تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:26 | نویسنده : ایمان رستگار
تهران- رييس انجمن سراميک ايران روز چهارشنبه گفت: نياز امروز کشور به سراميک هاي نوين در حوزه هاي دفاعي، هسته اي، نانوفناوري و زيست فناوري بسيار زياد است .

به گزارش خبرنگار علمي ايرنا، دکتر"حسين سرپولکي" در حاشيه افتتاح هشتمين کنگره سراسري سراميک ايران و در گفت و گو با خبرنگار علمي ايرنا اظهار داشت: سراميک در گذشته يک بخش هنري وسنتي محسوب مي شد اما در سه دهه گذشته اين علم جايگاه علمي و صنعتي خود را پيدا کرده و از نظر علمي داراي کاربرد مهندسي و کاملا توسعه يافته اي شده است.


وي افزود:با حمايت دولت و سرمايه گذاري هاي زياد در بخش صنعت از سه دهه گذشته تاکنون بخش سراميک کشور داراي پيشرفت هاي چشمگيري شده است و امروزه شاهد توليد چيني، کاشي، شيشه و کاشي نسوز در کشور هستيم.


سرپولکي با اشاره به قانون هدفمند کردن يارانه ها و اصلاح قيمت حامل هاي انرژي خاطرنشان کرد: دولت مي بايست راهکارهايي را براي جبران هزينه افزوده ارايه کند و در اين راستا پيشنهاد مي کنيم واحدهاي توليدي به سمت توليد سراميک هايي با ارزش افزوده بالاتر حرکت کنند که در اين نوع سراميک ها قيمت هر کيلوگرم آن چندين برابر سراميک هاي صادراتي امروز کشور است.


وي تاکيد کرد: بايستي نهضتي را در جهت توليد سراميک ها داشته باشيم و سرمايه گذاران را به روش هاي حمايتي براي سرمايه گذاري در حوزه سراميک هاي مهندسي نوين و پيشرفته تشويق کنيم .


سرپولکي خاطرنشان کرد: هم اکنون پژوهشگاه هاي مختلفي مانند مواد و انرژي، پژوهشکده هاي دفاعي و پژوهشکده هاي نفت در اين حوزه فعاليت هاي علمي خود را آغاز کرده اند و با دانشگاه هاي کشور و انجمن هاي داخلي بزودي اين کمبود و نيازهاي داخلي را رفع خواهند کرد.


هشتمين کنگره سراسري سراميک ايران روزهاي 13 و 14 ارديبهشت در دانشگاه علم و صنعت ايران برگزار مي شود.



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:26 | نویسنده : ایمان رستگار
تهران- رييس انجمن سراميک ايران روز چهارشنبه گفت: نياز امروز کشور به سراميک هاي نوين در حوزه هاي دفاعي، هسته اي، نانوفناوري و زيست فناوري بسيار زياد است .

به گزارش خبرنگار علمي ايرنا، دکتر"حسين سرپولکي" در حاشيه افتتاح هشتمين کنگره سراسري سراميک ايران و در گفت و گو با خبرنگار علمي ايرنا اظهار داشت: سراميک در گذشته يک بخش هنري وسنتي محسوب مي شد اما در سه دهه گذشته اين علم جايگاه علمي و صنعتي خود را پيدا کرده و از نظر علمي داراي کاربرد مهندسي و کاملا توسعه يافته اي شده است.


وي افزود:با حمايت دولت و سرمايه گذاري هاي زياد در بخش صنعت از سه دهه گذشته تاکنون بخش سراميک کشور داراي پيشرفت هاي چشمگيري شده است و امروزه شاهد توليد چيني، کاشي، شيشه و کاشي نسوز در کشور هستيم.


سرپولکي با اشاره به قانون هدفمند کردن يارانه ها و اصلاح قيمت حامل هاي انرژي خاطرنشان کرد: دولت مي بايست راهکارهايي را براي جبران هزينه افزوده ارايه کند و در اين راستا پيشنهاد مي کنيم واحدهاي توليدي به سمت توليد سراميک هايي با ارزش افزوده بالاتر حرکت کنند که در اين نوع سراميک ها قيمت هر کيلوگرم آن چندين برابر سراميک هاي صادراتي امروز کشور است.


وي تاکيد کرد: بايستي نهضتي را در جهت توليد سراميک ها داشته باشيم و سرمايه گذاران را به روش هاي حمايتي براي سرمايه گذاري در حوزه سراميک هاي مهندسي نوين و پيشرفته تشويق کنيم .


سرپولکي خاطرنشان کرد: هم اکنون پژوهشگاه هاي مختلفي مانند مواد و انرژي، پژوهشکده هاي دفاعي و پژوهشکده هاي نفت در اين حوزه فعاليت هاي علمي خود را آغاز کرده اند و با دانشگاه هاي کشور و انجمن هاي داخلي بزودي اين کمبود و نيازهاي داخلي را رفع خواهند کرد.


هشتمين کنگره سراسري سراميک ايران روزهاي 13 و 14 ارديبهشت در دانشگاه علم و صنعت ايران برگزار مي شود.



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:26 | نویسنده : ایمان رستگار

تميز کردن کاشي و سراميک وديوار

 


تميز كردن ديوارهاي روغني:


تميز كردن ديوارهايي كه رنگ روغني دارند هم سريع‌تر و هم آسان‌تر از ديوارهايي است كه رنگ پلاستيكي دارند. براي پاك كردن اين ديوارها مي‌توانيد از‌ محلول زير استفاده كنيد. يك ليتر آب گرم را با 2 قاشق غذاخوري مايع ظرفشويي و 1 قاشق آمونياك تركيب كنيد و با يك تكه ابر روي ديوارها بكشيد. فقط توجه داشته باشيد كه هنگام استفاده از اين پاك‌كننده از دستكش استفاده كنيد.

 

 

‌تميز كردن كاشي و سراميك:


يك پيمانه آمونياك، يك‌چهارم پيمانه جوش‌شيرين و يك‌دوم پيمانه سركه را در يك سطل آب داغ مخلوط كنيد و روي كاشي‌ها و سراميك‌ها بكشيد. از اين فرمول براي پاك كردن ديوارهاي رنگ روغني نيز مي‌توانيد استفاده كنيد.

 


پاك كردن سفيدك‌هاي روي كاشي و سراميك:


اگر يك تكه ليموترش و يك پنبه آغشته به سركه را روي اين لكه‌ها بكشيد از بين خواهد رفت.

 


تميز كردن لكه شمع از روي كاغذ ديواري:


ابتدا با قرار دادن تكه‌اي يخ روي محل مورد نظر پارافين را جدا كنيد. سپس يك تكه كاغذ مومي را روي پارافين باقي مانده قرار دهيد و روي آن را اتوي گرم بكشيد.

 


اگر اجاق گاز شما كثيف شده و نمي‌خواهيد از مواد شيميايي و محصولات آماده استفاده كنيد، مي‌توانيد نيم پيمانه آب داغ را با نصف پيمانه جوش‌شيرين خوب مخلوط كرده و با يك برس نرم روي جرم‌هاي اجاق‌گاز بماليد. پس از 15 دقيقه نيز آن را با پارچه‌اي تميز كنيد. همچنين مي‌توانيد 3 قطره مايع ظرفشويي و 5 قاشق غذاخوري جوش‌شيرين و 5 قاشق سركه سفيد را مخلوط كرده و خوب به هم بزنيد تا خميري نرم درست شود. حالا اين خمير را به محلي كه جرم گرفته بماليد و پس از 15 دقيقه آن را تميز كنيد. مطمئن باشيد اجاق‌گاز شما تميز و براق خواهد شد.

 

تلفن چه در خانه و چه در محل كار مورد استفاده افراد مختلف قرار مي‌گيرد. بنابراين مكاني مناسب براي قرار گرفتن انواع آلودگي و ميكروب است اما براي اين كه گوشي تلفن شما پاك و تميز باشد، مي‌توانيد يك يا دو مرتبه در‌ هفته با استفاده از پنبه‌اي آغشته به الكل، تلفن را تميز كنيد



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:25 | نویسنده : ایمان رستگار

چند نمونه سراميك بسيار زيبا

=

=

=

=

=

=

=

=



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:22 | نویسنده : ایمان رستگار

تولید رنگدانه های سبز دوستدار طبیعت برای صنعت سرامیک


راسخون : پژوهشگران پژوهشگاه علوم و فناوری رنگ به کمک امواج مایکروویو موفق به تهیه نانوساختارهای سبز رنگ برای صنعت سرامیک شدند که سمی نبوده و خواص ضد خوردگی مطلوبی نیز دارد.
 

به گزارش راسخون به نقل از مهر، دکتر سوسن رسولی از محققان این طرح تحقیقاتی هدف از اجرای این پژوهش را تولید رنگدانه نانوساختار ذکر کرد و گفت: این رنگدانه ها می توانند جایگزین رنگدانه های سبز بر پایه ترکیبات کروم شوند همچنین دارای خواص ضد خوردگی مطلوبی هم باشد.

 

وی با اشاره به معایب رنگدانه های موجود در بخش صنعت افزود: رنگدانه های سبز مورد مصرف در صنعت سرامیک بر پایه ترکیبات کروم به ویژه اکسید کروم هستند که مشکلات زیست محیطی زیادی را در پی دارد. این مواد، جز ترکیبات سمی و خطرناک محسوب می شوند و پسماندها و محصولات آنها محیط زیست را آلوده می کند. از این رو پیدا کردن جایگزین های مناسب برای این رنگدانه ها اهمیت فراوانی دارد.
 
 

مدیر گروه نانومواد و نانوفناوری پژوهشگاه علوم و فناوری رنگ، با بیان اینکه رنگدانه های سبز تولید شده در این پژوهشگاه از روش "دوپ" کردن کبالت در ساختار اکسید روی تهیه شده است، ادامه داد: سنتز این رنگدانه با استفاده از امواج ماکروویو از نوآوریهای این پژوهش نسبت به پژوهشهای قبلی است، به طوریکه استفاده از این امواج علاوه بر کاهش چشمگیر زمان واکنش به کمتر از یک دقیقه موجب تولید محصولی بسیار خالص با رنگ سبز مطلوبی شده است.
 
 

رسولی با بیان این مطلب که اندازه نانو کریستالها در حدود 38 تا 61 نانومتر است، گفت: شکل ذرات نیز می تواند از حالت میله ای به کروی تغییر ‌کند ضمن آنکه دارای خواص ضد خوردگی نیز هستند.



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:22 | نویسنده : ایمان رستگار
تميز كردن ديوارهاي روغني: تميز كردن ديوارهايي كه رنگ روغني دارند هم سريع‌تر و هم آسان‌تر از ديوارهايي است كه رنگ پلاستيكي دارند. براي پاك كردن اين ديوارها مي‌توانيد از‌ محلول زير استفاده كنيد. يك ليتر آب گرم را با 2 قاشق غذاخوري مايع ظرفشويي و 1 قاشق آمونياك تركيب كنيد و با يك تكه ابر روي ديوارها بكشيد. فقط توجه داشته باشيد كه هنگام استفاده از اين پاك‌كننده از دستكش استفاده كنيد.

‌تميز كردن كاشي و سراميك: يك پيمانه آمونياك، يك‌چهارم پيمانه جوش‌شيرين و يك‌دوم پيمانه سركه را در يك سطل آب داغ مخلوط كنيد و روي كاشي‌ها و سراميك‌ها بكشيد. از اين فرمول براي پاك كردن ديوارهاي رنگ روغني نيز مي‌توانيد استفاده كنيد.

‌ پاك كردن سفيدك‌هاي روي كاشي و سراميك: اگر يك تكه ليموترش و يك پنبه آغشته به سركه را روي اين لكه‌ها بكشيد از بين خواهد رفت.

‌ تميز كردن لكه شمع از روي كاغذ ديواري: ابتدا با قرار دادن تكه‌اي يخ روي محل مورد نظر پارافين را جدا كنيد. سپس يك تكه كاغذ مومي را روي پارافين باقي مانده قرار دهيد و روي آن را اتوي گرم بكشيد.

اگر اجاق گاز شما كثيف شده و نمي‌خواهيد از مواد شيميايي و محصولات آماده استفاده كنيد، مي‌توانيد نيم پيمانه آب داغ را با نصف پيمانه جوش‌شيرين خوب مخلوط كرده و با يك برس نرم روي جرم‌هاي اجاق‌گاز بماليد. پس از 15 دقيقه نيز آن را با پارچه‌اي تميز كنيد. همچنين مي‌توانيد 3 قطره مايع ظرفشويي و 5 قاشق غذاخوري جوش‌شيرين و 5 قاشق سركه سفيد را مخلوط كرده و خوب به هم بزنيد تا خميري نرم درست شود. حالا اين خمير را به محلي كه جرم گرفته بماليد و پس از 15 دقيقه آن را تميز كنيد. مطمئن باشيد اجاق‌گاز شما تميز و براق خواهد شد.



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:21 | نویسنده : ایمان رستگار
 

مادربوردی نظامی از جنس سرامیک!!
مادربوردی نظامی از جنس سرامیک!!
شركت اسوس در سال گذشته یک مادربورد مفهومی به نامMarine Cool را معرفی كرد، که تحسین همگان را برانگیخت.

این مادربورد دارای ویژگی‌های منحصر به فردی بود که تا به حال در هیچ مادربوردی دیده نشده بود. از جمله ویژگی‌های این مادربورد می‌توان به UPS مجتمع روی بورد و استفاده از مواد سرامیک در سیستم خنک‌کننده اشاره کرد.

این شرکت مادربوردهایی را با نام SABERTOOTH معرفی كرد که از برخی ویژگی‌های محصولات سریMarine Cool بهره می‌برند. یکی از مدل‌های این مادربورد‌ها مدل SABERTOOTH 55i است که چند ماه قبل اسوس آن را روانه بازار كرد.

اكنون اسوس به علت محبوبیت روز افزون این سری از مادربورد‌ها مدل جدیدی از ان را مبتنی بر سوكت LGA 1366 و با نام SABERTOOTH X58 به بازار عرضه كرده است. این مدل از سری TUF اسوس است که به تازگی معرفی شده است.

مادربورد‌های سری TUF به طور كلی برای کاربردهای بسیار سنگین طراحی شده‌اند و دارای بالاترین میزان کارایی و ماندگاری هستند، به طوری که 7 روز هفته و به صورت 24 ساعته می‌تواند در حداكثر فشار كاری فعالیت كنند.

همچنین این سری از مادربورد‌ها باید تست‌های استرس بسیار سخت و دشواری را تحمل کنند. به همین دلیل این سری از مادربورد‌ها از عمر بسیار بالاتری نسبت به مادربورد‌های معمولی برخوردار هستند.

اما یکی دیگر از ویژگی‌های جالب این بورد سیستم خنک‌کننده آن است. همانطور که پیش‌تر بدان اشاره شد در سیستم خنک‌کننده این بورد از مواد سرامیک استفاده شده است. وجود سرامیک باعث می‌شود تا مقاومت حرارتی بالاتر رفته و در عین حال دفع گرما بسیار بهتر نسبت به قبل انجام شود.

همچنین این مادربورد می‌تواند یک انتخاب عالی برای سرورها، کاربردهای‌حرفه‌ای و کاربردهایی که به شرایط سختی نیاز دارد، باشد. لازم به ذکر است سرامیک تا کنون در سیستم خنک‌کننده هیچ مادربورد دیگری استفاده نشده است و اسوس اولین شرکتی است که از این ماده در سیستم خنک‌کننده مادربورد خود استفاده كرده است.

اما یکی دیگر از نکات جالب این مادربورد، دریافت تأییدیه نظامی است. بدین ترتیب که تمامی خازن‌های جامد، MOSFET و چوك‌ها تحت تست‌های بسیار سخت و دشواری که توسط ارتش آمریکا در مورد قطعات الکترونیکی تعیین شده است، قرار گرفته و توانسته است این تست‌ها را با موفقیت پشت سر بگذارد


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:20 | نویسنده : ایمان رستگار
بهروز شهرخی در گفتگو با مهر با اشاره به جزئیات این سرامیک افزود: افزود: معمولا نمای ساختمان ها در سطح شهرها سنگی و یا کامپوزیتی است و طرح ثابتی دارند از این رو اقدام به طراحی سرامیک های هوشمند برای کاربرد در نمای ساختمان شدیم.

وی افزود: در این پروژه سرامیکی طراحی شد که می توانند به جای نماهای ساده ساختمانی مورد استفاده قرار گیرد.

شهرخی اضافه کرد: در این نوع سرامیک ها می توان طرح مورد علاقه خود را با روش های حرارتی بر روی سرامیک پیاده کرد. این طرح ها با طلوع خورشید به تدریج نمایان می شود و هر روز جلوه زیبایی به ساختمان ها می دهد.



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:20 | نویسنده : ایمان رستگار

  راه اندازي مركز فناوري كاشي و سراميك(ITC)


فلاح زاده با شاره به ضرورت استفاده از دانش و فناوري روز دنيا در صنعت كاشي و سراميك استان ، از راه اندازي مركز فناوري اين صنعت خبر داد.
به گزارش خبرگزاري آريا، محمد رضا فلاح زاده استاندار يزد در نشست كاشي و سراميك استان از همكاري متخصصين اسپانيايي و سفر كارشناسان استان به اين كشور خبر داد.
وي با بيان اينكه اين تعامل به منظور بهره گيري از دانش روز دنيا و افزايش كيفيت پخت و طراحي كاشي و سراميك در استان است، از راه اندازي اين مركز در محل پارك علم و فناوري يزد خبر داد.
استاندار ادامه داد: ساختمان مركز فناوري كاشي و سراميك استان با توجه به بررسي مراكز مختلف فناوري اين صنعت در سراسر دنيا آماده تجهيز است
 
 
 



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:18 | نویسنده : ایمان رستگار
در این مقاله به بررسی مفهوم سرامیک و بعضی کاربردهای آن پرداخته می شود. نخست به معرفی برخی مفاهیم اولیه می پردازیم.
چینی به اشیایی گفته می شود که در درجه حرارت بالا تهیه می شوند و دارای شفافیت خاصی هستند و سفال به اجسامی گفته می شود که در درجه حرارت های پایین تر ساخته می شوند و شفاف نیستند.
عموما سرامیک ها دارای سختی های متفاوتی می باشند، معمولا شکننده هستند و در مقابل حرارت و فرسایش به خوبی مقاوم هستند. این مواد از خاک نسوز یا مواد معدنی دیگر بخصوص از اکسیدهای فلزی همراه با چند اکسید غیر فلزی ساخته می شوند که عنصر غیر فلزی معمولا اکسیژن است. در نهایت می توان سرامیک را هنر طراحی و ساخت اشیاء از خاک نسوز تعریف کرد. این تعریف را می توان به طور عام برای تمام مواردی که از خاک رس تهیه می شوند مثل پوشش های سرامیکی ، ساینده ها و همچنین شیشه های سرامیکی الکترونیکی به کار برد.
این نکته واضح است که انقلاب صنعتی به جز در سایه ی استفاده از کوره ها،ماشین های حرارتی پیشرفته و مواد سرامیکی که برای عایق بندی حرارتی انواع مختلف کوره ها و ماشین ها استفاده می شوند ممکن نیست.
در قرن حاظر با تکامل تکنولوژی الکترونیکی ، مواد دی الکتریک که دارای اهمیت بسیاری هستند نیز این مسیر تکاملی را طی نمودند.در کنار آن خصوصیات مغناطیسی و اپتیکی جدیدی برای سرامیک شناسایی شد و به عنوان قسمتی از تکنولوژی جدید الترونیک و الکترواپتیک تکامل یافت.
در دنیای الکترونیک اختراع ترانزیستور و لیزر ، موج گونه ی جدیدی از قطعات را عرضه نمود ، ولی نقش مفید انها را محدودیت هایی که مواد مورد استفاده داشتند کم می نمود.
در حالی که سرامیک های نوین که در میکرو الکترونیک ، سیستمهای لیزر، قطعات ارتباطی و شبکه ی اجزای مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند نمونه ای از ایفای این نقش را نشان می دهد.
استفاده از سرامیک به عنوان دی الکتریک هایی که دارای ثابت دی الکتریک بالایی می باشند ، ساخت فاز نهایی با ظرفیت بسیار بالاتر را ممکن ساخته است که بعد از کشف ابر رسانا ها اهمیت سرامیک به اوج خود رسید. برای آنکه بتوان به علت بعضی از رفتار های این مواد پی برد روش های متنوعی وجود دارد. یکی از این روش ها بررسی ریز ساختار سرامیک ها می باشد. این خصوصیت نه تنها توسط ترکیب ، نوع و تعداد فازهای موجود در ترکیب مشخص می شودبلکه توسط قرار گیری ، چارچوب و ترتیب فازها نیز مشخص می گردد.
در نهایت توزیع فازها و یا زیر ساختار ها به روش ساخت سرامیک، مواد خام مورد استفاده،روابط تعادل فازی و همچنین تغیرات در فازها و رشد دانه ها و عملیات سینترنیک وابسته است.
یک سرامیک فرو الکتریک از تعداد زیادی کریستال های کوچک تشکیل شده است که محور های کریستالوگرافی آنها در سرامیک به طور اتفاقی جهت دار شده است. از طرف دیگر هادی های سرامیکی در دماهای بالاتر از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد نیز کارایی دارند.در حالی که اکثر فلزات در این دما قادر به کار نیستند. البته بعضی از فلزات مانند تنگستن و مولیبدیم نیز در دمای ۱۵۰۰ درجه کار می کنند ولی به علت واکنش با محیط از تنگستن در فضای آزاد نمی توان استفاده کرد.
امروزه سرامیک ها تقریبا در همه جا یافت می شوند، از بدنه موتور اتومبیل های مدرن و پوشش حرارتی سفینه های فضایی تا قلب کامپیوتر ها و از داخل آشپزخانه ها تا سد سازی ، شیشه گری و سرامیک های الکترونیکی همه مواردی از کاربردهای سرامیک هستند.

