آن پنجره های بزرگ و مسطح ساخته می شوند) شکل می گیرند. آجرها تقریبا همیشه در قالب ساخته می شوند تا اطمینان حاصل شود که اندازه و شکل ثابت دارند و می توانند در دیوار قرار گیرند. در حالی که خیلی از سفال های مدرن قالب ریزی می شوند، ولی هنوز بعضی ها به شیوه سنتی و دستی ساخته می شوند. این کار با کمک چرخی که با پا حرکت می کند، صورت می گیرد.

 

دستگاه اکستروژن

سایر فرایندهای شکل دهی سرامیک شامل فشار (فشار دادن پودر به داخل یک قالب), ریخته گری، و جیگرینگ (قرار دادن مواد خام در یک قالب چرخان) می باشد. سرامیک های مهندسی شده مدرن، غالبا به روش های پیشرفته تری تولید می شوند. مثلا، سیلیکون نیتریدی که در ابزارهای برش به کار میرود، توسط اتصال واکنشی (reaction bonding) ساخته می شود که در آن پودر سیلیکون خورد شده فرم گرفته، با گاز نیتروژن گرم می شود.

 

آجرها، یک نگاه نزدیک تر

آسان ترین راه برای ساختن یک خانه یا دیوار چیست؟ با آجرها، البته! آجرها مزایای متعددی دارند. استفاده از آنها ساده است، گران قیمت نیستند، ظاهر جذابی دارند و می توانند تا صدها سال باقی بمانند. بعضی از معروف ترین بناهای تاریخی از آجر ساخته شده اند، مثل بخش هایی از دیوار بزرگ چین و بسیاری از ساختمان هایی که در دوران امپراتوری روم ساخته شده است.

 

 

آجر چیست؟

سنگ، یک ماده ساختمانی طبیعی است که شما می توانید آن را در همان لحظه ای که از زمین استخراج می کنید، استفاده کنید. ولی, آجرها، قبل از اینکه در ساختن بنا به کار بروند، باید از گل رس ساخته شوند. همانطور که قبلا هم اشاره شد، گل رس یک سرامیک طبیعی است که بر پایه آلومینیوم، سیلیکون و اکسیژن ساخته می شود. اگر تا به حال خاک مرطوب غنی از گل رس را کنده باشید، باید بدانید که خیلی کلفت و چسبنده است. برای تبدیل این ماده چسبناک به آجر سخت و با دوام, ما باید آن را خرد و قالب ریزی کنیم تا به شکل قطعات مکعب مستطیل درآید و بعد در یک اجاق صنعتی به نام کوره در دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد (1800 درجه فارنهایت) حرارت دهیم.

 

آجرها به چند دلیل مصالح ساختمانی پر طرفداری هستند. اول این که آجر در سراسر دنیا وجود دارد و ساختن آن یک فرایند ساده است. به این ترتیب، آجرها در نفس خود خیلی ارزان قیمت هستند. آجرهای ساختمانی خیلی سبک تر از سنگ ها هستند و در مقایسه، کار کردن با آنها راحت تر است و گاهی با دوام تر هستند. آنها از نظر ظاهری جذاب و همچنین، ضد آب هستند و مانند سایر سرامیک ها در برابر حرارت مقاومت خوبی دارند.

با استفاده از گل رس های مختلف، امکان ساختن آجر در رنگ های گوناگون وجود دارد. آجرهای قرمز سنتی، رنگ خود را از آهن درون گل رس می گیرند، در حالی که آجرهای زرد، مقدار بیشتری آهک یا گچ دارند.

آجر

بسیاری از آجرها به دلیل آهن موجود، دارای این رنگ قرمز متمایز هستند

آجرها بر چند نوعند؟

آجرها اساسا بر دو نوعند: آجرهای ساختمانی معمولی و آجرهای نسوز. در اینجا به شرح مختصری درباره هرکدام می پردازیم:

 

  1. آجرهای ساختمانی

آجرهای ساختمانی در اندازه استاندارد ساخته می شوند (معمولا طول آنها 20 تا 22 سانتیمتر، عرض آنها 9 تا 11 سانتیمتر، و ارتفاع  آنها 5 تا 7 سانتیمتر است (حدودا 8 تا 8/5 اینچ طول، 3/5 تا 4 اینچ عرض, و 2 تا 3 اینچ ارتفاع). ابعاد آجر از یک کشور به کشور دیگر کمی متفاوت است. آجرهای ساختمانی از خاک رس با درجات بالاتری ساخته می شوند و حداقل در یک وجه، پرداخت می شوند تا در خانه ها و دیوارها جذاب به نظر برسند.

