مساحيق السيراميك هي حبيبات من أكاسيد أو نيتريدات السيراميك الدقيقة، تُستخدم في صناعة المكونات الخزفية. نوع وطبيعة سيراميك مسحوق يعتمد ذلك على الاستخدام النهائي للسيراميك. بعض أكثر طرق التصنيع شيوعًا عالميًا مسحوق السيراميك تمت مناقشتها في المقالة أدناه.

ما هو مسحوق السيراميك؟

أ سيراميك مسحوق من المعروف أنها تتويج للجسيمات الدقيقة. كما هو موضح أعلاه، مساحيق السيراميك مصنوعة من مكونات مثل أكسيد الألومنيوم والسيليكون والزركونيوم. ويمكن أيضًا تصنيعها من كربيدات ونتريدات مواد خزفية.

أثناء صنع مسحوق السيراميكمن النقاط الأساسية التي يجب التأكد منها هي سهولة التعامل مع المسحوق. لهذا السبب، مسحوق السيراميك تُشكّل مواد مضافة معينة بالإضافة إلى التكتلات. كما تستخدم عامل ربط وعامل فصل. يحافظ عامل الربط على بقاء المسحوق سليمًا أثناء التشكيل، بينما يُطلق عامل الفصل السيراميك من القالب.

فيما يتعلق بطبيعة مسحوق سيراميك، مسحوق سيراميك تعتمد الكفاءة على عدة كيانات. يلعب حجم الجسيمات وتوزيعها دورًا مهمًا عندما يتعلق الأمر بخصائص مسحوق السيراميكتؤثر كمية عامل الربط والفصل في المسحوق على طبيعته. ومن العوامل المؤثرة الأخرى وجود أي عيوب أو تكتلات.

من ماذا يتكون مسحوق السيراميك؟

على ملاحظة هيكلية مفصلة للغاية، مساحيق السيراميك تتكون من جسيمات تُسمى تكتلات. الجسيمات الأولية هي بلورات تتكون من خلايا أحادية الوحدة، مرتبة إما بشكل منتظم أو عشوائي. أما الجسيم الثانوي، فيتكون من تصادم الجسيمات الأولية، ويُعرف باسم تكتلات. يتم التحكم في خصائص التكتلات عادةً أثناء عملية التخليق أو التحبيب.

ما لم تكن هناك جهود للسيطرة على حجم الجسيمات، فإن متوسط حجم التكتل يظل مساويًا لمتوسط حجم الجسيمات في مساحيق السيراميكيُحدد حجم الجسيمات طبيعة مسحوق السيراميك، سواءً كان سهل التشكيل أم لا. يُعرض أعلاه رسم توضيحي لتركيب مسحوق السيراميك كمرجع.

ما هي استخدامات مسحوق السيراميك؟

مدى درجة الحرارة مساحيق السيراميك تقع بين المكونات الخزفية والسبائك. مساحيق السيراميك تتمتع بمتانة عالية ونقطة انصهار أعلى ومرونة أفضل ومقاومة للتآكل ومقاومة للتلف. مساحيق السيراميك تبقى سليمة حتى عند درجة حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية. وتستمر دون أي تدهور حتى 1900 درجة مئوية.

مساحيق السيراميك كما أنها عوازل كهربائية أفضل. نذكر هنا بعضًا من أبرز استخدامات مساحيق السيراميك كمرجع.

تطبيق في مجال السيراميك المتقدم

• الخصائص العازلة لـ مسحوق السيراميك جعلها مناسبة لتصنيع المكونات الكهربائية. مساحيق السيراميك يتم استخدامها في صنع ركائز الدوائر الكهربائية المتكاملة والعوازل والمكثفات.

• تُستخدم في مواد الاستشعار ومكونات المحركات وغيرها من المواد التي تُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية. باختصار، مساحيق السيراميك تستخدم في تصنيع الأجهزة الكهرضغطية.

• مساحيق السيراميك يمكن استخدامه أيضًا كطلاءات واقية في صناعات السيارات والطائرات للتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة. بمجرد استخدامه كجزء أساسي من المحرك، يتحكم مسحوق السيراميك في تأثير الحرارة على الملحقات.