به طور خلاصه بعضی از کاربرد های آن به شرح زیر می باشد:

ـ در علوم فضایی به عنوان مبدل ها و سنسورها در ماهواره ها، موشک ها و هواپیماها


ـ در اتومبیل ها به عنوان سیستم آژیر و استارت


ـ در وسایل دفایی به عنوان تونار(مسافت یاب صوتی دریایی) و آشکار سازها


ـ در پزشکی باری آشکار سازی قلب جنین,جرم گیری دندان و MRI


ـ در مخابرات به عنوان صافی های مبدل انرژی،سنسورها،خازن های چند لایه و مشددها


ـ در وسایل ارتباطی به عنوان خازن هایی برای منابع تغذیه،رادار و سرامیک های مایکروویو برای آنتن ها.


مواد سرامیکی انعطاف‌پذیر

۱۸مارس ۲۰۰۲- محققان دانشگاه کُرنل با استفاده از نانوشیمی، یک گروه جدید از مواد ترکیبیی را تولید کرده و به نام سرامیکهای انعطاف‌پذیر نامگذاری کرده‌اند. مواد جدید، کاربردهای گسترده‌ای، از قطعات میکروالکترونیکی گرفته تا جداسازی مولکولهای بزرگ، مانند پروتئینها خواهند داشت.


آنچه در این زمینه، حتی برای خود محققان، بیشتر جلب توجه می‌کند آن است که ساختمان مولکولی مادة جدید در زیر میکروسکوپ الکترونی (TEM) که به صورت ساختمان مکعبی است، با پیشگوییهای ریاضی قرن گذشته مطابقت می‌کند. اولریش ویسنر، استاد علوم و مهندسی مواد دانشگاه کُرنل، می‌گوید: "ما اکنون در تحقیقات پلیمری به ساختمانهایی برخورد می‌کنیم که ریاضیدانها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوری اثبات کرده‌اند."


ساختمان مادة جدید، خیلی پیچیده‌تر از آن ماده‌ا‌ی است که Plumber&#۰۳۹;s nightmare نامیده شده‌است.


ویسنر در گردهمایی سالانة جامعة فیزیک آمریکا در مرکز گردهمایی ایندیانا، در مورد سرامیکهای انعطاف‌پذیر جدید، ‌گفت: "رفتار فازی کوپلیمر، موجب جهت دهی ترکیبهای نانوساختاری آلی/معدنی می‌شود." به عقیدة وی، این ماده یک زمینة تحقیقاتی مهیج و ضروری است که نتایج علمی و تکنولوژیکی بسیار هنگفتی از آن بدست می‌آید.


گروه تحقیقاتی ویسنر از طریق شکلهای کاملاً هندسی که در طبیعت یافت می‌شوند، به طرف نانوشیمی هدایت شد. یک مثال کاملاً مشهود برای ساختار ظریف دو اتمیها، جلبک تک‌سلولی است که دیواره‌های پوستة آن از حفره‌های سیلیکاتی کاملاً جانشین‌شده[۹] ساخته شده‌است. ویسنر می‌گوید: "کلید طبیعی این جانشینی، کنترل کامل شکل آنها از طریق خود سامانی ترکیبات آلی، در جهت رشد مواد غیرآلی (معدنی) است." محققان دانشگاه کُرنل تصدیق کرده‌اند که ساده‌ترین راه تقلید از طبیعت، استفاده از پلیمرهای آلی


-‌مخصوصاً موادی موسوم به کوپلیمرهای دی‌بلاک[۱۰]&#۶۵۵۳۳; است؛ زیرا این مواد می‌توانند به‌طور شیمیایی به صورت نانوساختارهای با اَشکال هندسی مختلف ساماندهی شوند. اگر پلیمر بتواند به طریقی با مواد غیرآلی (معدنی) -‌یک سرامیک، خصوصاً یک ماده از نوع سیلیکاتی- ذوب شود، مادة ترکیبی حاصل، ترکیبی از خواص زیر را خواهد داشت:


▪ انعطاف‌پذیری و کنترل ساختار (از پلیمر)


▪ عملکرد بالا (از سرامیک).


ویسنر می‌گوید: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پلیمرها و سرامیک نبوده، حتی ممکن است این مواد خواص کاملاً جدیدی نیز داشته ‌باشند." محققان دانشگاه کُرنل تاکنون فقط تکه‌های کوچکی از سرامیک انعطاف‌پذیر، با وزن چند گرم ساخته‌اند که البته برای آزمایش خواص مواد، کافی است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم‌کردن است، در عین حال مقاومت قابل توجهی داشته و بر خلاف سرامیک خالص خُرد نمی‌شود.


دربعضی موارد، این ماده، یک هادی یونی بوده و قابلیت کاربرد به صورت الکترولیت‌ باتریهای با کارآیی بالا را دارد. همچنین مادة جدید ممکن است در پیلهای سوختی بکار برود.


در بعضـی مـوارد هندسـة ۶ وجهـی مـاده-که از طریـق جفت‌شـدن حاصـل می‌شـود -بسیار بـه ساختـار دو اتمیها شبیـه است. در عـوض ویسـنرمی‌گوید: "با دستیابی به این ساختار مولکولی تقریباً می‌توان گفت که به طبیعت کامل‌شده‌ا‌ی دست یافته‌ایم."


ساختار متخلخل سرامیکهای انعطاف‌پذیر وقتی شکل می‌گیرد که ماده در دماهای بالا عملیات حرارتی شود. به عقیدة ویسز، این در حقیقت اولین ماده با چنین هندسه و توزیع کم اندازة حفره‌هاست. چون ماده فقط حفره های ده تا بیست نانومتری دارد. محققین دانشگاه کُرنل، در تلاشند تا دریابند که "آیا این مواد می‌توانند برای جداسازی پروتئینهای زنده استفاده شوند؟"


ویسنرعقیده دارد که به‌خاطر قابلیت خود ساماندهی این مواد، می‌توان آنها را به صورت ناپیوسته و در مقیاس زیاد تولید کرد. او می‌گوید: "ما می‌توانیم ساختار را کاملاً کنترل کنیم. ما می‌توانیم با کنترل خیلی خوبی این ماده را به مقیاس نانو برسانیم. ما حالا می‌دانیم که چگونه مجموعه‌ا‌ی از ساختارهای با شکل و اندازه حفره‌های یکسان، بسازیم."


محققان دانشگاه کُرنل این عمل را با کنترل "فازها" و یا با معماری مولکولی ماده بوسیلة کنترل‌کردن مخلوطی از پلیمر و سرامیک انجام می‌دهند. ماده از چند مرحلة انتقالی عبور می‌کند؛ از مکعبی به ۶ وجهی و سپس به ‌نازک و مسطح و بعد به شش وجهی وارونه و مکعبی وارونه. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة ۶ وجهی وارونه، به صورت ساختمان مکعبی دوگانه موسوم به Plamber&#۶۵۵۳۳;s nightmare می‌باشد که قبلاً در سیستمهای پلیمری یافت نشده‌بود. این ساختمان اولین ساختار با چنین قابلیت انطباق بالایی است که بوسیلة ترکیب خاصی از پلیمرها و سرامیکها تولید می‌شود. ویسنرمی‌گوید: "این شانس وجود دارد که ما به مجموعه‌ا‌ی از ساختارهای دوگانة دیگر که در پلیمرها وجود دارد و دیگران چیزی در مورد آنها نمی‌دانند، دست پیدا کنیم. ما راه را برای یافتن هرچه بیشتر چنین ساختارهایی باز کرده‌ایم."


این تحقیقات بوسیلة بنیاد ملی علوم، انجمن ماکس-پلانک و مرکز تحقیقات مواد دانشگاه کُرنل، پشتیبانی شده‌است.




تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:17 | نویسنده : ایمان رستگار
در این مقاله به بررسی مفهوم سرامیک و بعضی کاربردهای آن پرداخته می شود. نخست به معرفی برخی مفاهیم اولیه می پردازیم.
چینی به اشیایی گفته می شود که در درجه حرارت بالا تهیه می شوند و دارای شفافیت خاصی هستند و سفال به اجسامی گفته می شود که در درجه حرارت های پایین تر ساخته می شوند و شفاف نیستند.
عموما سرامیک ها دارای سختی های متفاوتی می باشند، معمولا شکننده هستند و در مقابل حرارت و فرسایش به خوبی مقاوم هستند. این مواد از خاک نسوز یا مواد معدنی دیگر بخصوص از اکسیدهای فلزی همراه با چند اکسید غیر فلزی ساخته می شوند که عنصر غیر فلزی معمولا اکسیژن است. در نهایت می توان سرامیک را هنر طراحی و ساخت اشیاء از خاک نسوز تعریف کرد. این تعریف را می توان به طور عام برای تمام مواردی که از خاک رس تهیه می شوند مثل پوشش های سرامیکی ، ساینده ها و همچنین شیشه های سرامیکی الکترونیکی به کار برد.
این نکته واضح است که انقلاب صنعتی به جز در سایه ی استفاده از کوره ها،ماشین های حرارتی پیشرفته و مواد سرامیکی که برای عایق بندی حرارتی انواع مختلف کوره ها و ماشین ها استفاده می شوند ممکن نیست.
در قرن حاظر با تکامل تکنولوژی الکترونیکی ، مواد دی الکتریک که دارای اهمیت بسیاری هستند نیز این مسیر تکاملی را طی نمودند.در کنار آن خصوصیات مغناطیسی و اپتیکی جدیدی برای سرامیک شناسایی شد و به عنوان قسمتی از تکنولوژی جدید الترونیک و الکترواپتیک تکامل یافت.
در دنیای الکترونیک اختراع ترانزیستور و لیزر ، موج گونه ی جدیدی از قطعات را عرضه نمود ، ولی نقش مفید انها را محدودیت هایی که مواد مورد استفاده داشتند کم می نمود.
در حالی که سرامیک های نوین که در میکرو الکترونیک ، سیستمهای لیزر، قطعات ارتباطی و شبکه ی اجزای مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرند نمونه ای از ایفای این نقش را نشان می دهد.
استفاده از سرامیک به عنوان دی الکتریک هایی که دارای ثابت دی الکتریک بالایی می باشند ، ساخت فاز نهایی با ظرفیت بسیار بالاتر را ممکن ساخته است که بعد از کشف ابر رسانا ها اهمیت سرامیک به اوج خود رسید. برای آنکه بتوان به علت بعضی از رفتار های این مواد پی برد روش های متنوعی وجود دارد. یکی از این روش ها بررسی ریز ساختار سرامیک ها می باشد. این خصوصیت نه تنها توسط ترکیب ، نوع و تعداد فازهای موجود در ترکیب مشخص می شودبلکه توسط قرار گیری ، چارچوب و ترتیب فازها نیز مشخص می گردد.
در نهایت توزیع فازها و یا زیر ساختار ها به روش ساخت سرامیک، مواد خام مورد استفاده،روابط تعادل فازی و همچنین تغیرات در فازها و رشد دانه ها و عملیات سینترنیک وابسته است.
یک سرامیک فرو الکتریک از تعداد زیادی کریستال های کوچک تشکیل شده است که محور های کریستالوگرافی آنها در سرامیک به طور اتفاقی جهت دار شده است. از طرف دیگر هادی های سرامیکی در دماهای بالاتر از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد نیز کارایی دارند.در حالی که اکثر فلزات در این دما قادر به کار نیستند. البته بعضی از فلزات مانند تنگستن و مولیبدیم نیز در دمای ۱۵۰۰ درجه کار می کنند ولی به علت واکنش با محیط از تنگستن در فضای آزاد نمی توان استفاده کرد.
امروزه سرامیک ها تقریبا در همه جا یافت می شوند، از بدنه موتور اتومبیل های مدرن و پوشش حرارتی سفینه های فضایی تا قلب کامپیوتر ها و از داخل آشپزخانه ها تا سد سازی ، شیشه گری و سرامیک های الکترونیکی همه مواردی از کاربردهای سرامیک هستند.

به طور خلاصه بعضی از کاربرد های آن به شرح زیر می باشد:

ـ در علوم فضایی به عنوان مبدل ها و سنسورها در ماهواره ها، موشک ها و هواپیماها


ـ در اتومبیل ها به عنوان سیستم آژیر و استارت


ـ در وسایل دفایی به عنوان تونار(مسافت یاب صوتی دریایی) و آشکار سازها


ـ در پزشکی باری آشکار سازی قلب جنین,جرم گیری دندان و MRI


ـ در مخابرات به عنوان صافی های مبدل انرژی،سنسورها،خازن های چند لایه و مشددها


ـ در وسایل ارتباطی به عنوان خازن هایی برای منابع تغذیه،رادار و سرامیک های مایکروویو برای آنتن ها.


مواد سرامیکی انعطاف‌پذیر

۱۸مارس ۲۰۰۲- محققان دانشگاه کُرنل با استفاده از نانوشیمی، یک گروه جدید از مواد ترکیبیی را تولید کرده و به نام سرامیکهای انعطاف‌پذیر نامگذاری کرده‌اند. مواد جدید، کاربردهای گسترده‌ای، از قطعات میکروالکترونیکی گرفته تا جداسازی مولکولهای بزرگ، مانند پروتئینها خواهند داشت.


آنچه در این زمینه، حتی برای خود محققان، بیشتر جلب توجه می‌کند آن است که ساختمان مولکولی مادة جدید در زیر میکروسکوپ الکترونی (TEM) که به صورت ساختمان مکعبی است، با پیشگوییهای ریاضی قرن گذشته مطابقت می‌کند. اولریش ویسنر، استاد علوم و مهندسی مواد دانشگاه کُرنل، می‌گوید: "ما اکنون در تحقیقات پلیمری به ساختمانهایی برخورد می‌کنیم که ریاضیدانها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوری اثبات کرده‌اند."


ساختمان مادة جدید، خیلی پیچیده‌تر از آن ماده‌ا‌ی است که Plumber&#۰۳۹;s nightmare نامیده شده‌است.


ویسنر در گردهمایی سالانة جامعة فیزیک آمریکا در مرکز گردهمایی ایندیانا، در مورد سرامیکهای انعطاف‌پذیر جدید، ‌گفت: "رفتار فازی کوپلیمر، موجب جهت دهی ترکیبهای نانوساختاری آلی/معدنی می‌شود." به عقیدة وی، این ماده یک زمینة تحقیقاتی مهیج و ضروری است که نتایج علمی و تکنولوژیکی بسیار هنگفتی از آن بدست می‌آید.


گروه تحقیقاتی ویسنر از طریق شکلهای کاملاً هندسی که در طبیعت یافت می‌شوند، به طرف نانوشیمی هدایت شد. یک مثال کاملاً مشهود برای ساختار ظریف دو اتمیها، جلبک تک‌سلولی است که دیواره‌های پوستة آن از حفره‌های سیلیکاتی کاملاً جانشین‌شده[۹] ساخته شده‌است. ویسنر می‌گوید: "کلید طبیعی این جانشینی، کنترل کامل شکل آنها از طریق خود سامانی ترکیبات آلی، در جهت رشد مواد غیرآلی (معدنی) است." محققان دانشگاه کُرنل تصدیق کرده‌اند که ساده‌ترین راه تقلید از طبیعت، استفاده از پلیمرهای آلی


-‌مخصوصاً موادی موسوم به کوپلیمرهای دی‌بلاک[۱۰]&#۶۵۵۳۳; است؛ زیرا این مواد می‌توانند به‌طور شیمیایی به صورت نانوساختارهای با اَشکال هندسی مختلف ساماندهی شوند. اگر پلیمر بتواند به طریقی با مواد غیرآلی (معدنی) -‌یک سرامیک، خصوصاً یک ماده از نوع سیلیکاتی- ذوب شود، مادة ترکیبی حاصل، ترکیبی از خواص زیر را خواهد داشت:


▪ انعطاف‌پذیری و کنترل ساختار (از پلیمر)


▪ عملکرد بالا (از سرامیک).


ویسنر می‌گوید: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پلیمرها و سرامیک نبوده، حتی ممکن است این مواد خواص کاملاً جدیدی نیز داشته ‌باشند." محققان دانشگاه کُرنل تاکنون فقط تکه‌های کوچکی از سرامیک انعطاف‌پذیر، با وزن چند گرم ساخته‌اند که البته برای آزمایش خواص مواد، کافی است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم‌کردن است، در عین حال مقاومت قابل توجهی داشته و بر خلاف سرامیک خالص خُرد نمی‌شود.


دربعضی موارد، این ماده، یک هادی یونی بوده و قابلیت کاربرد به صورت الکترولیت‌ باتریهای با کارآیی بالا را دارد. همچنین مادة جدید ممکن است در پیلهای سوختی بکار برود.


در بعضـی مـوارد هندسـة ۶ وجهـی مـاده-که از طریـق جفت‌شـدن حاصـل می‌شـود -بسیار بـه ساختـار دو اتمیها شبیـه است. در عـوض ویسـنرمی‌گوید: "با دستیابی به این ساختار مولکولی تقریباً می‌توان گفت که به طبیعت کامل‌شده‌ا‌ی دست یافته‌ایم."


ساختار متخلخل سرامیکهای انعطاف‌پذیر وقتی شکل می‌گیرد که ماده در دماهای بالا عملیات حرارتی شود. به عقیدة ویسز، این در حقیقت اولین ماده با چنین هندسه و توزیع کم اندازة حفره‌هاست. چون ماده فقط حفره های ده تا بیست نانومتری دارد. محققین دانشگاه کُرنل، در تلاشند تا دریابند که "آیا این مواد می‌توانند برای جداسازی پروتئینهای زنده استفاده شوند؟"


ویسنرعقیده دارد که به‌خاطر قابلیت خود ساماندهی این مواد، می‌توان آنها را به صورت ناپیوسته و در مقیاس زیاد تولید کرد. او می‌گوید: "ما می‌توانیم ساختار را کاملاً کنترل کنیم. ما می‌توانیم با کنترل خیلی خوبی این ماده را به مقیاس نانو برسانیم. ما حالا می‌دانیم که چگونه مجموعه‌ا‌ی از ساختارهای با شکل و اندازه حفره‌های یکسان، بسازیم."


محققان دانشگاه کُرنل این عمل را با کنترل "فازها" و یا با معماری مولکولی ماده بوسیلة کنترل‌کردن مخلوطی از پلیمر و سرامیک انجام می‌دهند. ماده از چند مرحلة انتقالی عبور می‌کند؛ از مکعبی به ۶ وجهی و سپس به ‌نازک و مسطح و بعد به شش وجهی وارونه و مکعبی وارونه. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة ۶ وجهی وارونه، به صورت ساختمان مکعبی دوگانه موسوم به Plamber&#۶۵۵۳۳;s nightmare می‌باشد که قبلاً در سیستمهای پلیمری یافت نشده‌بود. این ساختمان اولین ساختار با چنین قابلیت انطباق بالایی است که بوسیلة ترکیب خاصی از پلیمرها و سرامیکها تولید می‌شود. ویسنرمی‌گوید: "این شانس وجود دارد که ما به مجموعه‌ا‌ی از ساختارهای دوگانة دیگر که در پلیمرها وجود دارد و دیگران چیزی در مورد آنها نمی‌دانند، دست پیدا کنیم. ما راه را برای یافتن هرچه بیشتر چنین ساختارهایی باز کرده‌ایم."


این تحقیقات بوسیلة بنیاد ملی علوم، انجمن ماکس-پلانک و مرکز تحقیقات مواد دانشگاه کُرنل، پشتیبانی شده‌است.




تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:16 | نویسنده : ایمان رستگار
 
در كنگره ملي سراميك ايران ؛
بنيانگذار سراميك نوين ايران تقدير مي‌شود
خبرگزاري فارس: هشتمين كنگره ملي سراميك ايران با بزرگداشت واهاك كاسپاري مارقوسيان بنيانگذار سراميك ايران ارديبهشت سال 90 برگزار مي‌شود.

سين سرپولكي استاد تمام دانشگاه علم و صنعت ايران و دبير كنگره ملي سراميك در گفت‌و‌گو با خبرنگار علمي خبرگزاري فارس گفت: استاد مارقوسيان استاد دانشگاه مواد و متالورژي دانشگاه علم و صنعت ايران بيش از 3 دهه در زمينه پايه ريزي و گسترش سراميك نوين در كشور تلاش كرده‌ است كه در اين همايش با حضور فعالانه عرصه سراميك كشور از تلاش‌ها و خدمات علمي اين استاد پيشكسوت تقدير مي‌شود.

وي افزود: هم اكنون ايران پتانسيل‌ دستيابي به تكنولوژي‌هاي نوين در حوزه توليد سراميك مهندسي و پيشرفته را دارد.

