مع تقدّم العالم نحو التطور، أصبح الابتكار في كل مكان. ومع إدخال أساليب المعالجة المتقدمة، أصبح نوع خاص من السيراميك سائدًا في الصناعات. في هذه المقالة الفريدة، سنناقش أكثر أنواع السيراميك تطلبًا وتميزًا، ألا وهو السيراميك التقني.
ما هي السيراميك التقنية؟
السيراميك التقني هو نوع متقدم من السيراميك يُعرف بأسماء مختلفة. يُعرف أيضًا بالسيراميك المتقدم أو السيراميك الهندسيفي السوق. يستخدم بعض المصنّعين أيضًا مصطلحي "سيراميك عالي الأداء" و"سيراميك دقيق". بغض النظر عن المصطلح المستخدم، فإنها جميعًا تشير إلى الشيء نفسه.
تُعرف السيراميكيات التقنية بأنها مواد سيراميكية غير عضوية. وهي أنواع متطورة من السيراميك تتكون من عناصر فريدة، منها الأكسجين (O2) والألومنيوم (AI). تتميز بأعلى الخصائص الميكانيكية والكهربائية والحرارية. ويمكن التحكم في هذه الخصائص بإضافة عناصر ثانوية أخرى. إن الجمع بين خصائصها الحرارية والفيزيائية يجعلها الخيار الأمثل للمنتجات التي تفشل فيها البدائل الأخرى.
تُصنع هذه السيراميك من مواد صناعية أو طبيعية. تُسمى السيراميكات التقنية بالسيراميكات المتقدمة لأن مكوناتها في عملية التصنيع عالية النقاء، حيث تُكرر بعناية للتحكم في شكل وحجم الجسيمات. تُستخدم في صناعات متنوعة لتصنيع مجموعة متنوعة من المنتجات التي نستخدمها في حياتنا اليومية.
تصنيف المواد للسيراميك التقني:
يمكن تصنيف السيراميك المتقدم أو التقني أو عالي الأداء إلى الأنواع التالية:
- المواد المركبة: تشمل المواد المقواة بالألياف، ومزيج من المواد غير الأكاسيدية والأكاسيد والمواد الأخرى بالإضافة إلى المواد المقواة بالجسيمات.
- الأكاسيد: تشمل العناصر مثل Zr، Be، Al2O3، وغيرها.
- غير الأكاسيد: النتريدات والكربيدات وما إلى ذلك تندرج ضمن فئة غير الأكاسيد.
لماذا تحظى السيراميك المتقدمة بشعبية كبيرة؟
لا شك أنه مع تزايد التطور العالمي، يتزايد الطلب على السيراميك التقني أو السيراميك الهندسي ونطاق استخدامه. تُعرف هذه المواد بأنها مواد متعددة البلورات، وتحظى بشعبية واسعة عالميًا.
السبب الأول للطلب عليها هو أنها تفتح آفاقًا جديدة في تطبيقات متنوعة، مثل هندسة المصانع والهندسة الميكانيكية، وتصنيع السيارات، والمسابك، والإلكترونيات، وصناعة المنسوجات، والتكنولوجيا الطبية.
تتزايد متطلبات المستهلكين لمختلف الصناعات بسرعة من عام لآخر. لذلك، يفضل العديد من المهندسين والبنائين مواد متطورة وعالية الجودة، مثل السيراميك التقني، لتلبية جميع احتياجاتهم. إلى جانب استخدامه في المجالات المذكورة أعلاه، سيمتد استخدام السيراميك التقني أيضًا إلى صناعات تكنولوجيا النانو والبصريات.
وأخيرًا، يتزايد الطلب على السيراميك التقني أو الدقيق في العديد من الصناعات نظرًا لقابليته العالية للتخصيص. ويحل السيراميك الدقيق عالي الجودة، الذي تُصنّعه شركات متخصصة، محل المواد العادية في تطبيقات متنوعة.
في السابق، كانت الشركات تستخدم الوسائل العادية المواد المقاومة للحرارة والبوليمرات، ولكنهم الآن يتحولون على نطاق واسع إلى السيراميك التقني.
ما هي الخصائص المهمة للمواد الخزفية التقنية؟
فيما يلي بعض الخصائص المهمة للسيراميك التقني:
●قوة الضغط
عند ضغط السيراميك التقني، يُظهر قوةً استثنائية. يستطيع السيراميك التقني تحمّل أحمال عالية لا تقل عن 4000 ميجا باسكال (MPa تعني ميجا باسكال). ومع ذلك، عند مقارنة هذا مع مواد أخرى مثل الزركونيوم والتيتانيوم، يُمكنك تخيّل مدى قوة السيراميك التقني.
●مقاومة التآكل
تتميز أنواع السيراميك الدقيق أو التقني المتقدمة بقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية. بالإضافة إلى قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية، تحافظ السيراميك التقني على خصائصها الميكانيكية والكهربائية بكفاءة عالية. ولذلك، تُستخدم في العديد من التطبيقات ذات الطرد الحراري العالي، مثل أدوات القطع والأفران والمحركات النفاثة.
