هيكلي السيراميك تُعرف هذه المادة بفوائدها المستقبلية. فهي تتميز بالعديد من الخصائص المتقدمة، مثل الخواص الحرارية والميكانيكية والكيميائية المُحسّنة. وتُستخدم في تطبيقات الفضاء، وعلم المعادن، والهندسة، والبصريات، وعلوم المواد. في الواقع، ما يجعل البنية الخاصة... السيراميك متميزة ومتنوعة هو ما تتم مناقشته هنا.
ما هي السيراميك الخاصة؟
خاص السيراميك هي عمومًا غير معدنية في تركيبها ومعروفة بقوتها ومتانتها ومقاومتها. خاصة السيراميك غالبًا ما تُلبّي هذه الأنظمة احتياجات المناطق ذات المتطلبات العالية حيث تتعطل الأنظمة الأخرى أو تفشل. السيراميك هي أكسيد السيراميك مثل الألومينا، وكربيد السيليكون، وN3، والكربيدات المكونة من النيوبيديوم والهافنيوم. السيراميك يتمتع بسلامة ميكانيكية عالية في البيئات القاسية.
بعض الأمثلة على الخاص السيراميك ويتم تقديم سياقات الاستخدام أدناه للرجوع إليها:
- أكسيد الألومينا أكسيد شائع سيراميك يستخدم في تصنيع الأجهزة الطبية وهو مفيد في التطبيقات الإلكترونية
- كربيد السيليكون صلب. خواص الصلابة والتوصيل الحراري العالي تجعله مناسبًا لتطبيقات السيارات والطائرات.
- نتريدات السيليكون مقاومة للتآكل والتلف، وتُصبح جزءًا لا يتجزأ من شفرات القطع والمحامل الميكانيكية.
- تُستخدم كربيدات النيوبيديوم والهافنيوم في درجات الحرارة القصوى. مادة سيراميكية ومن ثم فهي مناسبة للتطبيقات العسكرية والدفاعية والفضائية.
صلابة المواد السيراميكية
صلابة السيراميك هو مصطلح يرمز إلى سيراميك ومقاومته للتآكل. هذا سيخبرنا ما إذا كان سيراميك قادر على تحمل تأثيرات الضغط والاحتكاك والتآكل أثناء الاستخدام. السيراميك والتي تساهم بشكل فعال كمكونات لأدوات القطع وملحقات المحرك والمواد المستخدمة أثناء البناء.
صلابة السيراميك على مقياس موس
صلابة السيراميك مقياس موس يستخدمه المهندسون لتقدير صلابة سيراميك. في الواقع، مقاومة الخدش لـ مادة سيراميكية. إنه يولد قيمة تتراوح بين 1 إلى 10. باختصار، تخدش المادة الأكثر صلابة وتخلف انطباعًا على نظيرتها الأكثر نعومة.
- صلابة سيراميك الألومينا يبلغ عدد درجاته في مقياس موس 9. وهو يأتي بعد درجة الماس ويُستخدم كمواد كاشطة ومواد قاطعة.
- صلابة سيراميك كربيد السيليكون (SiC) ٩.٥. وهي مفيدة جدًا كمواد كاشطة، وتُستخدم في صناعة السترات الواقية من الرصاص. أصعب مادة سيراميكية.
- كربيدات النيوبيديوم والهافنيوم كلاهما لهما صلابة السيراميك حوالي 9، مما يجعلها مثالية للتطبيقات المعرضة للتآكل والتلف. كما تُستخدم في القطاعات العسكرية والفضائية.
- نتريد السيليكون له صلابة السيراميك موس قيمتها حوالي ٨.٥. تُستخدم بشكل رئيسي في شفرات التوربينات والمحامل الميكانيكية، وهي عرضة للتآكل والتلف.
الموصلية الحرارية للمواد السيراميكية
الموصلية الحرارية الخزفية منخفضة في السيراميك الخاص. بعض المعلومات الموثوقة عن التوصيل الحراري هي للرجوع إليها.
- الموصلية الحرارية تبلغ الطاقة الحرارية لأكسيد الألومنيوم حوالي 30 وات/متر كلفن مما يجعله مفيدًا للعزل الحراري وتبديد الحرارة في الأجهزة.
- التوصيل الحراري للسيراميك من SiC أعلى بكثير عند مقارنتها بالآخرين السيراميك. سجل SiC موصلية حرارية عالية تتراوح قدرتها بين ١٢٠ و١٥٠ واط/متر كلفن. وهذا يجعلها مفيدة في تطبيقات السيارات وقطاع الطيران. يندرج كربيد السيليكون ضمن فئة المواد عالية التوصيل الحراري.
- يتمتع نيتريد السيليكون بموصلية حرارية معتدلة، مثل الألومينا. يتراوح نطاق توصيله الحراري بين 30 و40 واط/مك، مما يجعله مفيدًا في التطبيقات المعتدلة.
- يتمتع الهافنيوم والنيوبيديوم بموصلية حرارية تتراوح بين 13 و20 واط/متر كلفن. وهما مصممان أساسًا لعلوم الصواريخ والتطبيقات النووية.
خصائص المواد الخزفية الخاصة
سواء كان أي شيء مادة سيراميكيةتتأثر خصائص المواد بشكل رئيسي بعاملين: الرابطة الكيميائية الموجودة في المادة، والبنية البلورية الأساسية. أما العوامل المؤثرة الأخرى فهي التركيب الدقيق، وبنية الحبيبات، والحجم، والشكل، والمسامية. كما تلعب الشوائب والعيوب أثناء التصنيع دورًا في التحكم في سلوكيات المواد الخاصة. المواد السيراميكية.