سرپولكي افزود: با اينكه تعداد كارخانه‌ها در اين زمينه در كشور زياد نيست اما چشم انداز جديدي به وجود آمده كه حركت به سمت توسعه و كاربرد سراميك پيش رفته به ويژه نانو سراميك‌ها را تسريع مي‌بخشد.

وي در خصوص تعداد مقالات ارسال شده به اين كنگره گفت: در موعد مقرر 460 خلاصه مقاله در موضوعات مختلف سنتز نانو ذرات و مواد نانو ساختار روي سراميك‌ها، شيشه و شيشه سراميك فرآيند و ساخت مواد، دير گداز، الكترو سراميك، تجربيات صنعتي و سيمان و مصالح ساختماني دريافت شد.

وي اظهار داشت: از اين تعداد، 360 مقاله پذيرفته شده كه طي روزهاي همايش در قالب سخنراني و پوستر ارائه مي‌شود.

دبير هشتمين كنگره سراميك ايران اضافه كرد: موضوع انرژي يكي از چالش‌هاي اصلي است كه در اين كنگره انديشمندان به آن خواهند پرداخت.

استاد دانشگاه علم و صنعت ايران افزود:‌ در طول برگزاري كنگره 6 كارگاه آموزشي تخصصي در موضوعات و روش‌هاي آناليز نانو مواد، رنگ‌هاي نوين در صنعت سراميك و كابردي اندازه گيري رنگ در صنايع كاشي و سراميك و چند ميزگرد تخصصي برگزار مي‌شود.

وي ادامه داد: همچنين در حاشيه اين كنگره نمايشگاهي از دستاوردهاي پژوهشي و صنعتي مرتبط با سراميك برگزار خواهد شد كه تاكنون حدود 12 شركت فعال اعلام آمادگي كرده‌اند.

به گزارش فارس هشتمين كنگره سراميك ايران روزهاي 13 و 14 ارديبهشت سال 90 با حضور محققان، متخصصان و انديشمنداني در داخل و خارج از كشور در دانشگاه علم و صنعت ايران برگزار خواهد شد.

 



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:14 | نویسنده : ایمان رستگار
همزمان با کنگره سراميک ايران :
جايزه بنيانگذار علم نوين سراميک به بهترين آثار علمي سراميک نوين اهدا مي‌شود
تهران - همزمان با هشتمين کنگره سراميک ايران در 13 و 14 ارديبهشت ماه ، جايزه بنيانگذار علم نوين سراميک به بهترين آثار علمي سراميک نوين اهدا مي‌شود.

به گزارش ايرنا ، هشتمين کنگره سراميک ايران با شرکت 800 نفر از استادان، دانشجويان، متخصصان و انديشمندان ايران و ايتاليا، 13 و 14 ارديبهشت ماه امسال در محل دانشگاه علم و صنعت ايران برگزار مي‌شود.


دکتر "حسين سرپولکي " دبير کنگره و رييس انجمن سراميک ايران، هدف از برگزاري اين نشست دو روزه را حمايت از پژوهش‌هاي علمي حوزه سراميک، توسعه فناوري نانو، ارتقاي صنايع وابسته، بحث و تبادل نظر و مبادله دستاوردهاي صنعتي و تحقيقاتي علوم نوين سراميک عنوان کرد.


وي گفت: در دو روز برپايي اين کنگره، 264 مقاله برگزيده از بين 370 مقاله دريافتي در 9 موضوع "سراميک مهندسي و استاندارد در محيط زيست"، "سراميک ساختماني رنگ و سيمان"، "ديرگداز"،‌"پوشش‌هاي سراميکي"، "شيشه و شيشه سراميک"، " الکتروسراميک‌ها و پيل‌هاي سوختي"، "سنتز پودر و الياف سراميکي"، "بيوسراميک‌ها" و "فرآيند ساخت" ارايه مي شود.


سرپولکي يادآور شد : در اين کنگره تعداد 64 مقاله در قالب سخنراني و 200 مقاله در قالب پوستر ارايه مي شود .
دبير هشتمين کنگره سراميک ايران افزود: سه نفر از انديشمندان ايتاليايي با ارايه مفاله و ايراد سخنراني در زمينه‌هاي انرژي و کاهش انرژي در صنعت در اين کنگره حضور خواهند داشت و اين اساتيد در روزهاي برپايي اين کنگره به سوالات شرکت کنندگان پاسخ خواهند داد.


رييس انجمن سراميک ايران خاطرنشان کرد: در مراسم پاياني هشتمين کنگره سراميک ايران از مقام علمي استاد" واهاک کاسپاري مارقوسيان " استاد دانشکده مهندسي مواد و متالورژي دانشگاه علم و صنعت و بنيانگذار علم نوين سراميک در ايران تجليل مي شود .
وي افزود: تجليل از مقام اين استاد در حقيقت شروع پاسداشت از مقام اساتيدي است که از زمان تشکيل رشته سراميک ( حدود سه دهه قبل ) و همچنين توسعه و گسترش بي‌نظير صنايع وابسته و در صدر آنها صنعت کاشي ايران نقش داشته اند.


سرپولکي خاطرنشان کرد : مسابقه علمي بين دانشجويان شرکت کننده از ديگر برنامه‌هاي اين کنگره است و براي نخستين بار جايزه ارزنده علمي استاد " واهاک کاسپاري مارقوسيان " به تشخيص انجمن سراميک ايران در سال 1390 به بهترين اثر علمي برگزيده اعم از مقاله، کتاب و پژوهش با موضوع علوم نوين سراميک اهدا مي‌شود و اعطاي اين جايزه به صورت سالانه استمرار خواهد داشت.


وي برگزاري 6 دوره آموزشي، تشکيل ميزگرد با موضوع نقش انرژي در صنايع کاشي و سراميک و برپايي نمايشگاه آخرين دستاوردهاي علوم سراميک توسط 25 شرکت فعال کشور را از ديگر برنامه‌هاي هشتمين کنگره سراميک ايران بيان کرد



تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:14 | نویسنده : ایمان رستگار

استفاده از نانو تکنولوژی در شیشه

با قرار گرفتن بر روي شيشه ها و سراميك ها و پوشاندن سطح آنها مانع از كثيف شدن و خيس شدن سطح مي شود و در نتيجه با يك بار بارش باران و يا آب ريختن بر روي سطح آلودگی آن از بين مي رود.

موارد استفاده:

حفاظت از شيشه هاي پنجره ها و ويترين مغازه ها
• حمام و سرويس هاي بهداشتي
• سقفهاي شيشه اي، نماي ساختمانها و كاشيها
• كاشي هاي ديواري
• آينه ها
• سلولهاي خورشيدي
• دوش حمام، دستشويي ، وان حمام
• گلخانه ها
• صفحات نمايشگر، لنز دوربين، عينك


مقدار مصرف نانو شيشه و سراميك:

هنگام مصرف مايع شيشه هاي نانو تكنولوژي بصورت دستي براي هر متر مربع 5 تا 25 ميلي ليتر (بنا به جنس سطح) مواد لازم مي باشد.( 1 ليتر در حدود 40 تا 180 متر مربع را پوشش مي دهد). اگر از اسپري هاي مخصوص استفاده كنيد (بنا بر جنس سطح مورد استفاده)‌ بين 5 تا 15 گرم براي هر متر مكعب مواد مصرف خواهد شد.
دقت:
ماده بايد در جاي خشك و خنك نگهداري شود.
مايع مي تواند تا 6 ماه در بسته بندي ارژينال خود سالم بماند.
بعد از باز كردن درب ظرف به سرعت آنرا مصرف نماييد

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:13 | نویسنده : ایمان رستگار

استفاده از نانو تکنولوژی در شیشه

با قرار گرفتن بر روي شيشه ها و سراميك ها و پوشاندن سطح آنها مانع از كثيف شدن و خيس شدن سطح مي شود و در نتيجه با يك بار بارش باران و يا آب ريختن بر روي سطح آلودگی آن از بين مي رود.

موارد استفاده:

حفاظت از شيشه هاي پنجره ها و ويترين مغازه ها
• حمام و سرويس هاي بهداشتي
• سقفهاي شيشه اي، نماي ساختمانها و كاشيها
• كاشي هاي ديواري
• آينه ها
• سلولهاي خورشيدي
• دوش حمام، دستشويي ، وان حمام
• گلخانه ها
• صفحات نمايشگر، لنز دوربين، عينك


مقدار مصرف نانو شيشه و سراميك:

هنگام مصرف مايع شيشه هاي نانو تكنولوژي بصورت دستي براي هر متر مربع 5 تا 25 ميلي ليتر (بنا به جنس سطح) مواد لازم مي باشد.( 1 ليتر در حدود 40 تا 180 متر مربع را پوشش مي دهد). اگر از اسپري هاي مخصوص استفاده كنيد (بنا بر جنس سطح مورد استفاده)‌ بين 5 تا 15 گرم براي هر متر مكعب مواد مصرف خواهد شد.
دقت:
ماده بايد در جاي خشك و خنك نگهداري شود.
مايع مي تواند تا 6 ماه در بسته بندي ارژينال خود سالم بماند.
بعد از باز كردن درب ظرف به سرعت آنرا مصرف نماييد

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:12 | نویسنده : ایمان رستگار
تعداد زيادي از انواع مختلف سراميک ها در کاربردهاي پزشکي استفاده مي شوند؛ که از امپلنت هاي استخواني (bone Implants) گرفته تا پمپ هاي زيستي (biomedical pumps) مورد استفاده در پزشکي از سراميک ها ساخته شده اند.
دندانپزشکي نيز با توليد دندان هاي سراميکي پيشرفت کرده است. اين دندانهاي سراميکي تطابق بيشتري با طبيعت بدن بيمار دارند و حالت هاي حرکتي صورت مانند لبخند زدن رابهبود مي دهند در آينده، علم سراميک، کاربردهايي در درمانهاي ژنتيک (gene therapy) و مهندسي بافت(tissue engineering) پيدا مي کند.

اميد تازه براي بيماران سرطان کبد بوسيله ي گلوله هاي شيشه اي

اخيراً معالجه اي براي سرطان کبد غير قابل جراحي استفاده شده است که مي تواند علائم اين بيماري را کاهش دهد. اما اين درمان نيازمند بستري شدن بيمار است که اين کار موجب پايين آمدن سطح کيفيت زندگي بيماران مي شود. براي مثال، شيمي درماني (chemotherapy) در اغلب موارد باعث بوجود آمدن حالت تهوع، استفراغ و ريختن موهاي بدن مي شود. به همين دليل، نياز براي درمان هاي جديد وجود دارد که آسودگي بيشتري براي بيماران داشته باشد و آنها بتواند به صورت سرپايي درمان شوند و همچنين اثرات کمتري از روش درماني نيز داشته باشند(عوارض روش ها کم تر شود) و البته چيز مهم تر اين است که عمر متوسط بيماراني که از سرطان کبد رنج مي برند، بسيار کوتاه است و معمولاً اين مدت کمتر از 1 سال است. ميکروکره هاي شيشه اي (Glass microspheres) که در شکل 1 نشان داده شده است، در اصل در دانشگاه Missouri-Rolla ، مورد استفاده قرار گرفت و پس از تصديق FDA (اداره ي کل دارو و غذايي ايالات متحده ي آمريکا)، براي درمان بيماران داراي سرطان کبد(بيماران در مراحل ابتدايي) در 29 بيمارستان در آمريکا مورد استفاده قرار گرفته است. که به اين روش درماني TheraSpheredTM مي گويند.

در واقع گلوله هاي ميکروني بوسيله ي اکتيواسيون نوتروني انجام شده در داخل راکتور هسته اي، راديواکتيو مي شوند. سپس اين گلوله هاي ميکروني که تقريباً به اندازه ي يک سوم قطر موي انسان هستند، از طريق گذرگاهي به داخل شرياني که خون تومر سرطاني را مهيا مي کند، فرستاده مي شوند. تابش راديواکتيو، تومرهاي زيان را با کمترين آسيب به بافت هاي سالم بدن، تخريب مي کند. درمان تقريباً در کمتر از يک ساعت انجام مي شود و بيمار مي تواند در همان روز به خانه برود. اثرات جانبي نيز عموماً کمترين مقدار است و تنها بيمار اندکي خسته مي شود که اين خستگي نيز پس از چندين هفته با از بين رفتن مواد پرتوزا در بدن، از بين مي رود. در اکثر بيماران تنها يک بار تزريق انجام مي شود، اما بيماراني وجود دارند که چند بار عمل تزريق دارو در آنها انجام مي شود.
افزايش تعداد افرادي که تحت درمان واقع شده اند و هنوز زنده اند، گواهي از افزايش عمر متوسط اين افراد است. البته اسنادي وجود دارد که نشان مي دهد برخي از بيماران تا 8 سال پس از درمان نيز به زندگي خود ادامه داده اند.
اين گلوله ها، پتانسيل استفاده شدن براي درمان ديگرانواع سرطان مانند کليه، مغز و پروستات و درمان التهاب هاي روماتيسمي را دارند.

بست هاي سراميکي خنده هاي Tom Cruise را زيباتر کرده اند

بست هاي ارتودنسي، يک نوع وسيله براي صاف کردن دندان هاست که بواسطه ي آن دندان ها با سيم و قسمت هاي فلزي صاف مي شوند. اين روش باعث زيبا تر شدن لبخند افراد مي شود(همانگونه که در شکل 2ديده مي شود). افراد زيادي تمايل به انجام اين روش براي صاف کردن دندانهايشان دارند. ولي بدليل اينکه اتصالات و سيم هاي مورد استفاده براي اين کار از جنس فلز هستند، بسيار جلب توجه کرده واز اين جهت بسياري از افراد از انجام اين روش منصرف مي شوند. براي همين، تحقيقات ارتودنسي بر روي موادي متمرکز شد که از لحاظ اپتيکي نامرئي باشند. واين گونه بود که بست هاي سرامييک متولد شدند (در شکل 2 مي بينيد که اين نوع بست ها تقريباً نامرئي هستند). اين نوع بست هاي سراميکي لبخند زيباتري را به انسان هديه مي کنند. آلوميناي پلي کريستال شفاف(TPA)در اصل بوسيله ي ناسا(NASA)شناسايي شد. کمپاني هاي Ceradyne و Unitek به صورت مشترک بر روي ساخت بست هاي آلومينايي (پلي کريستال وشفاف) کار کردند. و نتيجه ي کار آنها توليد بست هاي سراميکي بود که وظايف بست هاي فلزي را به خوبي انجام مي دادند. بست هاي سراميکي مانند نوع فلزيش کار مي کردند ولي هنگامي که از يک فاصله نرمال به آنها نگاه مي کنيد، تقريباً نامرئي هستند.

به دليل اينکه مواد مورد استفاده در ساخت بست هاي سراميکي بدون تخلخل و با خلوص بالايي (تقريباً 99/9%)هستند، اين وسايل جرم و رنگ نيز به خود نمي گيرند.
جايگزين هاي استخوان ران قوي تر شده اند
در طي 20 سال گذشته، افزايش قابل توجه در استفاده از مواد سراميکي براي توليد امپلنت ها انجام شده است، مواد سراميکي هم تافنس خوبي دارند و هم مستحکم هستند. همچنين اين مواد از لحاظ زيستي نيز خنثي بوده و سرعت سايش کمي دارند. يک نمونه ي استثنايي از اين اکسيدها، زيرکونيا نام دارد. که اکنون جايگزين آلومينا در بسياري از کاربردها مانند گلوله ي استخوان ران و استخوان ران شده است. استخوان مصنوعي ران از جنس زيرکونيا در مقايسه بانوع آلومينايي خود، استحکامي دو برابر دارد. بنابراين قطر استخوان مصنوعي ران در محل اتصال به گلوله را مي توان تا 26 ميلي متر کاهش داد. که اين کاهش باعث آسيب کمتر به بافت هاي اطراف محل جراحي در طي عمل جايگزيني استخوان مي شود.(شکل 3)

کاربردهاي ديگري که در آنها از امپلنت هاي زير کونيايي استفاده مي شود شامل موارد زيرمي شود:
1)مفصل زانوها
2)مفصل شانه
3)مفصل انگشتان
4)ايمپلنت هاي مربوط به نخاع
5)اجزاي دستگاه آندوسکوپي
6)و...

پوشش هاي سراميکي مورد استفاده در رهايش دارويي

MIVTherapeutics,Inc، يک مؤسسه ي هدايت کننده در زمينه ي توليد پوشش هاي زيست سازگار و سيستم هاي رهايش داروئي پيشرفته است که در مورد داروهاي قلبي و ديگر مواد دارورسان زيست سازگار کار مي کند. اين شرکت در حال توليد پوشش هايي بر پايه ي هيدروکسي آپاتيت(HAp) است. اين پوشش ها داراي يک ترکيب شبيه به استخوان هاي طبيعي هستند و داراي پتانسيل براي ايجاد تکنولوژي هاي رهايش دارويي پس از کاشت آنها در داخل بدن هستند. (البته هم اکنون نيز از اين پوشش ها در کاربردهاي چنيني بهره برده مي شود). اين غشاها با منافذ ميکرونيشان به نحوه اي ساخته شده اند که بسيار زيست سازگار هستند(حتي پس از خروج کامل دارو از اين غشاها).
در اين رابطه، عملکرد هيدروکسي آپاتيت(HAp) بسيار کامل تر از پوشش هاي پايه پليمري است. (در پوشش هاي پايه پليمري، دارو بايدتوانايي تحمل شرايط مختلف براي توليد پوشش را داشته باشد). همچنين غشاهاي بسيار بسيار نازک ساخته شده که باعث بهبود خواص سطحي امپلنت هاي فلزي مي شود. اين غشاهاي بسيار بسيار نازک در مکان هايي که شرايط کاري(چه از لحاظ نحوه قرارگيري دارو در غشا و يا شرايط نامطلوب محيط انجام کار در بدن) نامطلوب است، بسيار خوب عمل مي کنند. در شرايطي که از اين دارو براي بهبود کارکرد قلب استفاده شود. اين غشاها همچنين توان کاهش تنش هاي خستگي ناشي از ضربان قلب را دارند. و مي توانند قلب يک انسان را براي چند سال سالم نگه دارند.

لايه هاي کامپوزيتي براي درمان هاي ژنتيکي

سيستم انتقال ايمن و موثر براي ژن ها يک عامل کليدي در درمان هاي ژنتيکي و مهندسي بافت است. استفاده از عوامل ترکيبي حاصل از ذرات فسفات کلسيم با DNA مدت هاي مديدي است که متداول گشته است که علت آن سميت کم اين ذرات است. اين ذرات موجب تسهيل انتقالات ژني شده ولي بازده انتقال ژني اين عامل در مقايسه با عوامل ديگر مانند ترکيبات ليپيد/ DNA، بسيار کم و غير موثر است.
در تحقيقي که اخيراً انجام شده است نشان داده شده که انتقال ژني بر روي سطح DNA / لايه ي کامپوزيتي آپاتيت، حالتي ماکزيمم دارد. يک لايه ي کامپوزيتي از آپاتيت/ DNAرا به راحتي مي توان بر روي سطح يک کوپليمر وينيل الکل با اتيلن ساخت که اين کار توسط محققين ژاپني انجام شده است. اين کامپوزيت با حرکت بر روي DNA و به صورت محلي از خود ژن هايي را خارج مي کند. و بدين صورت درمان بوسيله ي ژن ها صورت مي گيرد.(American Society of Ceramics

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:11 | نویسنده : ایمان رستگار

سراميک هاي زير ساختاري(substructure ceramics)