• مسحوق السيراميك متوافق حيويًا. يُستخدم كمواد سيراميكية حيوية في زراعة الأسنان وتيجان الأسنان. وتحظى مساحيق السيراميك بشعبية واسعة في طب الأسنان بفضل ملمسها الناعم ومتانتها الهيكلية.

استخدام مسحوق السيراميك في مجال السيراميك التقليدي والصناعات

• مساحيق السيراميك تُستخدم كمواد بناء للفخار التقليدي وتُستخدم في الفخار التقليدي فنون عجينة السيراميك.

• يتم استخدامها كبطانات مقاومة للحرارة لتحقيق استقرار حراري أفضل.

• مساحيق السيراميك تُستخدم أيضًا كمكونات أساسية في أدوات القطع والطحن. وهي مقاومة للتآكل ومعروفة بمتانتها الميكانيكية.

• يُمكن استخدام مسحوق السيراميك أيضًا في صناعة الطلاء. يضمن مسحوق السيراميك مقاومة التآكل، والاستقرار الحراري، وزيادة المتانة.

• يتم استخدام المساحيق الخزفية في الطباعة ثلاثية الأبعاد للحصول على أجزاء خزفية معقدة وتوفر دقة عالية.

التطبيقات المستقبلية لمساحيق السيراميك

• تعتبر المساحيق الخزفية بمثابة مادة بحثية في مجال البطاريات ذات الحالة الصلبة
• يتم تطوير مساحيق السيراميك النانوية كمواد سيراميكية متقدمة ومن المتوقع أن ينمو هذا التطور بشكل أكبر بحلول عام 2031.

كيفية صنع مسحوق السيراميك

هناك مجموعة متنوعة من طرق التصنيع العالمية لإنتاج مساحيق السيراميك. دعونا نتناول الجوانب المختلفة لبعض أشهر طرق المعالجة.

الطحن أو الطحن

الطحن هو عملية تصنيع تقليدية للمساحيق. في هذه العملية، تُطحن المادة الخام حتى يقل حجم الجسيمات. مسحوق السيراميك يتم تشكيلها. يمكن أن يتم الطحن إما عن طريق الطحن بالكرات أو عن طريق الطحن بالتآكل.

في طحن الكرات، تُستخدم كرات صلبة لطحن المواد الخام. يُنتج طحن الكرات مساحيق ناعمة، حيث تلعب قوى القص والصدم دورًا رئيسيًا. صُممت كرة الطحن للعمل بسرعة تفوق السرعة الحرجة للحصول على نتائج طحن أفضل. يستخدم طحن التآكل قوة الاحتكاك لتقليل حجم الجسيمات لإنتاج... مساحيق السيراميك.

التجفيف بالتجميد لإعداد مساحيق السيراميك

يتم استخدام التجفيف بالتجميد أو التجفيف لإنتاج مواد قابلة للتشكيل مساحيق السيراميكيُصنع المسحوق من رذاذ سيراميكي مُرشوش بالتجفيف بالتجميد. في هذا التجفيف، يُبرَّد الرذاذ إلى ما دون نقطة الانصهار في البداية، ثم تُزال الرطوبة عن طريق التجفيف.

التجفيف الأولي يزيل أقصى قدر من الرطوبة، يليه التجفيف الثانوي. بعد انتهاء العملية، يتم الغلق المفرغ من الهواء باستخدام غاز خامل. عملية التجفيف بالتجميد لـ مسحوق السيراميك تعتبر التحضيرات مكلفة بشكل عام.

التجفيف بالرش

التجفيف بالرش هو تقنية مجربة عندما يتعلق الأمر بالإنتاج مساحيق السيراميك ذات طبيعة حبيبية. التجفيف بالرش لتشكيل مساحيق السيراميك يمكن الحصول على مسحوق متجانس بنطاق رطوبة يتراوح بين 5 و7%، مما يوفر مرونة أفضل. يُعزى ذلك إلى الطحن الرطب للطين أو المواد المكونة له. يتمثل القلق الرئيسي من التجفيف بالرش واستخدام عوامل الترطيب في استهلاك الطاقة والمياه المرتفعين في هذه العملية.

الجسيمات الحبيبية الناتجة عن التجفيف بالرش تكون كروية الشكل تقريبًا وذات أسطح ناعمة. يتراوح حجم جسيماتها بين ١٢٥ و١٠٠٠ ميكرون. تكون الجسيمات مجوفة من الداخل بسبب الظاهرة الفيزيائية لتكوين الحبيبات.