 

  1. آجرهای نسوز

آجرهای نسوز برای استفاده در درجه حرارت بالا ساخته می شوند و در پوشش داخلی وسایلی از قبیل دودکش های صنعتی و شومینه های خانگی،  به کار می روند. بنابراین میزان خام بودن آنها بیشتر است و پرداخت و جذابیت کمتری دارند. برخلاف آجرهای معمولی، اینها معمولا از مواد معدنی اولیه ای مانند خاک نسوز, آلومینا (اکسید آلومینیوم)، و دولومیت (کربنات کلسیم منیزیم) ساخته می شوند. بعضی از آنها برای تحمل حرارت بالای 2000 درجه سانتیگراد (3600 درجه فارنهایت) طراحی می شوند. مثلا کاشی های سرامیکی  که "شاتل فضایی" را وقتی که دوباره از فضا وارد جو کره زمین  شد، از حرارت محافظت می کردند، در واقع همان آجرهای نسوز بسیار نازک بودند.

 

کاشی سرامیکی

کاشی های سرامیکی محافظ "شاتل فضایی" از حرارت در واقع آجرهای نسوز بسیار نازک بودند

تفاوت فرایند تولید آجر نسوز با آجر ساختمانی

فرایند چهارگانه حفر خاک رس، آب دادن، شکل دادن و پختن آن ، اساسا روشی است ک از 6000 سال پیش تاکنون در ساخت آجر به کار می رفته است. آجرهای سنتی با دست شکل می گرفتند و در معرض آفتاب خشک می شدند، آجرهای خشتی خشک شده در آفتاب هنوز به این روش ساخته می شوند.

 

آجرهای نسوز (فایرکلی یا آجرهای فایرکلی) با فرایند کمی متفاوت تری ساخته می شوند. چون آنها باید بتوانند درجه حرارت های بالاتری را نسبت به آجرهای ساختمانی تحمل کنند، گل رسی که از آن ساخته می شوند، قبل از اینکه شکل بگیرد و وارد کوره شود، توسط کلوخ کوب های هیدرولیک فشرده می شود تا به توده متراکم تری تبدیل شود. به این دلیل است که آجرهای نسوز ، در اندازه های تقریبا مشابه، خیلی سنگین تر از آجرهای ساختمانی معمولی هستند.

 

  • سرامیک های صنعتی

سرامیکها عمدتا به صورت مواد غیر آلی، غیر فلزی تعریف می شوند که دارای ویژگی های مفیدی مثل استحکام و سختی بالا، درجه حرارت ذوب بالا، بی اثر بودن از لحاظ شیمیایی، و رسانایی کم گرمایی و الکتریکی هستند، ولی در عین حال، شکننده و خدشه پذیر نیز می باشند.

سرامیک ها به عنوان مواد کاربردی تاریخچه ای تقریبا به اندازه عمر بشر دارند. محصولات سرامیک سنتی از مواد معمولی که بطور طبیعی یافت می شوند نظیر خاک رس و ماسه ساخته می شوند که برای مدت طولانی هدف شیشه گری، آجر پزی و سفال بوده اند. از طرف دیگر سرامیک های مدرن پیشرفته غالبا در شرایط دقیق آزمایشگاهی تولید می شوند و مهارت های شیمیدان ها، فیزیکدان ها، و مهندسین را به یاری می طلبد. سرامیک ها ترکیبات سازنده متنوعی دارند و با تکنیک های گوناگونی پردازش می شوند.

پلت

پلت های سوخت هسته ای نمونه ای از کاربرد های سرامیک در زندگی مدرن است

 

کاربرد سرامیکها در صنعت

سرامیک ها در طیف گسترده ای از محصولات صنعتی تولید می شوند از کاشی کف و کاشی بدنه معمولی گرفته تا پلت های (قرص های) سوخت هسته ای. این محصولات متفاوت هنوز کاربرد خود را مدیون مجموعه ویژگی هایی هستند که در سطح جهانی به نام ویژگی های سرامیک-مانند می شناسند. این ویژگی ها نیز، به نوبه خود، وجود خود را مدیون پیوند های شیمیایی و ساختار های اتمی هستند.

 

سرامیک های مدرن, موضوع علمی روز

ترکیب، ساختار، و خواص سرامیک های صنعتی، پردازش آنها به مواد صنعتی و پیشرفته، و محصولات ساخته شده از آن مواد، موضوع بسیاری از مقالاتی است که روی محصولات خاص سرامیکی پیشرفته یا سنتی مثل وایت ها (گروهی از محصولات سرامیکی که معمولا، ولی نه الزاما، سفید هستند)، ساینده ها، سرامیک های رسانا و بیوسرامیک ها انجام می شود. با این حال، برای درک بهتر موضوع، به خواننده توصیه می شود مقالات اصلی ترکیب، ساختار و خواص محصولات سرامیکی را مطالعه کند.