توسعه ي سراميک مستحکم تر براي تمام پروتزهاي سراميکي پوشش داده شده، مي تواند به صورت يک گذار به سمت افزايش درصد حجمي مواد کريستالي و کاهش حجم شيشه نشان داده شود.سرانجام اين پيشرفت ها، رسيدن حجم مواد شيشه اي پروتزها به صفر است.در سال1965،McLean،گزارشي مبني برافزايش استحکام شيشه هاي فلدسپاتي با افزودن ذرات اکسيد آلومينيوم ارائه کرد.و در همان سال General Electricبراي اولين بار از تکنولوژي استحکام بخشي ديسپرشن به صورت کاربردي، براي مقره هاي خطوط فشار قوي بهره برد.در اواخر دهه ي 1980، يک روش براي افزايش قابل توجه آلومينيوم اکسيد(از 55 درصد وزني به 70 درصد حجمي)، بوجود آمد.
اين روش در ابتدا با پودر آلوميناي سبک انجام مي شد که اين پودر بواسطه ي حرارت دهي به همديگر مي چسبيد،سپس اين توده ي آلومينايي متخلخل که مانند يک بسته، از ذرات آلوميناي به هم چسبيده تشکيل شده بود را با شيشه پر مي کردند.در طي فرآيند پخت آلومينا که منجز به ايجاد توده ي سبکي مي شد، ذرات آلومينايي که در مجاورت هم بودند، در محل هاي اتصال به هم پيوند مي خوردند و ايجاد يک شبکه ي سه بعدي از ذرات به هم چسبيده مي شد.همچنين پس از ايجاد ساختار آلومينايي متخلخل، يک شيشه ي مذاب با ويسکوزيته ي پايين، بوسيله ي نيروهاي موينيگي وارد ساختار متخلخل مي شد.اين کار باعث ايجاد يک ترکيب سه بعدي از آلومينا و شيشه مي شود.اگر چه تنها70درصد حجمي اکسيد آلومينيوم در اين سراميک وجود دارد ولي استحکام و تافنس شکست آن برابر با سراميک هاي آلومينايي با100 درصد پلي کريستال است.
دو پيشرفت کليدي که اجازه ي استفاده ي کاربردي از سراميک هاي کاملاً پلي کريستال را در پروتزهاي ثابت کننده دارد عبارتند از:
1)قابليت استفاده از پودرهاي شروع کننده ي بسيار کنترل شده.
2)استفاده از کامپيوترها در پروسه هاي سراميکي.برعکس سراميک هاي شيشه اي، سراميک هاي پلي کريستال قابليت پرس شدن براي رسيدن به مواد با دانسيته ي بالا را در قالب هاي با اندازه ي بزرگتر را ندارد.سراميک هاي پلي کريستال از پودر آنها توليد مي شود که آنها تنها تا 70 درصد دانسيته ي تئوري شان مي توان فشرده سازي کرد.از اين رو سراميک هاي پلي کريستال در هنگامي که با بيشترين دانسيته، پخت شوند، به اندازه ي 30 درصد حجمي شرينکيج دارند.براي داشتن پروتزهاي نهايي مناسب، مقدار شرينکيج يايد به دقت اندازه گيري گردد و در طراحي به آن توجه شود.
پودرهاي اوليه مناسب که توانايي يکنواخت شدن در فشرده سازي را دارند.يک پيش نياز براي رسيدن به شرينکيج قابل محاسبه و تجديد پذير است.
تحقيقات انجام شده در علم توليد سراميک ها از اواخر دهه ي 1980 تا دهه ي 1990 منجر به دسترسي تجاري به پودرهاي مناسب براي استفاده ها در زمينه ي دندانسازي شده است تقريباً همزمان با پيشرفت تکنولوژي، پالايش پودر موجب توسعه ي ماشين هاي کامپيوتري و افزايش قابليت محاسبه ي دستگاه هاي سه بعدي داده شده است.
دو روش براي توليد پروتز از سراميک هاي پلي کريستال و به صورت تجاري ارائه شده است که در هر روش، يک قطعه ي خام با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب ايجاد مي شود و در محاسبه ي خواص شرينکيج اين قطعه ي خام از دستگاه هاي سه بعدي داده استفاده مي شود.در روش اول، يک قالب با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب بر اساس 20000اندازه گيري از قالب آزمايشگاهي اسکن شده، ساخته مي شود.سپس اکسيد آلومينيوم يا اکسيد زيرکونيوم در داخل اين قالب فشرده شده که مقدار فشردگي بر اساس شرينکيج مطلوب محاسبه مي گردد.
در روش دوم، يک قطعه ي نيمه خام از اکسيد زيرکونيوم ماشين کاري شده و به قطعه ي مورد نظر تبديل مي شود که اندازه ي آن کمي بزرگتر از حد مطلوب است که علت آن اين است که پس از پخت نمونه به اندازه ي مورد نظر برسد.در اين سيستم، دانسيته ي هر قطعه ي اوليه براي محاسبه ي دقيق شرينکيج قطعه بر روي آن ثبت مي شود.در واقع در اين روش که روش جولي در ساخت قطعات سراميکي معروف است، يک قطعه ي سراميکي بوسيله ي يک ماشين تراش از قطعه خام بدست مي آيد.
اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته زيرکونياي بهبود يافته از لحاظ تافنس (چقرمگي)، يک سراميک پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربرد هاي دندانپزشکي در دسترس است.البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي بست به ديگر سراميک هاي پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربردهاي دندانپزشکي در دسترس است. البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي نسبت به ديگر سراميک هاي پلي کريستال دارد، بايد مورد بررسي جداگانه اي قرار گيرد.که جزئيات تافنس شکست واستحکام اين ماده را در بخش زير بيشترمورد بررسي قرار مي دهيم.اما در اينجا کافيست که تافنس را به معناي اشکال در رشد ترک در نظر بگيريم.

برخلاف آلومينا، اکسيد زيرکونيم در طي پخت از يک حالت کريستالي به حالت ديگر تغيير شکل مي دهد.در دماي پخت زيرکونيا در حالت تتراگونال است و در دماي اتاق به حالت مونوکلينيک در مي آيد.يک سلول واحد مونوکلينيک، 404درصد بيشتر از زماني که تتراگونال است ،فضا اشغال مي کند.البته اين مسئله باعث فروريختن زيرکونيا در فرآيند سردکردن، مي شود.و ساختار زيرکونيا را ناپايدار مي کند.در اواخر دهه ي 1980، مهندسين سراميک توانستند ساختار تتراگونال را در دماي اتاق و به کمک اضافه کردن مقدار کمي (3-8 درصد)کلسيم پايدار کنند که بعداً بجاي کلسيم از ايتريم (yttrium)و يا سريم(cerium)استفاده شد.اگر چه اين حالت در دماي اتاق پايدار است ولي حالت تتراگونال حالتي نيم پايدار است .اين بدان معناست که انرژي بدام افتاده اي در داخل ماده وجود دارد که مانع برگشت به حالت مونو کلينک مي شود.تنش متمرکز در جلوي گسترش ترک براي راه انداختن تغيير حالت در داخل دانه هاي سراميکي و درنزديکي قسمت تيزترک کافي مي باشد.که در اين حالت افزايش 404درصدي حجم، مفيد واقع مي شود و ترک بسته مي شود.و از پيشرفت آن جلوگيري مي شود .(در واقع، تغييرحالت موجب کاهش شدت تنش محلي مي شود)
مقدار تافنس شکست در اين ماده ، دو برابر و يا حتي چند برابر سراميک هاي آلومينايي است در واقع اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته، پتانسيلي خوب براي مواد زير ساختاري از خود نشان مي دهد.مشکلاتي که ممکن است در مورد اين سراميک زيرکونيايي بوجود بيايد شامل عدم ثبات دراز مدت در حضور آب، مسائل سازگاري پرسلاني و تعدادي از محدوديت ها در انتخاب مواد به خاطر خاصيت مات بودن شان، مي شود.به هر حال، بر اساس تجربيات بدست آمده در استفاده از اين مواد در تهيه ي پروتزها، مشکلات عمده اي ديده نشده است.

استحکام و تافنس شکست (strength and fracture toughness)

سه خاصيت مربوط به ساختار داخلي ماده وجود دارند که براي توليد مواد ساختاري به آن ها توجه مي شود.
اين سه خاصيت به صورت زير هستند:
1)استحکام (strength)
2)تافنس شکست(fracture toughness)
3)قابليت شيميايي جلوگيري از رشد ترک
مهمترين نکته اي که بايد در مورد استحکام بدانيم اين است که استحکام يک خاصيت ذاتي مواد نيست، اين بدان معناست که مقداراستحکام به وضعيت ماده و نحوه و روش آزمون سنجش استحکام بستگي دارد.
تافنس شکست(که در زير مورد بررسي قرار مي گيرد)يک خاصيت ذاتي تر سراميک هاست که در هنگام مقايسه ي مواد تجاري بسيار مفيد است.

استحکام (strength)

استحکام يک اندازه گيري کلي از سه چيز است که شامل موارد زير مي شود:
1)نوع و اندازه ي ترک هاي حاصل از شروع شکست و توزيع آنها
2)تافنس شکست
3)تأثيرات آب
اگر اين سه چيز به خوبي کنترل شود موجب ايجاد محيط واقعي براي پروتز مي شود، سپس مقايسه ها بر اساس استحکام داراي معنا مي شوند.ترک هاي بوجود آمده درنمونه ها اغلب نتيجه اي از مراحل توليد پروتز است.اما ترک ها همچنين مي توانند بر اساس ذات خود ماده نيز ايجاد شوند؛ از اين رو بهترين اندازه گيري استحکام از نمونه هاي مورد آزمايش، حاصل مي شود که تمام مراحل توليد دندانسازي و آزمايشگاهي استاندارد قابل انجام نيست و تهيه ي شرايط مطلوب آزمايشات قطعات دندانسازي کاملاً شبيه به شرايط حقيقي نيست و استحکام اندازه گيري شده ممکن است که بي معنا باشد .
به عبارت ديگر، اگرچه پروتزهاي واقعي به اندازه ي کافي شرايط توليد سراميک ها را منعکس مي کند،تنش هاي وارده بر پروتز نقطه ي شکست (مثلاً استحکام)را به سختي مي توان محاسبه کرد.به علاوه بيشتر تلاش ها درجهت تکرار بارگذاري باليني بر روي پروتزها، با شکست هاي حاصل از زيان هاي توليدي در طي مراحل تست کردن، روبروست.و جالب اين است که اين شرايط هيچگاه در شرايط باليني ديده نشده است.از سال1958،اين حقيقت فهميده شد که آب استحکام اکثر شيشه و سراميک ها را کاهش مي دهد .آب،مانند يک ماده ي شيميايي عمل کرده و وجود آن در ترک ها موجب رشد آرام آنها مي شود.که اين رشد ترک ها در شرايط ديگر پديد نمي آيد(درشرايط نبودن آب).
سراميک ها با شدت متفاوتي نسبت به آب حساس اند و اين حقيقتي است که به خوبي کنترل نشده است.ودرحقيقت آب عاملي است که موجب بوجودآمدن اختلاف در داده هاي اندازه گيري شده در تست هاي استحکام است.آب در کليه ي سطوحي که در معرض ترشحات بزاقي قرار مي گيرد، وجود دارد.البته آب همچنين در سطوح چسبانيده شده تيوپ هاي دندانپزشکي نيز نفوذ مي کنند؛ همه ي سيمان هاي دندان پزشکي اجازه ي نفوذ آب (ترشحات بزاقي و...)را از داخل خود مي دهند.
البته نکته ي قابل توجه اين است که داده هاي مربوط به استحکام تنها در مورد مواد خالص بيان مي شود در حالي که پروتزها عمدتاً از مواد چندگانه ساخته شده اند که هر کدام از اين مواد خواصي متفاوت دارند. عملکرد چنين پروتزهايي ممکن است حالت بي ثباتي داشته باشد. زيرا اين پروتزها از چند ماه ساخته شده اند همچنين عدم انطباق ضرايب انبساط حرارتي اين مواد مي تواند موجب بروز شکست در پروتز بشود. براي مثال يک نوع ازيک پروتز تمام سراميک مي تواند به دليل تنش ها و ترک هاي بوجود آمده که در بين بخش هسته و روکش، بشکند. شبيه به بحث قبل، يک روکش تک قسمتي دندان مي تواند از قسمت داخلي اش بشکند که علت آن اعمال نيرو بوسيله ي جويدن اجسام سخت و آدامس مي باشد. اين شکست هاي اتفاقي بيشتر در بخش سيماني قطعه روي مي دهد. (بخاطر اينکه بخش سيماني قطعه آسيب پذير است.) احتمال بقاء اين قطعه به نوع سيمان استفاده شده در ساخت روکش دندان، بستگي دارد.
بنابراين، استحکام چيزي بيشتر از يک اندازه گيري نامعلوم از خاصيت ذاتي ماده است و بايد از آزمون استحکام در قضاوت کردن در مورد عملکرد سيستم هاي سراميکي جديد استفاده کرد يک اندازه گيري بهتر براي مقايسه کردن عملکرد ساختاري سراميک ها، تافنس شکست است، اما در مورد رفتار يک ماده تنها، اين روش محدوديت دارد.

تافنس شکست (fracture toughness)

به خاطر اينکه سراميک ها از طريق رشد ترک هاي موجود در نمونه مي شکند، فهميدن نحوه ي اين امر، مفيد مي باشد. نيروهاي کششي موجب ايجاد تنش در قسمت نوک ترک مي شود. همين طور که نيروها افزايش مي يابد، شدت تنش هاي بوجود آمده در بخش نوک تيز ترک نيز به سرعت افزايش مي يابد. در حالت کلي باز شدن مستقيم، بدون حرکت در جهت سطح و بدون ايجاد حالت برشي رامدIباز شدن مي گويند. و شدت تنش بوجود آمده با اين نوع باز شدن را با K (کا) نشان مي دهند.بنابراين، شدت تنش در يک قسمت نوک تيزترک در حالت مد I باز شدن را به صورت زير مي نويسند:

K_I.A_t

در حالت بحراني از شدت تنش، ترک ناپايدار شده و قطعه ي سراميکي به دو بخش تقسيم مي شود. شدت تنش بحراني براي مد I بازشدن، با KIcنشان داده مي شوند که واحد آن است. ، به طور عمومي به حالت ماده بستگي ندارد. و براي مقايسه ي مواد مختلف مي تواند مورد استفاده قرارگيرد. مقدار K_IC براي چيني هاي سراميک –فلزي تقريبا 0/9 تا 1/2 و براي سراميک هاي تقويت شده با لوسيت که دندانسازي مورد استفاده قرار مي گيرد، مقدار K_IC تقريباً 1/5 تا 1/7 است. مقدار K_IC براي آلومينا تقريباً 4/5 و باي زير کونياي بهبود يافته اين مقدار بين 8 تا 12 و براي آلياژهاي فلزي تقريباً 20است.

نقش فلز در استحکام بخشي

نقش و چگونگي عمل مواد فلزي در ايجاد و دوام هنوز به طور کامل شناخته نشده است. بنابراين، تشخيص اينکه کدام يک از خواص ريخته گري کردن فلز مي تواند خواص شکل دهي زير ساختاري بوسيله ي تکنولوژي هاي ديگر شکل دهي فلزات را بهبود دهد، انجام نشده است. اين اغلب بيان مي شود که پرسلان (چيني) به يک تقويت کننده شبکه اي از جنس فلز نيازمند است. البته اين توضيح داده نشده است که تقويت کننده (supported) به چه معني است.
تعدادي مکانيزم هاي قابل انجام وجود دارد که بوسيله ي آنها، فلز ريخته گري شده ممکن است توانايي افزايش طول عمر پرسلان روکش شده را دارند. اولاً، پرسلان نيازمند محافظت شدن در برابر توسعه ي تنش هاي کششي در مجاورت ترک هاي بوجود آمده در نواحي بحراني را دارد. اين دليلي است بر آن که فلز ممکن است بر توزيع تنش در داخل پرسلان، بالاخص در سطوح و مکان هاي اتصال، تأثير بگذارد.
دوماً، در مکان هايي که تنش ها ايجاد مي شوند، اگر گسترش ترک ها متوقف شود، پرسلان به صورت مفيد عمل مي کند و اين دلالتي است براين که فلزي که به خوبي به پرسلان پيوند داده شود. ممکن است مانند يک پل عمل کند و از باز شدن ترک هاي پرسلان جلوگيري کند.
سوماً، ترک هايي که ممکن است سرانجام باعث شکست شوند، آرام تر رشد مي کنند (البته اگر خشک نگه داشته شوند). اين دلالت مي کند که يک نقش ديگر فلز ريخته گري شده ممکن است اين باشد که فلز از ورود آب به داخل ترک ها جلوگيري مي کند.(در واقع فلز از رشد شيميايي ترک ها بوسيله آب جلوگيري مي کند).
مزاياي سيستم هاي کاملاً سراميکي در برابر سيستم هاي فلز-سراميک
مزاياي زيبايي حقيقتي است که حتي در هنگام جايگزيني يک فلز با يک سراميک مات بوجود مي آيد. زيرا از لحاظ اپتيکي فلزات کل پرتوهاي فوري را جذب يا منعکس مي کنند ولي سراميک ها درصدي از نور را عبور مي دهند. پس بنابراين از لحاظ مسائل زيبايي بهتر عمل مي کنند. سيستم هايي که کاملاً از سراميک ساخته شده اند، از لحاظ زيبايي، نتيجه ي بهتري براي تعداد متنوعي از بيماران نسبت به سيستم هاي فلز-سراميک، ايجاد مي کنند که علت آن دامنه ي وسيع از عبور نور است که بوسيله ي سيستم هاي سراميکي بوجود مي آيد. اين دامنه ي وسيع نور باعث ايجاد حالت شفافيت يا ماتي و همچنين ايجاد رنگ در سيستم مي شود. ديگرمزاياي اين سيستم ها به بافت نرم تر وبهداشتي تر سراميک ها مربوط است که سلامت اين سيستم ها از زيبايي آنها مهم تر است. به سطوح سراميکي، پلاک هاي ميکروبي و مولکولهاي چسبنده ي کمتري نسبت به آلياژهاي طلاو آمارجام (آلياژ جيوه با چند فلز ديگر براي پرکردن دندان استفاده مي شود) مي چسبند. همچنين سطوح سراميکي محيط مناسبتري براي رشد ملکولهاي بافت هاي داخل دهاني بوجود مي آورند. و سطوح تميزتري دارند. در بخش هاي بالايي پرسلان ها که با لثه در برخوردند به علت ماهيت خود پروتزهاي سراميکي، زخم کمتري بوجود مي آيد.

سيستم هاي فلز – سراميک

مزاياي سيستم هاي فلز-سراميک مربوط به عملکرد ساختاري قابل پيش بيني ، تطبيق پذيرشان و نياز به دانش کمتر براي انتخاب يک سيستم مناسب است. عملکرد ساختاري سيستم هاي سراميک-فلز بسيار بهتر از هر نوع سيستم کاملاً سراميکي است.
در زير در مورد جزئيات اين مسئله بحث مي کنيم. همچنين شکست بالک و ترک هاي بوجود آمده در پرسلان پس از گذشت 6 سال بر کارکرد تقريباً 5-10 درصد پروتزهاي تک بخشي تأثير مي گذارد. داده هاي باليني کمتري براي پروتزهاي سه بخشي وجود دارد و همه ي سيستم ها به خوبي مورد مطالعه قرار نگرفته اند. به طور برعکس، مشکلات ساختاري مربوط به پرسلان در پروتزهاي سراميک – فلز در طي 10 سال، 3-4 درصد است و 73 درصد از اين پروتزها را تا 15 سال نيز مي توان استفاده کرد که در اکثر مواد مشکلات زيست شناسي، عاملي براي تعويض اين پروتزها پس از 15 سال مي شود. البته صحبتي که در بالا انجام شد در مورد پرسلان هاي تقويت شده با تيتانيم صادق نيست و اين پرسلان هاي تقويتي زياد خوب عمل نکرده و حتي پس از 6 سال کار، مشکلات بسياري در نقطه ي تقاطع پرسلان-تيتانيم رخ مي دهد. سيستم هاي فلز-سراميک به حدي خوب عمل مي کنند که تنها اطلاعات کمي براي استفاده ي روتين از آنها، مورد نياز است.
اکثر شاغلين در زمينه ي دندانسازي، اطلاعات کمي در مورد سيستم هاي فلز-سراميک تهيه شده در آزمايشگاهشان دارند و هرسيستم به طور عمومي براي پروتزهاي تک بخشي جلويي و پروتزهاي چند بخشي عقبي مناسب است. البته استفاده از تمام سيستم هاي سراميکي نيازمند داشتن دانشي کافي براي بوجود آوردن ماکزيمم زيبايي و انتخاب مناسب ساختارها براي طول عمر بيشتر است.

