سرامیک مهندسی – کلید راه حل های صنعتی پیشرفته
سرامیک های مهندسی سخت هستند, مواد غیر فلزی طراحی شده برای مقاومت در برابر دماهای شدید, از کاشی های سرامیکی مورد استفاده در شاتل های فضایی گرفته تا تاج های دندانی. سرامیک های مهندسی کاربردهای زیادی از هوافضا تا دندانپزشکی دارند.
سرامیک های فنی پیشرفته از اکسیدهای خالص تشکیل شده اند, کاربیدها و نیتریدها مانند آلومینا (Al2O3), کاربید سیلیکون, SiC و زیرکونیا, ماشینکاری آنها را بدون دانش و تجهیزات خاص از طرف متخصصان مهندسی سرامیک دشوار می کند.
آلومینا
آلومینا (اکسید آلومینیوم, Al2O3) یکی از پرکاربردترین سرامیک های مهندسی است. بسیار سازگار است, سخت, و خواص عایق بودن آن را برای شرایط عملیاتی سخت که سرامیک های پیچیده تر را تحت الشعاع قرار می دهد، مناسب می کند, و شما اغلب آن را در محصولات سفید افزاری یا قطعات با فناوری پیشرفته مانند آسترهای کوره یا بوته ها پیدا خواهید کرد..
هنگام کار با سرامیک آلومینا, ریزساختار کلی آنها توسط مواد خام مورد استفاده تعیین می شود, فرآیندهای تولید به کار گرفته شده و تکنیک های شکل دهی مورد استفاده. این در نهایت بر دوام و دقت ابعاد آن تأثیر می گذارد.
وقتی شکل و اندازه دلخواه به دست آمد, آلومینا را می توان با استفاده از تف جوشی متراکم کرد. این شامل قرار دادن جسم ناهموار با چسب در یک کوره است که در آن انتشار اتمی و مولکولی تخلخل را کاهش می دهد., تولید یک محصول متراکم تر با افزایش استحکام و چقرمگی شکست.
مهندسان اغلب مواد دیگر را بسته به کاربرد در سرامیک های مبتنی بر آلومینا ترکیب می کنند. افزودنی های رایج عبارتند از:
سیلیکون
سرامیک های نیترید سیلیکون دارای انبساط حرارتی کم و مقاومت در برابر شوک حرارتی هستند, با خواص عایق الکتریکی عالی و مشکلات خوردگی و اکسیداسیون صفر. با توجه به این صفات, سرامیک نیترید سیلیکون یک ماده صنعتی عالی است; به ویژه توانایی آنها در تحمل دماهای بالا آنها را برای نازل های احتراق و شعله مناسب می کند, لوله های جت و نسوز در کارخانه های گوگرد زدایی گاز دودکش, یاتاقان ها / قالب های سرامیکی برای فلزکاری و همچنین قطعات تماسی که باید در برابر اصطکاک مداوم در برابر ذرات ساینده سخت که در محیط های با سرعت / فشار بالا جریان دارند مقاومت کنند. – تمام علائم بارز استفاده از مواد با کیفیت!
سرامیک مهندسی’ خواص متمایز منجر به اختراع بسیاری از محصولات جدید و نوآورانه مورد استفاده در دفاع ملی شده است, هوافضا, صنایع خودرو و ماشین آلات – تبدیل بازار جهانی سرامیک به یک $60 کسب و کار میلیاردی!
خواص مواد سرامیکی توسط شیمی و ریزساختار آن تعیین می شود. عملکرد آنها را می توان از طریق تکنیک های مختلف پردازش یا افزودن عناصر به ساختار سرامیکی اولیه آن تغییر داد, با خواص آن با استفاده از تکنیک های مختلف پردازش یا افزودن عناصر به ساختار سرامیکی اولیه آن اصلاح شده است. ذرات سرامیکی در مقیاس نانو نیز بر رفتار توده ای از نظر ترکیب شیمیایی و واکنش پذیری و همچنین خواص مکانیکی مانند چقرمگی شکست تأثیر می گذارند. – با توجه به مدل فابر ایوانز پیش بینی کرد که سخت شدن سرامیکی با انحراف ترک یا خم شدن ذرات فاز دوم در ماتریس و توزیع مورفولوژی ذرات افزایش می یابد., نسبت تصویر یا فاصله بین ذرات – باعث ایجاد خاصیت سخت کنندگی آنها می شود که به انحراف یا خم شدن ترک کمک زیادی می کند, انحراف ترک / خم شدن با توزیع مورفولوژی ذرات / نسبت ابعاد / فاکتورهای فاصله بین ذرات بیشتر افزایش می یابد. سفت شدن نیز با استفاده از تکنیکهای مختلف پردازش که عناصری را به ترکیب/ساختار/کامپایل سرامیکی اصلی آن اضافه میکند افزایش یافت..
