سرامیک به انگلیسی: (Ceramic) یک ماده جامد غیر فلزی غیر آلی است که از ترکیبات فلزی یا غیر فلزی تشکیل شده و با گرم شدن در دمای بالا شکل گرفته و سپس سخت شده‌است. به‌طور کلی، سرامیک‌ها موادی سخت، شکننده و مقاوم در برابر خوردگی هستند. نمونه‌های معمول آن سفال، ظروف چینی و آجر است.
گستره بلورینگی مواد سرامیکی از کاملاً جهت دار، تا شبه-کریستالی، شیشه ای شده، و گاهی حتی کاملاً اریخت (برای مثال شیشه) متغیر است. در بیشتر مواقع، سرامیک‌های پخته شده، شیشه ای یا نیمه-شیشه ای هستند، همان‌طور که در مورد ظروف سفالی، ظروف سنگینه و ظروف چینی مشاهده می‌شود. متغیر بودن تبلور و ترکیب الکترون در پیوندهای یونی و کووالانسی باعث می‌شود که بیشتر مواد سرامیکی عایق‌های حرارتی و الکتریکی خوبی باشند (تحقیقات گسترده‌ای در مهندسی سرامیک انجام شده‌است). با چنین طیف وسیعی از گزینه‌های ممکن برای ترکیب یا ساختار یک سرامیک (به عنوان مثال تقریباً تمام عناصر، تقریباً انواع پیوندها و تمام سطوح تبلور)، دامنه موضوع سرامیک‌ها بسیار گسترده‌است، و تعیین ویژگی‌های قابل شناسایی (برای مثال سختی، سفتی، هدایت الکتریکی و غیره) برای کل گروه دشوار است. سرامیک‌ها عموماً دارای خواصی از قبیل: دمای ذوب بالا، سختی بالا، رسانایی ضعیف، مدول الاستیسیته بالا، مقاومت شیمیایی بالا و شکل‌پذیری کم هستند. می توانید این تحقیق مهندسی صنایع را به صورت فایل word دانلود نمایید.
مقدمه
اولین سرامیک‌های ساخته شده توسط انسان اشیا سفالی (به عنوان مثال گلدان یا ظروف) یا مجسمه‌های ساخته شده از خاک رس بودند، که یا به خودی خود یا با مواد دیگری مانند سیلیس مخلوط شده و در آتش تف جوشی و سخت شده‌است. بعدها سرامیک‌ها لعاب زده و پخته شدند تا سطوح صاف و رنگی ایجاد شود و تخلخل از طریق استفاده از پوشش‌های سرامیکی شیشه ای و آمورف بر روی زیرلایه‌های سرامیکی بلوری کاهش یابد.[۴] سرامیک‌ها امروزه شامل محصولات خانگی، صنعتی، و ساختمانی هستند و همچنین طیف وسیعی از هنرهای سرامیکی وجود دارد. در قرن بیستم، مواد سرامیکی جدیدی برای استفاده در مهندسی سرامیک پیشرفته، مانند نیمه هادی‌ها ساخته شد.
کلمه «سرامیک» از کلمه یونانی (κεραμικός keramikos)، به معنای «سفال» یا «برای سفال»،[۵] و آن از (κέραμος keramos)، به معنای «سفالگر، کاشی، سفال» آمده‌است.[۶] اولین اشاره شناخته شده به ریشه «سرامـ» مربوط به واژه یونانی-مایکایی ke-ra-me-we، به معنای «کارگران سرامیک» است که با خط هجایی «خط ب» نوشته شده‌است.[۷] کلمه «سرامیک» ممکن است به عنوان صفت برای توصیف یک ماده، محصول یا فرایند استفاده شود، یا ممکن است به عنوان یک اسم، به صورت مفرد یا به‌طور معمول، به عنوان اسم جمع استفاده شود.[۸]
طبیعت و ساختار سرامیک‌ها
مواد سرامیکی ترکیباتی از عناصر فلزی و غیر فلزی هستند (اغلب به شکل اکسید، کاربید و نیترید) و در ترکیبات و فرم‌های بسیار متنوعی وجود دارند. بیشتر آنها ساختارهای بلوری دارند، اما برخلاف فلزات، الکترون‌های پیوندی به‌طور کلی اسیر پیوندهای یونی یا کووالانسی قوی هستند. فقدان الکترون آزاد باعث می‌شود مواد سرامیکی رسانای الکتریکی ضعیفی بوده و این امر همچنین باعث می‌شود بسیاری از مواد سرامیکی در مقاطع نازک شفاف باشند. به دلیل استحکام پیوندهای اولیه، بیشتر سرامیک‌ها دارای دمای ذوب بالا، سفتی بالا و استحکام فشاری بالا هستند]۱۲[
ساختارهای کریستالی مواد سرامیکی می‌تواند کاملاً متفاوت از ساختارهای مشاهده شده در فلزات باشد. در بسیاری از سرامیک‌ها، اتم‌هایی با اندازه‌های کاملاً متفاوت، باید در یک ساختار یکسان قرار بگیرند، به همین دلیل مکان‌های بینابینی بسیار مهم می‌شوند.