شکل 2-شماتيکي از مواد سراميکي مورد استفاده در دندانسازي

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:11 | نویسنده : ایمان رستگار

سراميک هاي زير ساختاري(substructure ceramics)

توسعه ي سراميک مستحکم تر براي تمام پروتزهاي سراميکي پوشش داده شده، مي تواند به صورت يک گذار به سمت افزايش درصد حجمي مواد کريستالي و کاهش حجم شيشه نشان داده شود.سرانجام اين پيشرفت ها، رسيدن حجم مواد شيشه اي پروتزها به صفر است.در سال1965،McLean،گزارشي مبني برافزايش استحکام شيشه هاي فلدسپاتي با افزودن ذرات اکسيد آلومينيوم ارائه کرد.و در همان سال General Electricبراي اولين بار از تکنولوژي استحکام بخشي ديسپرشن به صورت کاربردي، براي مقره هاي خطوط فشار قوي بهره برد.در اواخر دهه ي 1980، يک روش براي افزايش قابل توجه آلومينيوم اکسيد(از 55 درصد وزني به 70 درصد حجمي)، بوجود آمد.
اين روش در ابتدا با پودر آلوميناي سبک انجام مي شد که اين پودر بواسطه ي حرارت دهي به همديگر مي چسبيد،سپس اين توده ي آلومينايي متخلخل که مانند يک بسته، از ذرات آلوميناي به هم چسبيده تشکيل شده بود را با شيشه پر مي کردند.در طي فرآيند پخت آلومينا که منجز به ايجاد توده ي سبکي مي شد، ذرات آلومينايي که در مجاورت هم بودند، در محل هاي اتصال به هم پيوند مي خوردند و ايجاد يک شبکه ي سه بعدي از ذرات به هم چسبيده مي شد.همچنين پس از ايجاد ساختار آلومينايي متخلخل، يک شيشه ي مذاب با ويسکوزيته ي پايين، بوسيله ي نيروهاي موينيگي وارد ساختار متخلخل مي شد.اين کار باعث ايجاد يک ترکيب سه بعدي از آلومينا و شيشه مي شود.اگر چه تنها70درصد حجمي اکسيد آلومينيوم در اين سراميک وجود دارد ولي استحکام و تافنس شکست آن برابر با سراميک هاي آلومينايي با100 درصد پلي کريستال است.
دو پيشرفت کليدي که اجازه ي استفاده ي کاربردي از سراميک هاي کاملاً پلي کريستال را در پروتزهاي ثابت کننده دارد عبارتند از:
1)قابليت استفاده از پودرهاي شروع کننده ي بسيار کنترل شده.
2)استفاده از کامپيوترها در پروسه هاي سراميکي.برعکس سراميک هاي شيشه اي، سراميک هاي پلي کريستال قابليت پرس شدن براي رسيدن به مواد با دانسيته ي بالا را در قالب هاي با اندازه ي بزرگتر را ندارد.سراميک هاي پلي کريستال از پودر آنها توليد مي شود که آنها تنها تا 70 درصد دانسيته ي تئوري شان مي توان فشرده سازي کرد.از اين رو سراميک هاي پلي کريستال در هنگامي که با بيشترين دانسيته، پخت شوند، به اندازه ي 30 درصد حجمي شرينکيج دارند.براي داشتن پروتزهاي نهايي مناسب، مقدار شرينکيج يايد به دقت اندازه گيري گردد و در طراحي به آن توجه شود.
پودرهاي اوليه مناسب که توانايي يکنواخت شدن در فشرده سازي را دارند.يک پيش نياز براي رسيدن به شرينکيج قابل محاسبه و تجديد پذير است.
تحقيقات انجام شده در علم توليد سراميک ها از اواخر دهه ي 1980 تا دهه ي 1990 منجر به دسترسي تجاري به پودرهاي مناسب براي استفاده ها در زمينه ي دندانسازي شده است تقريباً همزمان با پيشرفت تکنولوژي، پالايش پودر موجب توسعه ي ماشين هاي کامپيوتري و افزايش قابليت محاسبه ي دستگاه هاي سه بعدي داده شده است.
دو روش براي توليد پروتز از سراميک هاي پلي کريستال و به صورت تجاري ارائه شده است که در هر روش، يک قطعه ي خام با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب ايجاد مي شود و در محاسبه ي خواص شرينکيج اين قطعه ي خام از دستگاه هاي سه بعدي داده استفاده مي شود.در روش اول، يک قالب با اندازه ي بزرگتر از حد مطلوب بر اساس 20000اندازه گيري از قالب آزمايشگاهي اسکن شده، ساخته مي شود.سپس اکسيد آلومينيوم يا اکسيد زيرکونيوم در داخل اين قالب فشرده شده که مقدار فشردگي بر اساس شرينکيج مطلوب محاسبه مي گردد.
در روش دوم، يک قطعه ي نيمه خام از اکسيد زيرکونيوم ماشين کاري شده و به قطعه ي مورد نظر تبديل مي شود که اندازه ي آن کمي بزرگتر از حد مطلوب است که علت آن اين است که پس از پخت نمونه به اندازه ي مورد نظر برسد.در اين سيستم، دانسيته ي هر قطعه ي اوليه براي محاسبه ي دقيق شرينکيج قطعه بر روي آن ثبت مي شود.در واقع در اين روش که روش جولي در ساخت قطعات سراميکي معروف است، يک قطعه ي سراميکي بوسيله ي يک ماشين تراش از قطعه خام بدست مي آيد.
اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته زيرکونياي بهبود يافته از لحاظ تافنس (چقرمگي)، يک سراميک پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربرد هاي دندانپزشکي در دسترس است.البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي بست به ديگر سراميک هاي پلي کريستال است که در حال حاضر براي کاربردهاي دندانپزشکي در دسترس است. البته به خاطر اينکه اين ماده مکانيزم و همچنين تافنس شکست متفاوتي نسبت به ديگر سراميک هاي پلي کريستال دارد، بايد مورد بررسي جداگانه اي قرار گيرد.که جزئيات تافنس شکست واستحکام اين ماده را در بخش زير بيشترمورد بررسي قرار مي دهيم.اما در اينجا کافيست که تافنس را به معناي اشکال در رشد ترک در نظر بگيريم.

برخلاف آلومينا، اکسيد زيرکونيم در طي پخت از يک حالت کريستالي به حالت ديگر تغيير شکل مي دهد.در دماي پخت زيرکونيا در حالت تتراگونال است و در دماي اتاق به حالت مونوکلينيک در مي آيد.يک سلول واحد مونوکلينيک، 404درصد بيشتر از زماني که تتراگونال است ،فضا اشغال مي کند.البته اين مسئله باعث فروريختن زيرکونيا در فرآيند سردکردن، مي شود.و ساختار زيرکونيا را ناپايدار مي کند.در اواخر دهه ي 1980، مهندسين سراميک توانستند ساختار تتراگونال را در دماي اتاق و به کمک اضافه کردن مقدار کمي (3-8 درصد)کلسيم پايدار کنند که بعداً بجاي کلسيم از ايتريم (yttrium)و يا سريم(cerium)استفاده شد.اگر چه اين حالت در دماي اتاق پايدار است ولي حالت تتراگونال حالتي نيم پايدار است .اين بدان معناست که انرژي بدام افتاده اي در داخل ماده وجود دارد که مانع برگشت به حالت مونو کلينک مي شود.تنش متمرکز در جلوي گسترش ترک براي راه انداختن تغيير حالت در داخل دانه هاي سراميکي و درنزديکي قسمت تيزترک کافي مي باشد.که در اين حالت افزايش 404درصدي حجم، مفيد واقع مي شود و ترک بسته مي شود.و از پيشرفت آن جلوگيري مي شود .(در واقع، تغييرحالت موجب کاهش شدت تنش محلي مي شود)
مقدار تافنس شکست در اين ماده ، دو برابر و يا حتي چند برابر سراميک هاي آلومينايي است در واقع اکسيد زيرکونيوم بهبود يافته، پتانسيلي خوب براي مواد زير ساختاري از خود نشان مي دهد.مشکلاتي که ممکن است در مورد اين سراميک زيرکونيايي بوجود بيايد شامل عدم ثبات دراز مدت در حضور آب، مسائل سازگاري پرسلاني و تعدادي از محدوديت ها در انتخاب مواد به خاطر خاصيت مات بودن شان، مي شود.به هر حال، بر اساس تجربيات بدست آمده در استفاده از اين مواد در تهيه ي پروتزها، مشکلات عمده اي ديده نشده است.

استحکام و تافنس شکست (strength and fracture toughness)

سه خاصيت مربوط به ساختار داخلي ماده وجود دارند که براي توليد مواد ساختاري به آن ها توجه مي شود.
اين سه خاصيت به صورت زير هستند:
1)استحکام (strength)
2)تافنس شکست(fracture toughness)
3)قابليت شيميايي جلوگيري از رشد ترک
مهمترين نکته اي که بايد در مورد استحکام بدانيم اين است که استحکام يک خاصيت ذاتي مواد نيست، اين بدان معناست که مقداراستحکام به وضعيت ماده و نحوه و روش آزمون سنجش استحکام بستگي دارد.
تافنس شکست(که در زير مورد بررسي قرار مي گيرد)يک خاصيت ذاتي تر سراميک هاست که در هنگام مقايسه ي مواد تجاري بسيار مفيد است.

استحکام (strength)

استحکام يک اندازه گيري کلي از سه چيز است که شامل موارد زير مي شود:
1)نوع و اندازه ي ترک هاي حاصل از شروع شکست و توزيع آنها
2)تافنس شکست
3)تأثيرات آب
اگر اين سه چيز به خوبي کنترل شود موجب ايجاد محيط واقعي براي پروتز مي شود، سپس مقايسه ها بر اساس استحکام داراي معنا مي شوند.ترک هاي بوجود آمده درنمونه ها اغلب نتيجه اي از مراحل توليد پروتز است.اما ترک ها همچنين مي توانند بر اساس ذات خود ماده نيز ايجاد شوند؛ از اين رو بهترين اندازه گيري استحکام از نمونه هاي مورد آزمايش، حاصل مي شود که تمام مراحل توليد دندانسازي و آزمايشگاهي استاندارد قابل انجام نيست و تهيه ي شرايط مطلوب آزمايشات قطعات دندانسازي کاملاً شبيه به شرايط حقيقي نيست و استحکام اندازه گيري شده ممکن است که بي معنا باشد .
به عبارت ديگر، اگرچه پروتزهاي واقعي به اندازه ي کافي شرايط توليد سراميک ها را منعکس مي کند،تنش هاي وارده بر پروتز نقطه ي شکست (مثلاً استحکام)را به سختي مي توان محاسبه کرد.به علاوه بيشتر تلاش ها درجهت تکرار بارگذاري باليني بر روي پروتزها، با شکست هاي حاصل از زيان هاي توليدي در طي مراحل تست کردن، روبروست.و جالب اين است که اين شرايط هيچگاه در شرايط باليني ديده نشده است.از سال1958،اين حقيقت فهميده شد که آب استحکام اکثر شيشه و سراميک ها را کاهش مي دهد .آب،مانند يک ماده ي شيميايي عمل کرده و وجود آن در ترک ها موجب رشد آرام آنها مي شود.که اين رشد ترک ها در شرايط ديگر پديد نمي آيد(درشرايط نبودن آب).
سراميک ها با شدت متفاوتي نسبت به آب حساس اند و اين حقيقتي است که به خوبي کنترل نشده است.ودرحقيقت آب عاملي است که موجب بوجودآمدن اختلاف در داده هاي اندازه گيري شده در تست هاي استحکام است.آب در کليه ي سطوحي که در معرض ترشحات بزاقي قرار مي گيرد، وجود دارد.البته آب همچنين در سطوح چسبانيده شده تيوپ هاي دندانپزشکي نيز نفوذ مي کنند؛ همه ي سيمان هاي دندان پزشکي اجازه ي نفوذ آب (ترشحات بزاقي و...)را از داخل خود مي دهند.
البته نکته ي قابل توجه اين است که داده هاي مربوط به استحکام تنها در مورد مواد خالص بيان مي شود در حالي که پروتزها عمدتاً از مواد چندگانه ساخته شده اند که هر کدام از اين مواد خواصي متفاوت دارند. عملکرد چنين پروتزهايي ممکن است حالت بي ثباتي داشته باشد. زيرا اين پروتزها از چند ماه ساخته شده اند همچنين عدم انطباق ضرايب انبساط حرارتي اين مواد مي تواند موجب بروز شکست در پروتز بشود. براي مثال يک نوع ازيک پروتز تمام سراميک مي تواند به دليل تنش ها و ترک هاي بوجود آمده که در بين بخش هسته و روکش، بشکند. شبيه به بحث قبل، يک روکش تک قسمتي دندان مي تواند از قسمت داخلي اش بشکند که علت آن اعمال نيرو بوسيله ي جويدن اجسام سخت و آدامس مي باشد. اين شکست هاي اتفاقي بيشتر در بخش سيماني قطعه روي مي دهد. (بخاطر اينکه بخش سيماني قطعه آسيب پذير است.) احتمال بقاء اين قطعه به نوع سيمان استفاده شده در ساخت روکش دندان، بستگي دارد.
بنابراين، استحکام چيزي بيشتر از يک اندازه گيري نامعلوم از خاصيت ذاتي ماده است و بايد از آزمون استحکام در قضاوت کردن در مورد عملکرد سيستم هاي سراميکي جديد استفاده کرد يک اندازه گيري بهتر براي مقايسه کردن عملکرد ساختاري سراميک ها، تافنس شکست است، اما در مورد رفتار يک ماده تنها، اين روش محدوديت دارد.

تافنس شکست (fracture toughness)

به خاطر اينکه سراميک ها از طريق رشد ترک هاي موجود در نمونه مي شکند، فهميدن نحوه ي اين امر، مفيد مي باشد. نيروهاي کششي موجب ايجاد تنش در قسمت نوک ترک مي شود. همين طور که نيروها افزايش مي يابد، شدت تنش هاي بوجود آمده در بخش نوک تيز ترک نيز به سرعت افزايش مي يابد. در حالت کلي باز شدن مستقيم، بدون حرکت در جهت سطح و بدون ايجاد حالت برشي رامدIباز شدن مي گويند. و شدت تنش بوجود آمده با اين نوع باز شدن را با K (کا) نشان مي دهند.بنابراين، شدت تنش در يک قسمت نوک تيزترک در حالت مد I باز شدن را به صورت زير مي نويسند:

K_I.A_t

در حالت بحراني از شدت تنش، ترک ناپايدار شده و قطعه ي سراميکي به دو بخش تقسيم مي شود. شدت تنش بحراني براي مد I بازشدن، با KIcنشان داده مي شوند که واحد آن است. ، به طور عمومي به حالت ماده بستگي ندارد. و براي مقايسه ي مواد مختلف مي تواند مورد استفاده قرارگيرد. مقدار K_IC براي چيني هاي سراميک –فلزي تقريبا 0/9 تا 1/2 و براي سراميک هاي تقويت شده با لوسيت که دندانسازي مورد استفاده قرار مي گيرد، مقدار K_IC تقريباً 1/5 تا 1/7 است. مقدار K_IC براي آلومينا تقريباً 4/5 و باي زير کونياي بهبود يافته اين مقدار بين 8 تا 12 و براي آلياژهاي فلزي تقريباً 20است.

نقش فلز در استحکام بخشي

نقش و چگونگي عمل مواد فلزي در ايجاد و دوام هنوز به طور کامل شناخته نشده است. بنابراين، تشخيص اينکه کدام يک از خواص ريخته گري کردن فلز مي تواند خواص شکل دهي زير ساختاري بوسيله ي تکنولوژي هاي ديگر شکل دهي فلزات را بهبود دهد، انجام نشده است. اين اغلب بيان مي شود که پرسلان (چيني) به يک تقويت کننده شبکه اي از جنس فلز نيازمند است. البته اين توضيح داده نشده است که تقويت کننده (supported) به چه معني است.
تعدادي مکانيزم هاي قابل انجام وجود دارد که بوسيله ي آنها، فلز ريخته گري شده ممکن است توانايي افزايش طول عمر پرسلان روکش شده را دارند. اولاً، پرسلان نيازمند محافظت شدن در برابر توسعه ي تنش هاي کششي در مجاورت ترک هاي بوجود آمده در نواحي بحراني را دارد. اين دليلي است بر آن که فلز ممکن است بر توزيع تنش در داخل پرسلان، بالاخص در سطوح و مکان هاي اتصال، تأثير بگذارد.
دوماً، در مکان هايي که تنش ها ايجاد مي شوند، اگر گسترش ترک ها متوقف شود، پرسلان به صورت مفيد عمل مي کند و اين دلالتي است براين که فلزي که به خوبي به پرسلان پيوند داده شود. ممکن است مانند يک پل عمل کند و از باز شدن ترک هاي پرسلان جلوگيري کند.
سوماً، ترک هايي که ممکن است سرانجام باعث شکست شوند، آرام تر رشد مي کنند (البته اگر خشک نگه داشته شوند). اين دلالت مي کند که يک نقش ديگر فلز ريخته گري شده ممکن است اين باشد که فلز از ورود آب به داخل ترک ها جلوگيري مي کند.(در واقع فلز از رشد شيميايي ترک ها بوسيله آب جلوگيري مي کند).
مزاياي سيستم هاي کاملاً سراميکي در برابر سيستم هاي فلز-سراميک
مزاياي زيبايي حقيقتي است که حتي در هنگام جايگزيني يک فلز با يک سراميک مات بوجود مي آيد. زيرا از لحاظ اپتيکي فلزات کل پرتوهاي فوري را جذب يا منعکس مي کنند ولي سراميک ها درصدي از نور را عبور مي دهند. پس بنابراين از لحاظ مسائل زيبايي بهتر عمل مي کنند. سيستم هايي که کاملاً از سراميک ساخته شده اند، از لحاظ زيبايي، نتيجه ي بهتري براي تعداد متنوعي از بيماران نسبت به سيستم هاي فلز-سراميک، ايجاد مي کنند که علت آن دامنه ي وسيع از عبور نور است که بوسيله ي سيستم هاي سراميکي بوجود مي آيد. اين دامنه ي وسيع نور باعث ايجاد حالت شفافيت يا ماتي و همچنين ايجاد رنگ در سيستم مي شود. ديگرمزاياي اين سيستم ها به بافت نرم تر وبهداشتي تر سراميک ها مربوط است که سلامت اين سيستم ها از زيبايي آنها مهم تر است. به سطوح سراميکي، پلاک هاي ميکروبي و مولکولهاي چسبنده ي کمتري نسبت به آلياژهاي طلاو آمارجام (آلياژ جيوه با چند فلز ديگر براي پرکردن دندان استفاده مي شود) مي چسبند. همچنين سطوح سراميکي محيط مناسبتري براي رشد ملکولهاي بافت هاي داخل دهاني بوجود مي آورند. و سطوح تميزتري دارند. در بخش هاي بالايي پرسلان ها که با لثه در برخوردند به علت ماهيت خود پروتزهاي سراميکي، زخم کمتري بوجود مي آيد.

سيستم هاي فلز – سراميک

مزاياي سيستم هاي فلز-سراميک مربوط به عملکرد ساختاري قابل پيش بيني ، تطبيق پذيرشان و نياز به دانش کمتر براي انتخاب يک سيستم مناسب است. عملکرد ساختاري سيستم هاي سراميک-فلز بسيار بهتر از هر نوع سيستم کاملاً سراميکي است.
در زير در مورد جزئيات اين مسئله بحث مي کنيم. همچنين شکست بالک و ترک هاي بوجود آمده در پرسلان پس از گذشت 6 سال بر کارکرد تقريباً 5-10 درصد پروتزهاي تک بخشي تأثير مي گذارد. داده هاي باليني کمتري براي پروتزهاي سه بخشي وجود دارد و همه ي سيستم ها به خوبي مورد مطالعه قرار نگرفته اند. به طور برعکس، مشکلات ساختاري مربوط به پرسلان در پروتزهاي سراميک – فلز در طي 10 سال، 3-4 درصد است و 73 درصد از اين پروتزها را تا 15 سال نيز مي توان استفاده کرد که در اکثر مواد مشکلات زيست شناسي، عاملي براي تعويض اين پروتزها پس از 15 سال مي شود. البته صحبتي که در بالا انجام شد در مورد پرسلان هاي تقويت شده با تيتانيم صادق نيست و اين پرسلان هاي تقويتي زياد خوب عمل نکرده و حتي پس از 6 سال کار، مشکلات بسياري در نقطه ي تقاطع پرسلان-تيتانيم رخ مي دهد. سيستم هاي فلز-سراميک به حدي خوب عمل مي کنند که تنها اطلاعات کمي براي استفاده ي روتين از آنها، مورد نياز است.
اکثر شاغلين در زمينه ي دندانسازي، اطلاعات کمي در مورد سيستم هاي فلز-سراميک تهيه شده در آزمايشگاهشان دارند و هرسيستم به طور عمومي براي پروتزهاي تک بخشي جلويي و پروتزهاي چند بخشي عقبي مناسب است. البته استفاده از تمام سيستم هاي سراميکي نيازمند داشتن دانشي کافي براي بوجود آوردن ماکزيمم زيبايي و انتخاب مناسب ساختارها براي طول عمر بيشتر است.

شکل 2-شماتيکي از مواد سراميکي مورد استفاده در دندانسازي

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:10 | نویسنده : ایمان رستگار

خلاصه:

در اين مقاله بصورت خلاصه در مورد آناليز و خواص سراميک هاي پيزوالکتريک توضيح مي دهيم. تمرکز ما بر روي سراميک هاي پلي کريستال است، بنابراين سراميک هاي تک کريستال، مواد پليمري، کامپوزيت هاي آلي / غيرآلي (organic / inorganic composites) جزء اهداف مورد بررسي در اين مقاله نمي باشد. براي فهميدن کامل رفتار سراميک هاي پلي کريستال پيزوالکتريک، مطالعه ي اطلاعات پايه در زمينه ي سراميک ها ضروري مي باشد.
براي همين مسأله ما مقدمه اي کوتاه در مورد تاريخچه ي پيزوالکتريسيته و مباحث مربوط به کارهاي انجام شده بر روي سراميک ها و پيشرفت هاي مربوط به رابطه ي ساختار و رفتار مواد پيزوالکتريک به شما ارائه مي دهيم. ما کوشش مي کنيم ما متداول ترين روش هاي اندازه گيري را به خوبي توضيح دهيم و پارامترهاي موثر به خواص پيزوالکتريک ها را توضيح مي دهيم. براي بدست آوردن اطلاعات بيشتر به منابع موجود در پايان مقاله مراجعه کنيد. براي توضيح بهتر، ما از مثال (PZT) lead zirconate titanate استفاده مي کنيم. زيرا اين سراميک بيشترين استفاده را داشته و مطالعات زيادي بر روي آن صورت گرفته است.

مواد پيزوالکتريک

تاريخچه و کارهاي انجام شده در اين زمينه

مواد هوشمند، موادي هستند که متحمل فعل و انفعالات فيزيکي مي شوند. يک تعريف معادل ديگر از مواد هوشمند اين است که اين مواد،موادي هستند که تغييرات محيطي را دريافت کرده و با استفاده از بازخوردهاي سيستم، اين تغييرات را حذف يا تصحيح مي کنند. مواد پيزوالکتريک، آلياژهاي حافظه دار (shape-memory alloys)، مواد الکتروستريک (materials electrostrictive)، مواد تغيير شکل دهنده در اثر مغناطيس (magnetrostrictivematerials)، مايع هاي با خواص الکترورئولوژي (electrorheological fluids)، نمونه هايي از مواد هوشمند متداول هستند.