التحبيب الخلطي عالي القص

طريقة التحبيب بالخلط عالي القص مسحوق السيراميك الإنتاج هو تقنية إنتاج جاف. من أهم مزايا هذه العملية انخفاض استهلاك الطاقة والمياه. في تقنية التحبيب بالخلط عالي القص، مسحوق السيراميك تتم عملية تكوين التكتلات في طاحونة البندول بمساعدة الماء.

توفر تقنية الخلط بالقص العالي حجم حبيبات يتراوح بين 300 و500 ميكرومتر. الحد الأدنى المتوقع من هذه العملية هو حوالي 125 ميكرومترًا، وهو ما يُشبه تقريبًا حجم حبيبات التجفيف بالرش.

تكنولوجيا الضغط المتدحرج

تعتمد طريقة ضغط الدرفلة لإنتاج السيراميك المسحوق على نقل المسحوق الجاف من مطحنة البندول إلى جهاز التكوير. يقوم هذا الجهاز بضغط المسحوق ثم طحنه إلى مسحوق ناعم.

إن تقنية الضغط القصي ليست فعالة عندما يتعلق الأمر بحجم الحبوب المتجانس، ومع ذلك فإن السلوك الخزفي للمساحيق سيكون ضمن النطاق المفيد.

كيفية صنع السيراميك

هذا القسم مهم لإلقاء الضوء على سبب حاجتنا إليه مساحيق السيراميك. فهم عام بسيط، مساحيق السيراميك يُستخدم كمادة خام لصناعة السيراميك. تشمل عمليات تصنيع السيراميك باستخدام مسحوق السيراميك الضغط، والبثق، والقولبة بالحقن، والانزلاق الشريطي، والصب بالهلام.

• الضغط هو عملية تحويل مسحوق السيراميك من شكل حبيبي إلى شكل أكثر كثافة بزيادة قوة التماسك. تتضمن هذه الطريقة الضغط الساخن والبارد. بعد الضغط، تُحَمَّد المادة للحصول على السيراميك.

• تُستخدم عملية قولبة الحقن للحصول على أشكال عالية الدقة أو للحصول على أشكال هندسية معقدة. وهي عملية تُستخدم لتصنيع السيراميك المؤكسد وغير المؤكسد، وتُفضّل في الصناعات المختلفة.

• يُعدّ صبّ الشريط شائعًا لتصنيع ركائز لوحات الدوائر المطبوعة. يُصبّ مسحوقٌ مع رابط بوليمري على مادة غير لاصقة مثل التفلون. ثم يُضغط الملاط للحصول على السُمك المطلوب واللمسة النهائية الناعمة.

• يُستخدم الصب الانزلاقي عندما لا يمكن استخدام طريقة الفخار التقليدية. تضمن هذه الطريقة دقة عالية. عند خلط المسحوق مع المعلق، تُشكّل المادة انزلاقًا يُعاد توجيهه إلى قالب مسامي. بعد ذلك، يُجفف القالب، وتُصبح طبقة السيراميك الصلبة جاهزة للاستخدام.

• يستخدم صب الهلام جذرًا حرًا، ومونومرًا، وعامل ربط متقاطع، تُستخدم جميعها لصنع معلق. يُسكب خليط الهلام الناتج في قالب لتصلبه وتشكيل المادة الخزفية المطلوبة. بعد تشكيل السيراميك، تُلبَّد المادة الخضراء وتُزال البقايا.

• البثق عملية بسيطة نسبيًا، حيث يمر المسحوق عبر قالب ليصل إلى شكل المكون المطلوب. يمكن أن تكون عملية البثق جافة وباردة أو ساخنة، وذلك حسب القوة الميكانيكية المطلوبة للجسم.

التعليقات الختامية

مساحيق السيراميك تلعب دورًا مهمًا في تنظيم الخصائص الوظيفية لمختلف درجات السيراميك. مسحوق السيراميك تلبي تقنيات التصنيع متطلبات العقارات المختلفة. لذا، من الضروري معرفة عملية التصنيع بشكل أفضل. هذا يساعد المهندس على تحديد عملية التصنيع المناسبة للعقار المطلوب.