سرامیک‌ها در کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی
مواد سرامیکی همچنین انواع مختلفی از خواص مفید الکتریکی و مغناطیسی را ارائه می‌دهند. از برخی از سرامیک‌ها، مانند کاربید سیلیسیم، به عنوان مقاومت الکتریکی و المنت حرارتی دما-بالا برای کوره‌های الکتریکی استفاده می‌شود. برخی دیگر دارای خواص نیمه رسانایی هستند و در ساخت ترمیستورها و یکسو کننده‌ها استفاده می‌شوند. همچنین از رفتارهای دی الکتریک، پیزوالکتریک و فروالکتریک می‌توان در بسیاری از کاربردها استفاده کرد. برای مثال از باریم تیتانات در ساخت خازن‌ها و ترنسدیوسرها استفاده می‌شود. سرامیک‌های پایه رسی چگالی-بالا و اکسید آلومینیوم عایق‌های ولتاژ-بالای بسیار خوبی هستند و برای مثال در ساخت شمع‌های خودرو استفاده می‌شود. از فریت‌های مغناطیسی در کاربردهای مغناطیسی بسیاری استفاده شده‌است. مطالعات زیادی نیز بر روی ابررساناهای سرامیکی «دما-بالا» صورت گرفته‌است.
سرامیک‌های ساختمانی و پیشرفته
به دلیل پیوند یونی یا کووالانسی قوی و مقاومت برشی بالا، مواد سرامیکی دارای شکل‌پذیری کم و مقاومت فشاری بالایی هستند. از لحاظ تئوری، سرامیک‌ها همچنین می‌توانند مقاومت کششی بالایی داشته باشند. با این حال، به دلیل دمای ذوب بالا و نداشتن قابلیت شکل‌پذیری، بیشتر سرامیک‌ها در حالت جامد فرآوری شده، و محصولات از مواد پودری ساخته می‌شوند. پس از چندین مرحله تراکم، حفره‌ها بین ذرات پودر باقی می‌مانند و بخشی از این حفره‌ها در طی فرایند تفجوشی پایدار باقی می‌مانند. سطوح ذرات ممکن است آلوده شده و سپس این آلودگی‌ها بخشی از ساختار داخلی محصول نهایی شوند. در نتیجه، دستیابی به چگالی کامل نظری بسیار دشوار است، و ترک‌های کوچک، منافذ و اجزای ناخالصی تمایل دارند که جزئی جدایی ناپذیر از بیشتر مواد سرامیکی باشند. این موارد به عنوان متمرکز کننده‌های تنش‌های مکانیکی عمل می‌کنند. با اعمال نیروها، اثر این عیوب را نمی‌توان از طریق حرکت خمیری کاهش داد، و نتیجه آن به‌طور کلی شکست ترد است. با استفاده از اصول مکانیک شکست، متوجه می‌شویم که سرامیک‌ها به نقص‌های بسیار کوچک هم حساس هستند.[۱۶]
از آنجا که تعداد، اندازه، شکل و محل نقص احتمالاً از بخشی به بخش دیگر متفاوت است، قطعات سرامیکی تولید شده از مواد یکسان با روش‌های یکسان اغلب در بارهای اعمال شده بسیار متفاوتی از کار می‌افتند. در نتیجه، خواص مکانیکی محصولات سرامیکی از توزیع آماری گسترده‌تری پیروی می‌کنند که پیش‌بینی شکست در آنها نسبت به فلزات بسیار دشوارتر است. این ویژگی باعث محدودیت استفاده از سرامیک‌ها در کاربردهای حیاتی مقاومت-بالا می‌شود.[۱۶]
سرامیک پیشرفته (که به آن سرامیک ساختمانی یا سرامیک مهندسی نیز گفته می‌شود) یک فناوری در حال ظهور است که دارای پایه وسیعی از کاربردهای فعلی و بالقوه است. مواد پایه در حال حاضر شامل: نیترید سیلیسیم، کاربید سیلیسیم، زیرکونیای نیمه پایدار، زیرکونیای سفت شده تبدیلی، آلومینا، سیالون، کاربید بور، نیترید بور، دیبورید تیتانیوم و کامپوزیت‌های سرامیک (مانند الیاف سرامیکی در شیشه، سرامیک-شیشه یا ماتریس سرامیکی) هستند. مواد و محصولات با خصوصیاتی از قبیل استحکام و سختی بالا، مقاومت در برابر شکستگی بالا، مقاومت در برابر گرما و مواد شیمیایی، اندازه دانه ریز و تخلخل کم یا بدون آن مشخص می‌شود. کاربردهای آنها عبارتند از: طیف گسترده‌ای از قطعات مقاوم در برابر سایش شامل ابزارهای برش، پانچ، قالب و اجزای موتور (مانند یاتاقان، سیل و شیرها)، و همچنین استفاده در مبدل‌های حرارتی، توربین‌های گاز و کوره‌ها.[۱۶]
سرامیک 2
پیشینه 4
طبیعت و ساختار سرامیک‌ها 4
شکنندگی سرامیک‌ها 6
انواع سرامیک‌ها و کاربردهای آنها 7
محصولات خاک رسی و سرامیک‌های سفید 7
مواد نسوز 8
مواد ساینده 9
سرامیک‌ها در کاربردهای الکتریکی و مغناطیسی 9
شیشه‌ها 9
شیشه-سرامیک‌ها 10
سرمت‌ها 11
سیمان‌ها 11
پوشش‌های سرامیکی 11
سرامیک‌های ساختمانی و پیشرفته 12
سرامیک‌های پیشرفته به عنوان ابزار برش 14
سرامیک‌های دمای-فوق-بالا 15
بازار صنعت سرامیک 16
کاربردهای مختلف مواد سرامیکی 17
پانویس 20