تعريف و تاريخچه

پيزوالکتريسيته يک متغير خطي است که به ساختار ميکروسکوپي جامدات مربوط مي شود. برخي از سراميک ها هنگامي که تحت تأثير فشار قرار گيرند پلاريزه مي شوند. اين پديده ي خطي و آشکار به عنوان اثر پيزوالکتريک مستقيم (The direct Piezoelectric effect) نسبت داده مي شود. اثر پيزوالکتريک مستقيم هميشه با اثر پيزوالکتريک معکوس، همراه است. که اين اثر پيزوالکتريک معکوس زماني اتفاق مي افتد که يک قطعه ي پيزوالکتريک در يک ميدان الکتريکي قرار گيرد.
نواحي ميکروسکوپ بوجود آمده در اثر پيزوالکتريسيته باعث جابجا شدن بارهاي يوني در داخل ساختار کريستالي مي شود. در غياب نيروهاي فشاري خارجي، اين بارها در داخل کريستال توزيع شده و ممنتم دي پل ها همديگر را خنثي مي کنند. به هرحال، هنگامي که يک تنش خارجي بر قطعه ي پيزوالکتريک وارد شود، بارها به گونه اي جابجا گشته که تقارن دي پل ها از ميان مي رود. بر اين اساس يک شبکه ي پلاريزه ايجاد شده و نتيجه ي آن ايجاد يک ميدان الکتريکي است.
ماده اي مي تواند از خود خواص پيزوالکتريک ارائه دهد که سلول واحد آن هيچگونه مرکز تعادلي نداشته باشد. خاصيت پيزوالکتريسيته به گروهي از مواد تعلق دارد که در سال 1880 به وسيله پيروژاکوپ کوري در طي مطالعات آنها بر روي آثار فشار بر روي توليد بار الکتريکي در کريستال هاي کوارتز، کهربا و نمک راچل (Rochelle salt)، کشف شد. در سال 1881 واژه ي Piezoelectricity توسط w.Hankel براي اولين بار براي نامگذاري اين اثرات پيشنهاد شد. البته اثر معکوس اين خاصيت توسط Lipmann از قوانين ترموديناميک استنباط شد. در سه دهه ي بعد، همکاري هاي فراواني در انجمن هاي علمي اروپا در زمينه ي پيزو الکتريسيته انجام شد واژه ي ميدان پيزو الکتريسيته بوسيله آنها استفاده شد. البته کارهاي انجام شده بر روي رابطه ي ميان الکترومکانيکي مختلط با کريستال هاي پيزوالکتريک در سال 1910 انجام شد و اطلاعات آن به صورت يک مرجع استاندارد است.
به هرحال پيچيدگي علم مربوط به مواد پيزوالکتريک باعث شد که کاربردهاي اين مواد تا چند سال قبل رشد پيدا نکند. لانگوين ات آل در طي جنگ جهاني اول مبدل التراسونيک پيزو الکتريکي ساخت. موفقيت او باعث ايجاد موقعيت هاي استفاده از مواد پيزوالکتريک در کاربردهاي زير آبي شد. در سال 1935، Scherrer , Busch خاصيت پيزوالکتريک پتاسيم دي هيدروژن فسفات (KDP) را کشف کردند. خانواده ي پيزوالکتريک هاي پتاسيم دي هيدروژن فسفات اولين خانواده ي عمده از مواد پيزوالکتريک و فرو الکتريک بود که کشف شده بود.
در طي جنگ جهاني دوم، تحقيقات در زمينه ي مواد پيزوالکتريک بوسيله ي آمريکا، شوروي سابق و ژاپن بسط داده شد. محدوديت هاي ساخت اين مواد از تجاري شدن آنها جلوگيري مي کرد اما اين مسأله نيز پس از کشف باريم تيتانات و سرب زيرکونا تيتانات (PZT) در دهه هاي 1940، 1950 برطرف شد. اين خانواده از مواد خاصيت دي الکتريک و پيزوالکتريک بسيار خوبي داشتند علاوه بر اين خانواده قابليت مناسب شدن و استفاده در کاربردهاي خاص را بواسطه ي دپ کردن آنها با عناصر ديگر، دارند. تا اين تاريخ، PZT يکي از مواد پيزوالکتريک پر کاربرد است. اين نکته قابل توجه است که بيشترين سراميک هاي پيزوالکتريک تجاري در دسترس (مانند باريم تيتانات و PZT) ساختاري شبيه به ساختار پرسکيت (Perovskite) با فرمول CaTiO3 دارند.

ساختار پرسکيت (ABD3) ساده ترين آرايش اتمي است که در آن اتم هاي اکسيژن در حالت اکتاهدرال قرار دارند و اتم هاي کوچکتر (Nb, Sn, Zr, Ti و ... ) به صورت آرايش مربعي با اتم هاي اکسيژن پيوند خورده اند اين کاتيون هاي کوچکتر فضاهاي اکتاهدرال مرکزي را اشغال کرده اند (موقعيت هاي B) و کاتيون هاي بزرگتر (Na, Ca, Sr, Ba, Pb و...) در گوشه هاي سلول واحد جاي مي گيرد (موقعيت هاي A )، ترکيباتي مانند
KNbO3, NaNbO3, PbZro3, PbTiO3, BaTiO3 مورد مطالعه قرار گرفته و طول و دماي فروالکتريکي آنها و فازهاي غير فروالکتريک شان به صورت وسيع استخراج شده است. اين ساختارها همچنين بوسيله ي اتم هاي مختلف جانشين شده تغيير مي کند. اين جانشيني هاي اتمي اتفاق افتاده موجب توليد ترکيبات پيچيده تري مانند
(Pb, Sr) (Zr, Ti) O3 , (Ba, Sr) TiO3 ، (k, Bi) TiO3, Pb(fe, Ta) O3 و ... مي شود.
تقريباًٌ در سال 1965 بود که چندين شرکت ژاپني بر روي توليد فرآيندها و کاربردهاي جديد وسايل پيزوالکتريکي، متمرکز شوند. موفقيت تلاش محققين ژاپني موجب شد تا محققين ديگر کشورها نيز به سمت تحقيقات در اين زمينه جذب شوند و امروزه، نيازها و استفاده ها از اين مواد در بسياري از رشته ها از جمله کاربردهاي پزشکي، ارتباطات، کاربردهاي نظامي و صنعت خودرو گسترش يافته است. بررسي تاريخچه ي پيزوالکتريسيته توسط W.G.Cady انجام شده است و در سال 1971 نيز کتابي با عنوان سراميک هاي پيزوالکتريک منتشر شد. که اين کتاب هنوز هم به عنوان يکي از منابع قوي در زمينه ي پيزوالکتريک ها مطرح است.

فرآيند توليد سراميک هاي پيزوالکتريک

توليد اغلب سراميک هاي پيزوالکتريک توده اي با تهيه ي پودر آنها شروع مي شود. پودر توليدي سپس در اندازه و شکل مورد دلخواه پرس مي شود. شکل خام توليدي خشک و فرآوري گشته و از لحاظ مکانيکي سخت تر و پر دانسيته تر مي شود. مهمترين فرآيندهايي که بر روي خواص و ويژگي هاي محصول توليدي اثر مي گذارند شامل: فرايند توليد پودر، فرآيند خشک کردن پودر و زينترينگ مي شوند. مراحل بعدي انجام شده شامل: ماشين کاري، الکترونيک و قطب دار کردن (Poling) مي شوند (قطب دار کردن يعني: استفاده از يک ميدان DC جريان براي جهت دهي به دي پل ها و القاي خاصيت پيزوالکتريکي است) معمولي ترين روش براي تهيه ي پودر، مخلوط کردن اکسيدهاي مورد نيازاست. در اين فرآيند، پودر از مخلوط کردن نسبت هاي استوکيومتري مناسب از اکسيدهاي تشکيل دهنده ي پيزوالکتريک بدست مي آيد.
براي نمونه براي توليد (Lead Zirconiate titanate) PZT ، اکسيد سرب، اکسيد تيتانيم و اکسيد زيرکونيم، ترکيبات اصلي هستند. براساس کاربرد و استفاده اي که از پيزو الکتريک توليدي مي شود، انواع متنوعي از عناصر دوپ شونده نيز به مخلوط افزوده مي شود. که اين عناصر دوپ شده موجب ايجاد خواص مورد نظر ما مي شوند. سراميک هاي PZT به ندرت بدون استفاده از افزودني هاي دوپ شونده توليد مي شوند. استفاده از عناصر دوپ شونده موجب اصلاح برخي از خواص اين نوع سراميک ها مي شوند. افزودني هاي دوپ شونده اي که در موقعيت هاي A قرار مي گيرند باعث کاهش ضريب اتلاف (dissipation factor) شده که اين مسأله بر روي توليد گرما تأثير مي گذارد، اما باعث کاهش ضرايب پيزوالکتريسيته (Piezoelectric coefficients) مي شود. به همين دليل پيزوالکتريک هاي توليدي با اين افزودني ها بيشتر در کاربردهاي التراسونيک و با فرکانس بالا استفاده مي شوند. افزودني هاي دوپ شونده اي که در موقعيت هاي B قرار مي گيرند، باعث افزايش ضرايب پيزوالکتريسيته مي شوند اما همچنين موجب افزايش ثابت دي الکتريک شده که اين مسأله زيان آور است. پيزوالکتريک هاي توليدي با اين افزودني ها دوپ شونده، به عنوان فعال کننده در کنترل کننده صدا- لرزش (control vibration and noise) ، عضله هاي خم کننده (benders)، کاربردهاي موقعيت يابي نوري (optical positioning application) و ... استفاده مي شوند.

فلوچارتي از مراحل تهيه ي سراميک هاي PZT آورده شده است. مخلوط نمودن پودر اکسيدهاي مورد استفاده در توليد سراميک هاي پيزوالکتريک يک به دو روش انجام مي شود که در زير بيان شده اند.
1-روش سايش خشک با بال ميل
2-روش سايش تر با بال ميل
هر دو روش تر و خشک داراي مزايا و معايبي هستند. روش سايش تر با بال ميل سريع تر از روش خشک است. به هر حال عيب روش تر اضافه شدن مرحله اي براي جداسازي مايع از پودر توليدي است. متداول ترين روش توليد PZT ها از سايش تر با بال ميل بهره مي گيرد. در روش سايش تر پودر پودر اين سراميک ها با بال ميل، از اتانول به عنوان مايع و از زيرکونياي تکليس شده به عنوان محيط سايش استفاده مي شود. البته ممکن است به جاي يک آسياب معمولي از يک آسياب ارتعاشي (Vibratory mill) استفاده شود. اين فرآيند که توسط Herner ابداع شده خطر آلودگي پودر با اجزاي جدا شده از گلوله ها و محيط سايش را کاهش مي دهد همچنين محيط زيرکونيا به خاطر کاهش ريسک آلودگي استفاده مي شود.
البته مرحله ي تکليس نيز يکي از مراحل تعيين کننده در توليد سراميک هاي PZT است. اين مرحله موجب کامل شدن فرآيند تبلور کشته که فاز پرسکيت در اين مرحله تشکيل مي شود. اهداف اين مرحله خارج شدن مواد آلي و فرار از مخلوط است و واکنش اکسيدهاي موجود در مخلوط براي ايجاد ترکيبات فازي مناسب قبل از فرآيند توليد قطعه است. همچنين از اهداف ديگر اين مرحله کاهش حجم شرپنکيج و يکنواختي بهتر در طي زينترينگ و پس از آن است. پس از تکليس، يک ماده ي چسبنده به پودر افزوده مي شود و مخلوط شکل دهي مي شود. شکل دهي قطعات ساده با روش پرس خشک در قالب و براي بدنه هاي پيچيده تر، روش هاي اکستروژن و ريخته گري دوغابي استفاده مي شود. پس از آن اشکال توليدي زينترينگ مي شود ( در واقع بوسيله يک آون مواد چسبنده ي آن خارج شده و دنس مي شود.)
مشکل عمده در زينترينگ سراميک هاي PZT، فراريت Pbo در دماي 800 درجه سانتي گراد است براي به حداقل رساندن اين مشکل، نمونه هاي PZT در حضور يک منبع سرب مانند PbZro3 زينتر مي شوند و در داخل يک بوته ي ذوب بسته حرارت دهي مي شوند. اشباع شدن اتمسفر محل زينتر کردن با PbO باعث به حداقل رسيدن اتلاف سرب از بدنه هاي PZT مي شود. در اين شرايط زينترينگ مي تواند در دماي متنوعي بين 1200-1300 درجه سانتيگراد انجام شود. با وجود اين تدابير پيش بيني شده معمولاً اتلاف 2-3% در مقدار سرب اوليه صورت مي گيرد.
پس از برش و ماشين کاري قطعه به شکل مناسب، الکترودها تعبيه مي شود و يک ميدان DC براي جهت دهي به قلمرو دي پل هاي داخل سراميک پلي کريستال اعمال مي شود. قطب دار کردن بوسيله ي جريان DC مي تواند در دماي اتاق و يا در دماهاي بالاتر انجام شود. البته اين مسأله به ماده و ترکيب سراميک بستگي دارد.
فرايند پلاريزاسيون تنها اندکي دي پل هاي موجود در سراميک پلي کريستال را هم جهت مي کند و نتيجه ي پلاريزاسيون پلي کريستال کمتر از حالتي است که سراميک تک کريستال باشد. اين تکنيک توليد داراي ابهامات زيادي است البته تعداد زيادي از روش هاي توليد ديگر وجود دارد که سراميک هاي PZT با خواص و ريزساختار عالي توليد مي کنند. يک مشکل بوجود آمده در اين روش انحراف از حالت استوکيومتري است. اين مشکل اغلب به خاطر وجود ناخالصي در مواد اوليه و اتلاف سرب از بدنه در طي فرآيند زينترينگ بوجود مي آيد. که باعث تغيير خواص PZT در اثر جانشيني هاي ناخواسته، مي شود. به عنوان يک نتيجه، خواص الاستيک در اثر اين مشکل مي تواند 5% ، خواص پيزوالکتريک 10% و خواص ديک الکتريک 20 درصد ( با يک بچ ثابت) تغيير کنند.
همچنين، خواص دي الکتريک و پيزوالکتريک عمدتاً به علت عدم وجود يکنواختي کاهش پيدا مي کنند (اين عدم يکنواختي به خاطر هم زدن کم اتفاق مي افتد). اين مسأله هنگامي که اکسيدهاي اصلي هم گون باشد مهم مي باشد. در روش هاي توضيح داده شده در بالا، به هرحال، اجزاي اصلي به صورت محلول جامد در آمده و اين نشان داده شده است که مخلوط شدن هم گون محلول جامد هنگامي که اين مسأله امکان نداشته باشد، مشکل است.
روش هاي ديگر براي توليد سراميک هاي پيزوالکتريک به شرح زيراند:
1) فرآيند هيدروترمال (Hydrothermal Processing)
2) روش هاي هم رسوبي (coprecipitation methods)
همچنين اين نکته قابل توجه است که توسعه ي وسيعي در زمينه ي فرآيندهاي توليد پودر (Powder Processing)، شکل دهي و زينترينگ بوجود آمده است که نتيجه ي اين توسعه ها، افزايش کاربرد سراميک هاي پيزوالکتريک است.

روابط ساختاري و خواص مواد

دانستن اطلاعات مربوط به پيزوالکتريسيته از ساختار مواد شروع مي شود. براي توضيح بهتر، اجازه دهيد بر روي يک کريستال از ( اين تک کريستال هاي کوچک با قطر ميانگين کمتر از Mm100) يک سراميک پلي کريستال متمرکز شويم. اين کريستال از اتم هاي مثبت و منفي تشکيل شده است که فضاي خاصي را در سلولهاي تکراري (سلول واحد) اشغال کرده اند. تقارن خاص سلول واحد تعيين کننده ي اين مسأله است که آيا کريستال ما خاصيت پيزوالکتريسيته دارد يا نه؟ همه ي کريستال ها از 32 کلاس ( از 7 سيستم: تريکلينيک، مونوکلينيک، ارتورومبيک، تتراگونال، رمبوهدرال، هگزاگونال و کيوبيک) مشتق شده اند. از 32 کلاس، 21 عدد از آنها داراي تقارن مرکزي نيستند و 20 کلاس داراي خواص پيزوالکتريک هستند.
( يک کلاس از 21 کلاس فاقد تقارن مرکزي، پيزوالکتريک نيست زيرا اين کلاس داراي ديگر عناصر تقارن است). نبودن مرکز تقارن بدين معناست که يک حرکت شبکه ي يون هاي مثبت و منفي نسبت به همديگر که در نتيجه ي اعمال تنش بوجود مي آيد،توليد يک دو قطبي الکتريکي مي کند. يک سراميک از قرارگيري تصادفي اين کريستال هاي پيزوالکتريک تشکيل شده است و به همين دليل غيرفعال است. اثرات کريستال ها همديگر را خنثي نموده و خاصيت پيزوالکتريک قابل اندازه گيري در سراميک بوجود نمي آيد. نواحي با بردار قطبي يکسان،قلمرو (domain) ناميده مي شوند.
قطب دار کردن يکي از روش هاي معمولي مورد استفاده براي جهت دهي به قلمرو هاست که اين عمل بوسيله ي پلاريزاسيون سراميک ها با استفاده از يک ميدان الکتريکي ساکن انجام مي شود. الکترودها بر روي سراميک اعمال مي شود تا قلمروهاي پيزوالکتريکي چرخيده و در جهت ميدان،جهت گيري کنند. نتيجه ي بدست آمده اين گونه نيست که تمام قلمروها هم جهت شوند و با جهت گيري يکسان بخشي از قلمروها سراميک پلي کريستال داراي يک اثر پيزوالکتريکي بزرگ مي شود. در طي اين فرايند ماده ي پيزوالکتريک در جهت محور قطبي شدن انبساط و در جهت عمود بر آن انقباض دارد.

روابط ساختاري

هنگامي که در مورد معادله ي ساختاري مواد پيزوالکتريک مي نويسيم بايد تغيرات تنش و جابجايي الکتريکي در سه جهت عمود بر هم محاسبه گردد. اين جابجايي الکتريکي بوسيله ي اثرات کوپل هاي عمود بر هم بوجود آمده است. همچنين اين اثرات نيز بخاطر تنش هاي مکانيکي و الکتريکي حاصل مي شود. علامت تانسور ابتدا معين مي گردد که در شکل 4 جهات مرجع نشان داده شده است.
حالت کرنش با تانسور مرتبه دوم Sij معين مي شود و حالت تنش نيز بوسيله ي تانسور مرتبه دو Tkl تعيين مي شود. روابطي وجود دارد که تانسور تنش را به تانسور کرنش، تسليم Sijkl و سختي Cijkl مرتبط مي سازد. رابطه ميان ميدان Ej (تانسور مرتبه اول) و جابجايي الکتريکي Di (تانسور مرتبه اول)، ثابت دي الکتريک Eij است. که اين ثابت يک تانسور درجه 2 است. بنابراين معادلات مربوط به مواد پيزوالکتريک به صورت زير نوشته مي شوند:
Di=ETij.Ej+dijk Tjk
Sij=dijk Ek+E Sijkl Tkl
که در اين روابط dijk و dijk ثوابت پيزوالکتريک هستند و تانسوري درجه 3 هستند. با لانويس E, T نشان مي دهند که ثابت دي الکتريک Eij و ثابت الاستيک Sijkl تحت شرايط تنش ثابت و ميدان الکتريکي ثابت، اندازه گيري شده است. عموماً تانسور مرتبه اول، 3 جزء دارد، تانسور مرتبه 2، 9 جزء و مرتبه 3، 27 جزء دارد. همچنين تانسور مرتبه 4، 81 جزء دارد. درصد خيلي کمي از اين اجزاء تانسوري، مستقل هستند. هر دوتاي اين روابط وابسته به جهت هستند. آنها يک بسته از معادلات هستند که اين خواص را در جهات مختلف ماده شرح مي دهند. تقارن فضايي و انتخاب بردارهاي مرجع، تعداد اجزاي مستقل را کاهش مي دهد. يک راه مناسب براي توصيف آنها استفاده از جهات برداري مناسب مانند آنهايي که در شکل 4 نشان داده شده است. بر اساس عرف، جهت قطبي شدن را با محور 3 نمايش مي دهيم. همچنين صفحات برشي با زيرنويس 4، 5و 6 نشان داده شده است که اين صفحات بر جهات 1،2،3 عمود مي باشد.