●الصلابة
لا شك أن السيراميك التقني قد نال إعجاب المستخدمين رفيعي المستوى بفضل صلابته العالية وصلابته الممتازة. ويولي المصنعون اهتمامًا متزايدًا للسيراميك التقني نظرًا لصلابة هذه المادة الفريدة التي تزيد عن الفولاذ المقاوم للصدأ بأربع مرات.
●الكثافة
تتراوح كثافة السيراميك التقني بين ٢ غ/سم مكعب. ونظرًا لانخفاض كثافته، يُفضّل استخدامه على المواد الأخرى في تطبيقات متنوعة. وكما هو معلوم، فإن انخفاض الكثافة يُسهم في انخفاض الوزن. فكلما انخفضت الكثافة، قلّ وزن المادة.
●القدرة على تحمل درجة الحرارة
وفقًا للبيانات، تستطيع أنواع مختلفة من السيراميك المتطور تحمل درجات حرارة تزيد عن 1750 درجة مئوية (3182 درجة فهرنهايت). ونظرًا لقدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية، تُصنف هذه المواد ضمن المواد شديدة التحمل لدرجات الحرارة العالية. وبفضل قدرتها على تحمل درجات الحرارة العالية، يُمكن استخدامها في مختلف المحركات والتوربينات، وكذلك في المحامل.
●مقاوم للتآكل
لا شك أن السيراميك التقني مواد مستقرة كيميائيًا. ولكن لماذا؟ يكمن السبب في روابطها الكيميائية. ففي معظم مواد السيراميك التقني (وخاصةً الأكاسيد)، تسود الروابط الأيونية، مما يمنحها خصائص مقاومة للتآكل.
●التوصيل الحراري أو العزل
تختلف خصائص التوصيل الحراري والعزل الحراري للسيراميك التقني. تعتمد هذه الخصائص على التركيب الكيميائي للمادة. على سبيل المثال، تتميز بعض أنواع السيراميك التقني بخصائص توصيل حراري فائقة. تُعد هذه المنتجات مثالية للمشتتات الحرارية أو المبادلات الحرارية.
من ناحية أخرى، تتميز بعض منتجات السيراميك التقني بخصائص عازلة. باختصار، يتميز السيراميك التقني بمرونة عالية وقابلية تخصيص عالية.
وتشمل الخصائص المهمة الأخرى التوافق الحيوي، وقوة الانحناء، والمعادن، والكهرباء الضغطية والديناميكيات، ومقاومة الصدمات الحرارية والتقلبات، وما إلى ذلك.
الفرق بين السيراميك التقني والسيراميك التقليدي
بعد أن استكشفنا خصائصها الفريدة، دعونا نلقي نظرة على كيفية اختلاف هذه المواد المتطورة عن السيراميك التقليدي. تختلف استخدامات وعمليات تصنيع هذين النوعين من السيراميك اختلافًا كبيرًا، ولكل منهما مزاياه الخاصة. سنتناول أدناه الاختلافات بينهما بمزيد من التفصيل.
1. التكوين:
الفرق الرئيسي بين السيراميك التقني والسيراميك التقليدي هو تركيبه. تتكون مواده التركيبية بشكل رئيسي من كربيدات وأكاسيد ونتريدات متنوعة، مثل أكسيد الألومنيوم ونتريد السيليكون وكربيد السيليكون، بالإضافة إلى العديد من المواد الاصطناعية.
تستخدم صناعة ومعالجة السيراميك التقليدي أنواعًا مختلفة من المواد الخام (مثل: السيليكا والطين والفلسبار).
2. الأداء:
هناك فرق كبير آخر بين السيراميك التقني والتقليدي وهو الأداء. يُستخدم السيراميك التقليدي في تطبيقات محدودة، مثل العزل الكهربائي متوسط الجودة. ولكن لماذا يُستخدم في العمليات متوسطة الجودة وليس في المهام عالية الجودة؟
يعود ذلك إلى أن السيراميك التقليدي يتميز عمومًا بصلابة منخفضة إلى متوسطة. فبالإضافة إلى صلابته المنخفضة، يتميز أيضًا بقوته وتوازنه الحراري المنخفض. على العكس، وبفضل خصائصه الفريدة، صُمم السيراميك التقني للتطبيقات الصعبة.
3. المعالجة:
أخيرًا، تختلف السيراميكيات المتقدمة اختلافًا كبيرًا عن السيراميكيات التقليدية من حيث المعالجة. عادةً ما تُشكَّل السيراميكيات التقليدية باستخدام طرق أساسية كالصب، ثم تُحرَق في درجات حرارة عالية لإتمام شكلها النهائي. في المقابل، تتطلب السيراميكيات عالية الأداء تقنيات متخصصة. تختلف هذه الطرق باختلاف الصناعة، وتشمل الأساليب الشائعة التشغيل الدقيق وضغط المساحيق.
خلاصة القول:
تُعتبر السيراميكيات التقنية مواد غير عضوية وغير معدنية. ولا شك أن استخدام هذه السيراميكيات المتطورة في مختلف الصناعات يتزايد يومًا بعد يوم. وبفضل خصائصها الفريدة، تحظى بطلب كبير عالميًا. ويستخدمها المصنعون والمستخدمون المحترفون كبديل للمواد الشائعة الاستخدام نظرًا لخصائصها الفريدة.