التقليدية سيراميك هي الفلسبار والطين، وما إلى ذلك، التي تُحضّر أساسًا بالتلبيد. وتتراوح درجة حرارتها التشغيلية بين 1200 درجة مئوية و1500 درجة مئوية. ورغم صلابتها ومقاومتها للصدأ والتآكل، إلا أنها تفتقر إلى مزايا المتانة الحرارية والميكانيكية الفائقة.
خاص السيراميك تختلف كلٌّ من هذه المواد اختلافًا كبيرًا. على سبيل المثال، يتميز أكسيد الليثيوم بمقاومته العالية للحرارة، ويُستخدم في تصنيع المواد عالية الحرارة. أما المواد القائمة على الحديد، السيراميك تُستخدم بشكل خاص كمغناطيس، والتالك للعزل، والكوبالت لمكونات الذاكرة. السيراميك أو خاص السيراميك الهيكلي يتم تصنيعها وفقًا للمتطلبات والوظائف المطلوبة ويتم تصميمها بدقة.
بنية المواد الخزفية
كما ذكرنا فإن خصائص المواد الخزفية تتأثر بشكل كبير ببنيتها. في الأساس، السيراميك لها تركيبان رئيسيان: إما أن تكون أيونية أو تساهمية. تُضفي الروابط الأيونية كهرسلبية وتجعل النواة تجذب المزيد من الإلكترونات. وهذا يُفيد في اتحاد المعادن واللافلزات. سيراميك.
على العكس من ذلك، توجد روابط تساهمية بين اللافلزات. هذا يجعل المادة تتشارك الذرات فيما بينها. تخضع قيم التمدد الحراري المنخفضة، والصلابة العالية، والمقاومة الكيميائية لطبيعة الروابط في السيراميك. الهشاشة، على الرغم من أنها غير متوقعة، هي أيضًا نتيجة لطبيعة الرابطة.
سيراميك ذو هيكل خاص
سيراميك الهيكل الخاص ظهرت في السنوات الأخيرة وتلعب دورًا حاسمًا في الهندسة الإنشائية السيراميك غالبًا ما تكون نتيجة للتصنيع الصارم المدعوم بالهندسة القوية لاستخدام خصائص المواد ذات الصلة بالكيانات.
بعض السيراميك الهيكلي الخاص ذو الأهمية
سيراميك النتريد
النتريد السيراميك يحتوي على روابط تساهمية قوية من النيتروجين والسيليكون، مما يوفر عزلًا أفضل ومتانة عالية. يُعد نيتريد السيليكون، بفضل خصائصه الهيكلية، أحد أهم المواد المستخدمة. أصعب مادة سيراميكية. يتميز بمقاومة فائقة للتآكل، ويعمل كمادة عازلة جيدة. تبلغ الموصلية الحرارية لنتريد السيليكون حوالي ٣٢٠ واط/متر مكعب.
وبالتالي، فإن الموصلية الحرارية للنتريد السيليكوني أعلى من الموصلية الحرارية للنحاس بمقدار 80 %. كما يتفوق نتريد السيليكون على السيراميك مثل Beo وAl2o3 في أدائه.
سيراميك الكربيد
تتميز سيراميكات الكربيد المصنوعة من البورون والسيليكون بقوة انحناء فائقة. تتراوح قيمتها بين 500 و600 ميجا باسكال عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية. يتميز المركب المُصنّع من هذين الكربيدين بمقاومة عالية للصدمات وصلابة عالية. كما يتميز بمعامل مرونة عالٍ، ويُستخدم في إنتاج السترات والدروع.
السيراميك المقوى
مقوى السيراميك لقد أحرز تقدمًا كبيرًا مؤخرًا. هناك سيراميك مُقوّى مصنوع من الألومينا والثوريوم والموليت، وبعضه مصنوع من الأكاسيد.
السيراميك البلوري
إن خاصية نفاذية الضوء بالإضافة إلى مقاومة التآكل والمواد الكيميائية أدت إلى ظهور مادة بلورية السيراميكتُعدّ السيراميكات الشفافة المصنوعة من الألومينا ونتريدات الألومينا شائعة في هذا النظام. يستخدم المصنعون التلبيد بالموجات الدقيقة لإنتاج البلورية. السيراميك.
تطبيقات السيراميك الهيكلي الخاص
- هيكلي السيراميك نظرًا لقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية، تُستخدم غالبًا في المركبات الفضائية والصواريخ. مثال: تُستخدم المركبات في الأقمار الصناعية.
- معزز بالألياف السيراميك أو هيكلية السيراميك تُستخدم في الطائرات دون الصوتية للتطبيقات العسكرية
- أدت الموصلية الحرارية العالية للسيراميك الإنشائي إلى استخدامه في لوحات الدوائر. فهي تُعدّ ركائز فعّالة.
ملاحظات ختامية
الاستكشاف في البنية الخاصة السيراميك ظهرت بفضل اختراعات العلوم والتكنولوجيا الحديثة. تتميز هذه المواد بوظائف ميكانيكية وحرارية، كما أنها تتفوق في فوائدها الكهربائية. السيراميك تُستخدم هذه التقنيات بالفعل في مجالات هندسية مختلفة. ويعتمد المستقبل بالطبع على المزيد من التقدم في هذا المجال.