کاربرد مواد پيزوالکتريک

مواد پيزوالکتريک کاربرد وسيعي در علوم مختلف دارند. اين مواد در بسياري از وسايل که نيازمند تغيير انرژي مکانيکي به الکتريکي و يا بالعکس است، استفاده مي شوند. زمينه ي وسيعي از کاربردهاي مواد پيزوالکتريک وجود دارد و با وجود اين مسأله که اين مواد نزديک به يک قرن است که مورد مطالعه قرار گرفته اند. ولي هنوز هم پتانسيل استفاده شدن در کاربردها و ابداعات ديگر را دارند. البته به خاطر وسعت اين کاربردها از بيان آنها چشم پوشي مي کنيم

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:10 | نویسنده : ایمان رستگار

خلاصه:

در اين مقاله بصورت خلاصه در مورد آناليز و خواص سراميک هاي پيزوالکتريک توضيح مي دهيم. تمرکز ما بر روي سراميک هاي پلي کريستال است، بنابراين سراميک هاي تک کريستال، مواد پليمري، کامپوزيت هاي آلي / غيرآلي (organic / inorganic composites) جزء اهداف مورد بررسي در اين مقاله نمي باشد. براي فهميدن کامل رفتار سراميک هاي پلي کريستال پيزوالکتريک، مطالعه ي اطلاعات پايه در زمينه ي سراميک ها ضروري مي باشد.
براي همين مسأله ما مقدمه اي کوتاه در مورد تاريخچه ي پيزوالکتريسيته و مباحث مربوط به کارهاي انجام شده بر روي سراميک ها و پيشرفت هاي مربوط به رابطه ي ساختار و رفتار مواد پيزوالکتريک به شما ارائه مي دهيم. ما کوشش مي کنيم ما متداول ترين روش هاي اندازه گيري را به خوبي توضيح دهيم و پارامترهاي موثر به خواص پيزوالکتريک ها را توضيح مي دهيم. براي بدست آوردن اطلاعات بيشتر به منابع موجود در پايان مقاله مراجعه کنيد. براي توضيح بهتر، ما از مثال (PZT) lead zirconate titanate استفاده مي کنيم. زيرا اين سراميک بيشترين استفاده را داشته و مطالعات زيادي بر روي آن صورت گرفته است.

مواد پيزوالکتريک

تاريخچه و کارهاي انجام شده در اين زمينه

مواد هوشمند، موادي هستند که متحمل فعل و انفعالات فيزيکي مي شوند. يک تعريف معادل ديگر از مواد هوشمند اين است که اين مواد،موادي هستند که تغييرات محيطي را دريافت کرده و با استفاده از بازخوردهاي سيستم، اين تغييرات را حذف يا تصحيح مي کنند. مواد پيزوالکتريک، آلياژهاي حافظه دار (shape-memory alloys)، مواد الکتروستريک (materials electrostrictive)، مواد تغيير شکل دهنده در اثر مغناطيس (magnetrostrictivematerials)، مايع هاي با خواص الکترورئولوژي (electrorheological fluids)، نمونه هايي از مواد هوشمند متداول هستند.

تعريف و تاريخچه

پيزوالکتريسيته يک متغير خطي است که به ساختار ميکروسکوپي جامدات مربوط مي شود. برخي از سراميک ها هنگامي که تحت تأثير فشار قرار گيرند پلاريزه مي شوند. اين پديده ي خطي و آشکار به عنوان اثر پيزوالکتريک مستقيم (The direct Piezoelectric effect) نسبت داده مي شود. اثر پيزوالکتريک مستقيم هميشه با اثر پيزوالکتريک معکوس، همراه است. که اين اثر پيزوالکتريک معکوس زماني اتفاق مي افتد که يک قطعه ي پيزوالکتريک در يک ميدان الکتريکي قرار گيرد.
نواحي ميکروسکوپ بوجود آمده در اثر پيزوالکتريسيته باعث جابجا شدن بارهاي يوني در داخل ساختار کريستالي مي شود. در غياب نيروهاي فشاري خارجي، اين بارها در داخل کريستال توزيع شده و ممنتم دي پل ها همديگر را خنثي مي کنند. به هرحال، هنگامي که يک تنش خارجي بر قطعه ي پيزوالکتريک وارد شود، بارها به گونه اي جابجا گشته که تقارن دي پل ها از ميان مي رود. بر اين اساس يک شبکه ي پلاريزه ايجاد شده و نتيجه ي آن ايجاد يک ميدان الکتريکي است.
ماده اي مي تواند از خود خواص پيزوالکتريک ارائه دهد که سلول واحد آن هيچگونه مرکز تعادلي نداشته باشد. خاصيت پيزوالکتريسيته به گروهي از مواد تعلق دارد که در سال 1880 به وسيله پيروژاکوپ کوري در طي مطالعات آنها بر روي آثار فشار بر روي توليد بار الکتريکي در کريستال هاي کوارتز، کهربا و نمک راچل (Rochelle salt)، کشف شد. در سال 1881 واژه ي Piezoelectricity توسط w.Hankel براي اولين بار براي نامگذاري اين اثرات پيشنهاد شد. البته اثر معکوس اين خاصيت توسط Lipmann از قوانين ترموديناميک استنباط شد. در سه دهه ي بعد، همکاري هاي فراواني در انجمن هاي علمي اروپا در زمينه ي پيزو الکتريسيته انجام شد واژه ي ميدان پيزو الکتريسيته بوسيله آنها استفاده شد. البته کارهاي انجام شده بر روي رابطه ي ميان الکترومکانيکي مختلط با کريستال هاي پيزوالکتريک در سال 1910 انجام شد و اطلاعات آن به صورت يک مرجع استاندارد است.
به هرحال پيچيدگي علم مربوط به مواد پيزوالکتريک باعث شد که کاربردهاي اين مواد تا چند سال قبل رشد پيدا نکند. لانگوين ات آل در طي جنگ جهاني اول مبدل التراسونيک پيزو الکتريکي ساخت. موفقيت او باعث ايجاد موقعيت هاي استفاده از مواد پيزوالکتريک در کاربردهاي زير آبي شد. در سال 1935، Scherrer , Busch خاصيت پيزوالکتريک پتاسيم دي هيدروژن فسفات (KDP) را کشف کردند. خانواده ي پيزوالکتريک هاي پتاسيم دي هيدروژن فسفات اولين خانواده ي عمده از مواد پيزوالکتريک و فرو الکتريک بود که کشف شده بود.
در طي جنگ جهاني دوم، تحقيقات در زمينه ي مواد پيزوالکتريک بوسيله ي آمريکا، شوروي سابق و ژاپن بسط داده شد. محدوديت هاي ساخت اين مواد از تجاري شدن آنها جلوگيري مي کرد اما اين مسأله نيز پس از کشف باريم تيتانات و سرب زيرکونا تيتانات (PZT) در دهه هاي 1940، 1950 برطرف شد. اين خانواده از مواد خاصيت دي الکتريک و پيزوالکتريک بسيار خوبي داشتند علاوه بر اين خانواده قابليت مناسب شدن و استفاده در کاربردهاي خاص را بواسطه ي دپ کردن آنها با عناصر ديگر، دارند. تا اين تاريخ، PZT يکي از مواد پيزوالکتريک پر کاربرد است. اين نکته قابل توجه است که بيشترين سراميک هاي پيزوالکتريک تجاري در دسترس (مانند باريم تيتانات و PZT) ساختاري شبيه به ساختار پرسکيت (Perovskite) با فرمول CaTiO3 دارند.

ساختار پرسکيت (ABD3) ساده ترين آرايش اتمي است که در آن اتم هاي اکسيژن در حالت اکتاهدرال قرار دارند و اتم هاي کوچکتر (Nb, Sn, Zr, Ti و ... ) به صورت آرايش مربعي با اتم هاي اکسيژن پيوند خورده اند اين کاتيون هاي کوچکتر فضاهاي اکتاهدرال مرکزي را اشغال کرده اند (موقعيت هاي B) و کاتيون هاي بزرگتر (Na, Ca, Sr, Ba, Pb و...) در گوشه هاي سلول واحد جاي مي گيرد (موقعيت هاي A )، ترکيباتي مانند
KNbO3, NaNbO3, PbZro3, PbTiO3, BaTiO3 مورد مطالعه قرار گرفته و طول و دماي فروالکتريکي آنها و فازهاي غير فروالکتريک شان به صورت وسيع استخراج شده است. اين ساختارها همچنين بوسيله ي اتم هاي مختلف جانشين شده تغيير مي کند. اين جانشيني هاي اتمي اتفاق افتاده موجب توليد ترکيبات پيچيده تري مانند
(Pb, Sr) (Zr, Ti) O3 , (Ba, Sr) TiO3 ، (k, Bi) TiO3, Pb(fe, Ta) O3 و ... مي شود.
تقريباًٌ در سال 1965 بود که چندين شرکت ژاپني بر روي توليد فرآيندها و کاربردهاي جديد وسايل پيزوالکتريکي، متمرکز شوند. موفقيت تلاش محققين ژاپني موجب شد تا محققين ديگر کشورها نيز به سمت تحقيقات در اين زمينه جذب شوند و امروزه، نيازها و استفاده ها از اين مواد در بسياري از رشته ها از جمله کاربردهاي پزشکي، ارتباطات، کاربردهاي نظامي و صنعت خودرو گسترش يافته است. بررسي تاريخچه ي پيزوالکتريسيته توسط W.G.Cady انجام شده است و در سال 1971 نيز کتابي با عنوان سراميک هاي پيزوالکتريک منتشر شد. که اين کتاب هنوز هم به عنوان يکي از منابع قوي در زمينه ي پيزوالکتريک ها مطرح است.

فرآيند توليد سراميک هاي پيزوالکتريک

توليد اغلب سراميک هاي پيزوالکتريک توده اي با تهيه ي پودر آنها شروع مي شود. پودر توليدي سپس در اندازه و شکل مورد دلخواه پرس مي شود. شکل خام توليدي خشک و فرآوري گشته و از لحاظ مکانيکي سخت تر و پر دانسيته تر مي شود. مهمترين فرآيندهايي که بر روي خواص و ويژگي هاي محصول توليدي اثر مي گذارند شامل: فرايند توليد پودر، فرآيند خشک کردن پودر و زينترينگ مي شوند. مراحل بعدي انجام شده شامل: ماشين کاري، الکترونيک و قطب دار کردن (Poling) مي شوند (قطب دار کردن يعني: استفاده از يک ميدان DC جريان براي جهت دهي به دي پل ها و القاي خاصيت پيزوالکتريکي است) معمولي ترين روش براي تهيه ي پودر، مخلوط کردن اکسيدهاي مورد نيازاست. در اين فرآيند، پودر از مخلوط کردن نسبت هاي استوکيومتري مناسب از اکسيدهاي تشکيل دهنده ي پيزوالکتريک بدست مي آيد.
براي نمونه براي توليد (Lead Zirconiate titanate) PZT ، اکسيد سرب، اکسيد تيتانيم و اکسيد زيرکونيم، ترکيبات اصلي هستند. براساس کاربرد و استفاده اي که از پيزو الکتريک توليدي مي شود، انواع متنوعي از عناصر دوپ شونده نيز به مخلوط افزوده مي شود. که اين عناصر دوپ شده موجب ايجاد خواص مورد نظر ما مي شوند. سراميک هاي PZT به ندرت بدون استفاده از افزودني هاي دوپ شونده توليد مي شوند. استفاده از عناصر دوپ شونده موجب اصلاح برخي از خواص اين نوع سراميک ها مي شوند. افزودني هاي دوپ شونده اي که در موقعيت هاي A قرار مي گيرند باعث کاهش ضريب اتلاف (dissipation factor) شده که اين مسأله بر روي توليد گرما تأثير مي گذارد، اما باعث کاهش ضرايب پيزوالکتريسيته (Piezoelectric coefficients) مي شود. به همين دليل پيزوالکتريک هاي توليدي با اين افزودني ها بيشتر در کاربردهاي التراسونيک و با فرکانس بالا استفاده مي شوند. افزودني هاي دوپ شونده اي که در موقعيت هاي B قرار مي گيرند، باعث افزايش ضرايب پيزوالکتريسيته مي شوند اما همچنين موجب افزايش ثابت دي الکتريک شده که اين مسأله زيان آور است. پيزوالکتريک هاي توليدي با اين افزودني ها دوپ شونده، به عنوان فعال کننده در کنترل کننده صدا- لرزش (control vibration and noise) ، عضله هاي خم کننده (benders)، کاربردهاي موقعيت يابي نوري (optical positioning application) و ... استفاده مي شوند.

فلوچارتي از مراحل تهيه ي سراميک هاي PZT آورده شده است. مخلوط نمودن پودر اکسيدهاي مورد استفاده در توليد سراميک هاي پيزوالکتريک يک به دو روش انجام مي شود که در زير بيان شده اند.
1-روش سايش خشک با بال ميل
2-روش سايش تر با بال ميل
هر دو روش تر و خشک داراي مزايا و معايبي هستند. روش سايش تر با بال ميل سريع تر از روش خشک است. به هر حال عيب روش تر اضافه شدن مرحله اي براي جداسازي مايع از پودر توليدي است. متداول ترين روش توليد PZT ها از سايش تر با بال ميل بهره مي گيرد. در روش سايش تر پودر پودر اين سراميک ها با بال ميل، از اتانول به عنوان مايع و از زيرکونياي تکليس شده به عنوان محيط سايش استفاده مي شود. البته ممکن است به جاي يک آسياب معمولي از يک آسياب ارتعاشي (Vibratory mill) استفاده شود. اين فرآيند که توسط Herner ابداع شده خطر آلودگي پودر با اجزاي جدا شده از گلوله ها و محيط سايش را کاهش مي دهد همچنين محيط زيرکونيا به خاطر کاهش ريسک آلودگي استفاده مي شود.
البته مرحله ي تکليس نيز يکي از مراحل تعيين کننده در توليد سراميک هاي PZT است. اين مرحله موجب کامل شدن فرآيند تبلور کشته که فاز پرسکيت در اين مرحله تشکيل مي شود. اهداف اين مرحله خارج شدن مواد آلي و فرار از مخلوط است و واکنش اکسيدهاي موجود در مخلوط براي ايجاد ترکيبات فازي مناسب قبل از فرآيند توليد قطعه است. همچنين از اهداف ديگر اين مرحله کاهش حجم شرپنکيج و يکنواختي بهتر در طي زينترينگ و پس از آن است. پس از تکليس، يک ماده ي چسبنده به پودر افزوده مي شود و مخلوط شکل دهي مي شود. شکل دهي قطعات ساده با روش پرس خشک در قالب و براي بدنه هاي پيچيده تر، روش هاي اکستروژن و ريخته گري دوغابي استفاده مي شود. پس از آن اشکال توليدي زينترينگ مي شود ( در واقع بوسيله يک آون مواد چسبنده ي آن خارج شده و دنس مي شود.)
مشکل عمده در زينترينگ سراميک هاي PZT، فراريت Pbo در دماي 800 درجه سانتي گراد است براي به حداقل رساندن اين مشکل، نمونه هاي PZT در حضور يک منبع سرب مانند PbZro3 زينتر مي شوند و در داخل يک بوته ي ذوب بسته حرارت دهي مي شوند. اشباع شدن اتمسفر محل زينتر کردن با PbO باعث به حداقل رسيدن اتلاف سرب از بدنه هاي PZT مي شود. در اين شرايط زينترينگ مي تواند در دماي متنوعي بين 1200-1300 درجه سانتيگراد انجام شود. با وجود اين تدابير پيش بيني شده معمولاً اتلاف 2-3% در مقدار سرب اوليه صورت مي گيرد.
پس از برش و ماشين کاري قطعه به شکل مناسب، الکترودها تعبيه مي شود و يک ميدان DC براي جهت دهي به قلمرو دي پل هاي داخل سراميک پلي کريستال اعمال مي شود. قطب دار کردن بوسيله ي جريان DC مي تواند در دماي اتاق و يا در دماهاي بالاتر انجام شود. البته اين مسأله به ماده و ترکيب سراميک بستگي دارد.
فرايند پلاريزاسيون تنها اندکي دي پل هاي موجود در سراميک پلي کريستال را هم جهت مي کند و نتيجه ي پلاريزاسيون پلي کريستال کمتر از حالتي است که سراميک تک کريستال باشد. اين تکنيک توليد داراي ابهامات زيادي است البته تعداد زيادي از روش هاي توليد ديگر وجود دارد که سراميک هاي PZT با خواص و ريزساختار عالي توليد مي کنند. يک مشکل بوجود آمده در اين روش انحراف از حالت استوکيومتري است. اين مشکل اغلب به خاطر وجود ناخالصي در مواد اوليه و اتلاف سرب از بدنه در طي فرآيند زينترينگ بوجود مي آيد. که باعث تغيير خواص PZT در اثر جانشيني هاي ناخواسته، مي شود. به عنوان يک نتيجه، خواص الاستيک در اثر اين مشکل مي تواند 5% ، خواص پيزوالکتريک 10% و خواص ديک الکتريک 20 درصد ( با يک بچ ثابت) تغيير کنند.
همچنين، خواص دي الکتريک و پيزوالکتريک عمدتاً به علت عدم وجود يکنواختي کاهش پيدا مي کنند (اين عدم يکنواختي به خاطر هم زدن کم اتفاق مي افتد). اين مسأله هنگامي که اکسيدهاي اصلي هم گون باشد مهم مي باشد. در روش هاي توضيح داده شده در بالا، به هرحال، اجزاي اصلي به صورت محلول جامد در آمده و اين نشان داده شده است که مخلوط شدن هم گون محلول جامد هنگامي که اين مسأله امکان نداشته باشد، مشکل است.
روش هاي ديگر براي توليد سراميک هاي پيزوالکتريک به شرح زيراند:
1) فرآيند هيدروترمال (Hydrothermal Processing)
2) روش هاي هم رسوبي (coprecipitation methods)
همچنين اين نکته قابل توجه است که توسعه ي وسيعي در زمينه ي فرآيندهاي توليد پودر (Powder Processing)، شکل دهي و زينترينگ بوجود آمده است که نتيجه ي اين توسعه ها، افزايش کاربرد سراميک هاي پيزوالکتريک است.

روابط ساختاري و خواص مواد

دانستن اطلاعات مربوط به پيزوالکتريسيته از ساختار مواد شروع مي شود. براي توضيح بهتر، اجازه دهيد بر روي يک کريستال از ( اين تک کريستال هاي کوچک با قطر ميانگين کمتر از Mm100) يک سراميک پلي کريستال متمرکز شويم. اين کريستال از اتم هاي مثبت و منفي تشکيل شده است که فضاي خاصي را در سلولهاي تکراري (سلول واحد) اشغال کرده اند. تقارن خاص سلول واحد تعيين کننده ي اين مسأله است که آيا کريستال ما خاصيت پيزوالکتريسيته دارد يا نه؟ همه ي کريستال ها از 32 کلاس ( از 7 سيستم: تريکلينيک، مونوکلينيک، ارتورومبيک، تتراگونال، رمبوهدرال، هگزاگونال و کيوبيک) مشتق شده اند. از 32 کلاس، 21 عدد از آنها داراي تقارن مرکزي نيستند و 20 کلاس داراي خواص پيزوالکتريک هستند.
( يک کلاس از 21 کلاس فاقد تقارن مرکزي، پيزوالکتريک نيست زيرا اين کلاس داراي ديگر عناصر تقارن است). نبودن مرکز تقارن بدين معناست که يک حرکت شبکه ي يون هاي مثبت و منفي نسبت به همديگر که در نتيجه ي اعمال تنش بوجود مي آيد،توليد يک دو قطبي الکتريکي مي کند. يک سراميک از قرارگيري تصادفي اين کريستال هاي پيزوالکتريک تشکيل شده است و به همين دليل غيرفعال است. اثرات کريستال ها همديگر را خنثي نموده و خاصيت پيزوالکتريک قابل اندازه گيري در سراميک بوجود نمي آيد. نواحي با بردار قطبي يکسان،قلمرو (domain) ناميده مي شوند.
قطب دار کردن يکي از روش هاي معمولي مورد استفاده براي جهت دهي به قلمرو هاست که اين عمل بوسيله ي پلاريزاسيون سراميک ها با استفاده از يک ميدان الکتريکي ساکن انجام مي شود. الکترودها بر روي سراميک اعمال مي شود تا قلمروهاي پيزوالکتريکي چرخيده و در جهت ميدان،جهت گيري کنند. نتيجه ي بدست آمده اين گونه نيست که تمام قلمروها هم جهت شوند و با جهت گيري يکسان بخشي از قلمروها سراميک پلي کريستال داراي يک اثر پيزوالکتريکي بزرگ مي شود. در طي اين فرايند ماده ي پيزوالکتريک در جهت محور قطبي شدن انبساط و در جهت عمود بر آن انقباض دارد.