بور
به عنوان دانشجوی مهندسی سرامیک, شما تجربه عملی کار با مواد و فرآیندهای مختلف را به دست خواهید آورد. از سال دوم شروع کنید, شما چهار کلاس آزمایشگاهی اصلی را خواهید دید, در پروژه های تحقیقاتی نوآورانه در مقطع کارشناسی شرکت کنید, دسترسی به معادن’ فروشگاه گرم شیشه ای در محوطه دانشگاه برای اجرای تولید و همکاری نزدیک با مشاوران دانشکده برای توسعه سرامیک های جدید و بهبود یافته برای پروژه پایان نامه ارشد شما.
سرامیک های مهندسی در دهه های اخیر توسعه سریعی را تجربه کرده اند, تولید مجموعه وسیعی از مواد بسیار همه کاره که می توانند مجموعه ای از دماها و محیط ها را تحمل کنند. خواص آنها به هر دو ترکیب آنها بستگی دارد, ریزساختار و شرایط استفاده – هر سرامیک بسته به ترکیب دقیق آن متفاوت است, ریزساختار یا شرایط استفاده.
فرآیندهای تف جوشی که اجزای سرامیکی را تشکیل می دهند، نقش مهمی در شکل دادن ویژگی های فیزیکی نهایی آنها دارند. رشد دانه نقش اساسی دارد, بر ساختار نهایی و عملکرد مکانیکی آن تأثیر می گذارد; هرگونه توزیع نامنظم اندازه دانه می تواند ساختار و خواص مکانیکی محصولات نهایی سرامیکی را به طرز چشمگیری تغییر دهد..
کاربید بور یک ماده ضروری برای کاربردهای سرامیکی با استرس بالا مانند ابزارهای برش است., قالب و مته سنگ, بعد از الماس از نظر سختی دوم است. کاربید بورون همچنین دارای رسانایی حرارتی عالی و خواص عایق الکتریکی است که آن را به ماده ایدهآل برای دستگاههای الکترونیکی پرقدرت و پوششهای مقاوم در برابر سایش برای تجهیزات معدن و پردازش مواد معدنی تبدیل میکند..
بوراید
بور می تواند به طور قابل توجهی پایداری اکسیدهای فلزی در دمای بالا را افزایش دهد. علاوه بر این, این ماده به عنوان یک فاز سرامیکی تقویت کننده در کامپوزیت های زمینه فلزی عمل می کند; به طور خاص سرامیک های ساخته شده از کاربید بور (BCN), هافنیوم-تانتالوم کاربیدید (HfTaC), یا زیرکونیا برای استفاده به عنوان برنامه های حفاظت از سایش.
سرامیک های حاوی بور ممکن است شکننده باشند, با این حال چقرمگی شکست بالاتر آنها به آنها اجازه می دهد تا انرژی ضربه بیشتری را بدون شکستن جذب کنند. علاوه بر این, این مواد دارای مقاومت شیمیایی و عملکرد سایشی عالی هستند که به آنها امکان می دهد در بسیاری از کاربردها جایگزین فلزات سخت شوند.
به دلیل خاصیت پیوند یونی یا کووالانسی آنها, اکثر سرامیک ها تغییر شکل پلاستیکی را در دمای اتاق نشان نمی دهند و بنابراین شکل پذیری کمتری نسبت به فلزات دارند.. با این وجود, سرامیک ها هنوز هم می توانند کرنش های پلاستیکی قابل توجهی را در دماهای بالاتر نشان دهند، جایی که مکانیسم های شکست به طور قابل توجهی با فلزات متفاوت است..
سرامیک های مبتنی بر بور وزن مخصوص کم را با استحکام مکانیکی قوی ترکیب می کنند تا برای استفاده در بسیاری از کاربردهای مختلف جذاب شوند.. مقاومت در برابر سایش به آنها اجازه می دهد تا فلزات سخت را در محیط های انتقال یافته با سرعت بالا جایگزین کنند, فشارها یا نرخ کاویتاسیون; بهبود بهره وری و دوام تجهیزات معدنی و فرآوری مواد معدنی و همچنین سیستم های جمع آوری گرد و غبار برای استخراج, سنگ زنی, سیستم های انتقال و جمع آوری گرد و غبار. علاوه بر این, این مواد می توانند قابلیت اطمینان در روغن را افزایش دهند & صنایع گاز و شیمیایی از طریق قطعات دوار ساختاری ساخته شده با این سرامیک ها.