روابط ساختاري

هنگامي که در مورد معادله ي ساختاري مواد پيزوالکتريک مي نويسيم بايد تغيرات تنش و جابجايي الکتريکي در سه جهت عمود بر هم محاسبه گردد. اين جابجايي الکتريکي بوسيله ي اثرات کوپل هاي عمود بر هم بوجود آمده است. همچنين اين اثرات نيز بخاطر تنش هاي مکانيکي و الکتريکي حاصل مي شود. علامت تانسور ابتدا معين مي گردد که در شکل 4 جهات مرجع نشان داده شده است.
حالت کرنش با تانسور مرتبه دوم Sij معين مي شود و حالت تنش نيز بوسيله ي تانسور مرتبه دو Tkl تعيين مي شود. روابطي وجود دارد که تانسور تنش را به تانسور کرنش، تسليم Sijkl و سختي Cijkl مرتبط مي سازد. رابطه ميان ميدان Ej (تانسور مرتبه اول) و جابجايي الکتريکي Di (تانسور مرتبه اول)، ثابت دي الکتريک Eij است. که اين ثابت يک تانسور درجه 2 است. بنابراين معادلات مربوط به مواد پيزوالکتريک به صورت زير نوشته مي شوند:
Di=ETij.Ej+dijk Tjk
Sij=dijk Ek+E Sijkl Tkl
که در اين روابط dijk و dijk ثوابت پيزوالکتريک هستند و تانسوري درجه 3 هستند. با لانويس E, T نشان مي دهند که ثابت دي الکتريک Eij و ثابت الاستيک Sijkl تحت شرايط تنش ثابت و ميدان الکتريکي ثابت، اندازه گيري شده است. عموماً تانسور مرتبه اول، 3 جزء دارد، تانسور مرتبه 2، 9 جزء و مرتبه 3، 27 جزء دارد. همچنين تانسور مرتبه 4، 81 جزء دارد. درصد خيلي کمي از اين اجزاء تانسوري، مستقل هستند. هر دوتاي اين روابط وابسته به جهت هستند. آنها يک بسته از معادلات هستند که اين خواص را در جهات مختلف ماده شرح مي دهند. تقارن فضايي و انتخاب بردارهاي مرجع، تعداد اجزاي مستقل را کاهش مي دهد. يک راه مناسب براي توصيف آنها استفاده از جهات برداري مناسب مانند آنهايي که در شکل 4 نشان داده شده است. بر اساس عرف، جهت قطبي شدن را با محور 3 نمايش مي دهيم. همچنين صفحات برشي با زيرنويس 4، 5و 6 نشان داده شده است که اين صفحات بر جهات 1،2،3 عمود مي باشد.

کاربرد مواد پيزوالکتريک

مواد پيزوالکتريک کاربرد وسيعي در علوم مختلف دارند. اين مواد در بسياري از وسايل که نيازمند تغيير انرژي مکانيکي به الکتريکي و يا بالعکس است، استفاده مي شوند. زمينه ي وسيعي از کاربردهاي مواد پيزوالکتريک وجود دارد و با وجود اين مسأله که اين مواد نزديک به يک قرن است که مورد مطالعه قرار گرفته اند. ولي هنوز هم پتانسيل استفاده شدن در کاربردها و ابداعات ديگر را دارند. البته به خاطر وسعت اين کاربردها از بيان آنها چشم پوشي مي کنيم

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:9 | نویسنده : ایمان رستگار
مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:8 | نویسنده : ایمان رستگار

لوازم مورد نياز:
 

* هويه
* قيچي
* شمع
* پارچه
* قطعه ي سراميکي در دار
* يراق
* دانه هاي تزييني

به اندازه دور سراميک به علاوه ي 1 سانت از مخمل جدا کنيد.
مخمل را به دور سراميک بچسبانيد.
به اندازه روي در ظرف از مخمل جدا کنيد.

مخمل را روي در بچسبانيد.
يراق را با دانه هاي مورب تزيين کنيد.
براي شمع نيز به اين شکل عمل کنيد:
اندازه دور شمع را محاسبه نموده و با هويه به همان اندازه با يک سانت اضافه جدا کنيد. با چسب حرارتي مخمل را به روي شمع بچسبانيد. دانه هاي مورب را به لبه يک نوار بدوزيد. يراق تزيين شده را به لبه شمع بچسبانيد. زير شمع را هم با يک لايه مخمل بپوشانيد.

منبع: نشريه ترمه، شماره 12


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:8 | نویسنده : ایمان رستگار
هنر سرامیک
چند سالی است لغت سرامیک در ایران و بین طبقات مختلف مردم شایع و رایج و روز به روز استعمال آن بیشتر می‌شود و آن را بیشتر می‌شنویم .
«سرامیک» به معنای خاص که فقط به یک فن مربوط باشد در مجامع صاحب صلاحیت دنیا مورد قبول قرار نگرفته است در سال ۱۹۲۰ در کنگره‌ای که تشکیل شده بود این لغت برای تمام لوازم و موادی که از سیلیکاتها ساخته و حرارت داده می‌شد انتخاب گردید ریشه آن از یونانی و به معنای پخته شده می‌باشد ولی ریشه قدیمی‌تر آن در زبان سانسکریت معنای چیزهای پخته شده را دارد به هر تقدیر سرامیک امروز به تمام صنایعی اطلاق می‌گردد که به نحوی از انحاء با مواد اولیه سیلیکاتی ساخته و سپس در درجات حرارت معین پخته و محکم گردیده باشد و معنی عام دارد. چینی – شیشه – بلور – سفال، آجرهای نسوز و معمولی، کاشی، لوازم بهداشتی ، وان و دستشویی – ظروف فلزی لعابی – لعاب مینا سازی و بسیاری دیگر از صنایع سیلیکات همه جزو فن سرامیک محسوب می‌گردد. بطوریکه محاسبه کرده‌اند یک سوم صنایع موجود دنیا را صنایع سرامیک تشکیل می‌دهد.

از جمله رشته های سرامیک تهیه و پرداخت اشیاء هنری از خاک و سنگ می‌باشد که از قدیم به نام کاشی و سفال سازی درکشور ما رواج کامل داشته است.
● سابقه تاریخی
اگر از اشیاء سرامیک مصریان قدیم صرفنظر کنیم قدیمی‌ترین ظروف سرامیک در کشور ما کشف گردیده است . این اشیاء که هر یک به تنهایی نمونه ای است از ذوق و ابتکار ایرانیان قدیم و نشان دهنده چگونگی زندگی آنها تاریخ قدیم ما را روشن می‌کند این اشیاء که تحت لیست ظروف سفالین ماقبل تاریخ در موزه ایران باستان و سایر موزه های بزرگ دنیا نگهداری می‌شود و بیشتر منقوش است از نظر فرم و چگونگی نقش در کمال استحکام و انسجام بوده و سرمشق هنرمندان بسیاری قرار گرفته و می‌گیرد.
هنر سرامیک در دوره هخامنشیان آثار ارزنده‌ای برای ما به یادگار گذارده است که با ارزش‌ترین آثار سفالین آن عصر دنیا می‌باشد بعد از اسلام تا دوره سلجوقی ظروف مختلف بوسیله هنرمندان ساخته می‌شد سپس هنر سفال سازی در تزیین بنا بصورت کاشی و کاشیکاری به کار رفت و پس از حمله مغول ظروف سازی با سفال بیشتر تحت نفوذ هنر سرامیک چین قرار گرفت ولی تزیین ساختمان و کاشیکاری رواج بیشتر یافت در دوره صفویه ارزنده‌ترین آثار کاشیکاری تزئینی بنا بود بوجود آمد که در دنیا بی نظیر و شاید هرگز مانند آن ساخته نشود توجه هنرمندان دوره قاجاریه نیز بیشتر معطوف به تزیین بنا و کاشیکاری و تقلید از دوره صفویه بود که با مقداری رنگهای جدید‌‌الورود خارجی از قبیل زردهای تند و قرمز رزی مخلوط و ارزش رنگ آمیزی بدیع دوره صفوی را از دست داد.
در دوره رضا شاه کبیر وقتی لزوم احیای صنایع مستظرفه احساس شد کارگاه کاشی سازی نیز تاسیس گردید و از شش هزار سال پیش جنبشی برای پیشرفت دادن هنر سرامیک در هنرهای زیبا آغاز شده است که نتایج آن به تدریج به دست می‌آید.
● چگونگی تهیه
اشیاء سرامیک غالبا‌ً دارای لعاب می‌باشند بنابراین هر شیئی سرامیکی از دو قسمت ساخته می‌شود یکی از قسمتی که اسکلت اصلی شیئ را تشکیل میدهد و در اصطلاح به آن بدنه می‌گویند و دیگری قسمتی که به اسکلت اصلی شفافیت رنگ و نقش میدهد و لعاب نام دارد.
▪ اول بدنه
خاک رس معمولی را همه دیده‌ایم و می‌شناسیم وقتی با آب مخلوط و گل می‌شود چسبناک می‌گردد در اصطلاح می‌گویند خاک رس پلاستیک است یا پلاستیستیه خاک رس خوب است. این گل رس را بهر شکلی که می‌خواهید درآورید و سپس بگذارید خشک شود و پس از آن که مطمئن شدید که خشک شده است و هیچ گونه رطوبت ندارد آن را در کوره بگذارید و بتدریج درجه حرارت کوره را بالا ببرید وقتی پس از ۵ تا ۶ ساعت درجه حرارت به ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد رسید کوره را خاموش کنید و بگذارید به تدریج سرد شود گل شما که قبل از پختن اگر با آب تماس حاصل می کرد وامی‌رفت و مجدداً به توده ای از گل تبدیل می‌شد این بار محکم و بادوام و در مقابل آب مقاوم است. پایه و اساس ساختمان بدنه روی پخت خاک می‌باشد بدیهی است برای ساختن هر نوع بدنه نوع خاک فرق می‌کند و اغلب با یک خاک تنها نمی‌توان بدنه مورد نظر را ساخت و لازم است چندین خاک یا پودر سنگهای مخصوص معدنی را با نسبتهای معین ترکیب کرد تا پس از پخت بدنه مورد نظر بدست آید.
گاه چسب خاک زیاد است و گاه مواد ناخالص خاک آنرا غیر قابل مصرف می‌نماید زمانی پس از آنکه ظرف مورد نظر ساخته شد در موقع خشک شدن ترک می‌خورد و یا در کوره و هنگام پخت ترک برداشته و یا می‌شکند و این عیوب همه با ترکیب کردن خاکها و سنگها با نسبتهایی که در آزمایشگاه بدست می‌آید برطرف می‌گردد. در ساختن گلهای مختلف اغلب انواع خاک رس انواع کائولن انواع کوارتز و کوارتزیت و انواع فلدسپات و گاهی موادی از قبیل کربنات کلسیم و اکسید روی و تالک به کار می‌رود.
وقتی خاکهای مختلف ترکیب شد در آسیابی که به شکل استوانه است و در آن گلوله‌هایی از جنس چینی سخت یا سیلکس وجود دارد با آب برای مدتی می‌گردد تا کاملاً نرم شود سپس مخلوط گل و آب که بصورت دوغ آب یا به قول فرنگی‌ها slip می‌باشد در دستگاهی به نام آژیتاتور که دارای پروانه متحرکی است ریخته می‌شود و از الک ریزی می‌گذرد و آب زیاد آن به وسیله دستگاه فیلتر پرس گرفته می‌شود. قالبهای گل پس از خروج از دستگاه فیلتر پرس برای مدتی نزدیک به یک ماه در انبارهای گل انبار می‌گردد تا تخمیر لازم انجام گیرد.
این گل سپس به دست هنرمندان ارزنده و شایسته‌ای که هر یک در کار خود استاد می‌باشند روی چرخ کوزه‌گری رفته و یا با دست و به صور مختلف کوزه و گلدان و پایه آباژور و بشقاب و کاسه و مجسمه و دهها فرم دیگر درمی‌آید . هنرمندانی که در این رشته کار می‌کنند و به توده گل فرم میدهند و آثار بدیع هنری را به وجود می‌آورند عبارتند از : آقای محمد شب بویی که در فن چرخ کاری کمال مهارت را دارد و سالیان دراز در این رشته کار و کوشش نموده است تا امروز می‌تواند با ارزش ترین آثار را به وجود آورد . آقای محمد فخارنیا که عمری را در چرخ کاری گذرانده است . آقای منجذب طراح که خود می تواند ظروف مختلف را نیز بسازد و سپس نقش لازم را در روی آن بوجود آورد . خانم شاهین امیرخازن و خانم منیره برومند دو بانوی هنرمندی هستند که هم ظروف مختلف را می‌سازند و هم آنرا نقاشی می‌کنند.
در چند سال اخیر برای تهیه گل و سایر مراحل تهیه بدنه هنرهای زیبای کشور اقدام بخرید ماشین آلات جدیدی نمود که در نوع خود برای اولین بار وارد ایران می‌شد و بتدریج سایر کارگاهها و موسسات نیز با راهنمائی هنرهای زیبا اقدام به تهیه ماشین آلاتی از آن نوع نمودند.
چرخهای کوزه گری از صورت ابتدائی خود درآمد و بصورت بهتری ساخته شد. هنرمندان توجه بیشتری به پیشرفت و ترقی هنر خود نمودند د آثار ارزنده و بهتری را به صاحبان ذوق عرضه داشتند.
بدنه پس از آنکه ساخته شد با دقت کافی خشک می‌گردید و سپس در کوره تا درجات حرارت مختلف برای هر نوع مختلف پخته می‌شود. برای پخت این ظروف کوره‌هایی قدیمی درهم ریخته شده و کوره‌هایی جدید و روی اصول صحیحتری بنا گردید بطوری که تا حرارتی برابر با ۱۳۰۰ الی ۱۳۵۰ درجه سانتیگراد که در صنعت و هنر سرامیک ایران بی سابقه بود می‌توان بالا رفت. پس از آنکه بدنه پخته شد آماده است تا روی آن لعاب داده شود و یا با لعاب نقاشی گردد.
▪ دوم لعاب کاری: لعاب از ترکیب چند نوع خاک و سنگ از قبیل کائولن و کوارتز و فلاسیات و بعضی مواد شیمیایی مثل کربنات سدیم و براکس و اسید بور یک و در پاره‌ای از مواقع بعضی مواد مخصوص ساخته می‌شود.
لعاب پس از آنکه آماده و به رنگهای مختلف ساخته شد به طرق مختلف روی اشیاء ساخته شده داده می‌شود و یا بوسیله هنرمندان به وسیله نقوش طراحی شده روی آن ثابت می‌گردد اشیاء لعاب شده برای پخت مجدد در کوره قرار می‌گیرد و پس از پخت اشیاء آماده برای استفاده می‌گردد.
● رابطه سرامیک و زندگی
ظروف غذا خوری – سرویسهای چای خوری – لوازم دستشویی و حمام – مقره‌های برق – چینی های داخل لوازم الکتریکی – آجر بنا – مواد نسوز مورد مصرف در صنایع مختلف همه از اشیاء سرامیک است بستگی زندگی ما با این اشیاء طوریست که شاید اصولاً با عدم استفاده از آن امکان زندگی راحت وجود نداشته باشد. علاوه بر آن بشر برای تزیین ساختمان، برای تزیین محل زیست یا کار خود از وسایل گوناگون استفاده می‌کند تا به اعصاب خود آرامش دهد و روح نو طلب خویشتن را راضی دارد. در اینجا یکی از بهترین وسایل تزئین را ظروف و اشیاء سرامیک تشکیل می‌دهد.
پایداری و استحکام و مقاومت لوازم سرامیک در مقابل شرایط سخت جوی و تغییرات درجه حرارت محیط زیست و عدم زنگ زدگی آن و مقاومت در مقابل عوامل مخربی مثل باکتریها و موریانه و غیره عمر آنرا زیاد می‌نماید و اگر جز این بود امروز اطلاعی از زندگی و تمدنهای درخشانی که در نقاط مختلف دنیا قبل از دوران تاریخ مدون وجود داشته است اطلاعی در دست نداشتیم.
● اقدامات هنرهای زیبا
هنرهای زیبا در چند سال اخیر با توجه به اهمیت این هنر و اینکه در چند ده سال اخیر اروپائیان به نحو اعجاز آمیزی در این فن ترقی کرده‌اند اقدامات لازم را برای احیای این هنر گرفت.
آزمایشگاه کاشی سازی را تاسیس نمود، لوازم قدیمی و بدون استفاده را به وسائل جدید تبدیل کرد و هنرمندان با ارزش این فن را تشویق نمود. در هنرستان تبریز اقدام به تاسیس کارگاه کرد و از وجود هنرمندان با ارزشی چون محمد علی معمار زاده برای این کار استفاده نمود. چندین مسجد را در تهران کاشی کاری کرد که از آن جمله است: مسجد امین در خیابان فردوسی و مسجد حاج شیخ محمد حسن در خیابان بوذرجمهری دو نمایشگاه در تهران و یک نمایشگاه در آبادان دایر نمود که در نوع خود بی نظیر بود. در نمایشگاههای بین‌المللی برو کسل در ۱۹۵۸ و نمایشگاه بین‌المللی سرامیک در ۱۹۵۹ در بلژیک شرکت نمود.
آثار هنرمندانه ساخته شده را در فروشگاه فردوسی و در غرفه‌های هنرهای زیبا در معرض تماشا گذارده و به هنر دوستان و خریداران عرضه داشت.
در همین مدت آزمایشگاه کاشی‌سازی مطالعه کاملی روی انواع مواد اولیه قابل دسترس انجام داد و در حدود سه هزار نوع مختلف رنگ تهیه نمود.
برای اولین بار ظروف مختلف سرامیک به استن‌ورstonware و لعاب مربوطه آنرا که در ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد پخته می‌شود ساخت.
امروز هنرهای زیبا و کارگاه کاشی سازی کوشش دارد هر چه بیشتر در رفع نواقص خود بکوشد و راه برای هنر نمائی هنرمندان هر چه بیشتر و بهتر باز دارد.

منبع: مجله هنر و مردم


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:6 | نویسنده : ایمان رستگار

مقدمه
 

در این مقاله در مورد سفال گری صحبت می کنیم. بسیاری از تکنیک هایی که امروزه برای شکل دهی سرامیک های پیشرفته استفاده می شود. بوسیله ی سفال گران ابداع و استفاده می شده است. اما امروزه اینگونه فرآیندها اصلاح شده است و برای شکل دهی مواد درکاربردهای با فناوری بالا و سرامیک های جدید استفاده می شود.
ما تنها می توانیم پودر خشک را شکل دهی کرده وآن را زنیتر کنیم. اما این مسئله مرسوم است که مقداری مایع به پودر اضافه می شود. و سپس فرآیند شکل دهی و پخت اتفاق می افتد. (دقیقا همانند استفاده کردن از آب در سفال گری). تغییر فرم های اتفاق افتاده در فرآیندشکل دهی باعث می شود تا مخلوط با استحکام پایین چسبنده شود و به بدنه ای محکم ومنسجم تبدیل شود.این بدنه را می توان به هندسه ی دلخواه در آورد. انتخاب عملیات شکل دهی برای یک محصول خاص به ابعاد و ثبات ابعادی محصول، ویژگی های زیرساختاری ، میزان قابلیت تکثیر شدن نمونه بوسیله ی آن، مسائل اقتصادی و نوع شکل بستگی دارد.

لغات
 

در صنعت شکل دهی سرامیک ها لغات خاصی وجود دارد. زیرا این صنعت یک هنر قدیمی است. سابقاً پودرهای اصلی در خلوص و اندازه ی ذرات مناسب تهیه می شد و بوسیله ی آنها می شد اشکال مد نظر را تهیه کرد. بسیاری از روش های شکل دهی برای محصولات سرامیکی مناسب هستند. این روش ها را می توان به سه گروه عمده طبقه بندی کرد:
1) فشرده سازی پودر: پرس خشک، پرس گرم، پرس ایزواستاتیک سرد و...
2) ریخته گری : بوسیله ی قالب و دوغاب سرامیکی
3) شکل دهی پلاستیک: اکستروژن ، قالب گیری تزریقی و... در این فرآیند از فشار برای شکل دهی بدنه ی خام سرامیکی استفاده می شود.

فشرده سازی پودر:
 

در این روش با فشردن پودر ماده ی سرامیکی ، قطعه تشکیل می شود. پودر ممکن است بوسیله ی فرآیند فشرده سازی خشک (بدون افزودن بایندر) ویا بوسیله ی افزودن مقدار اندکی از یک بایندر به قطعه تبدیل شود. فشار اعمالی نیز می تواند غیر محوری یا ایزواستاتیک باشد.انتخاب روش فشرده سازی (پرس کردن ) به شکل محصول نهایی بستگی دارد. ما می توانیم اشکال ساده را بوسیله ی اعمال فشار غیر محوری و قعطات پیچیده را بوسیله ی اعمال فشار ایزواستاتیک تولید کنیم.

سرامیک های ریخته گری شده
 

این نوع از سرامیک ها معمولا در دمای اتاق و بوسیله ی تهیه ی یک دو غاب حاوی ذرات پودر تهیه می شوند. لازم به ذکر است که این فرآیند شباهتی به فرآیند ریخته گری فلزی ندارد. دو غاب تهیه شده به داخل قالب ریخته شده و مایع آن بوسیله ی جداره ی قالب (دیفوزیون از جداره) خارج می شود. خروج مایع از قالب سبب پدید آمدن جسمی با استحکام مناسب در داخل قالب می شود. به این روش ریخته گری روش ریخته گری لغزشی (Slip Casting) می گویند. از این روش برای شکل دهی بسیاری از محصولات سرامیکی سنتی (مانند ظروف تزئینی) استفاده می شود. در سال های اخیر از این روش برای شکل دهی محصولات سرامیکی پیشرفته (مانند پرده ها ی توربین و روتور توربین گازی) استفاده می شود. برای تولید فیلم های ضخیم و صفحات از روش ریخته گری نواری (tape Casting) استفاده می شود.

شکل دهی پلاستیک
 

این روش بدین صورت است که به پودر سرامیکی به میزان مشخصی آب اضافه می شود . تا پودر خاصیت پلاستیک پیدا کند و بتوان آن را تحت فشار شکل دهی کرد. این روش ابتدائاً برای شکل دهی خاک رس استفاده می شده است که پس از آن با انجام اعمال اصلاحی بر روی آن برای شکل دهی مواد پلیمری نیز استفاده می شود. مایع مورد استفاده در سرامیک های سنتی بر پایه ی رس، آب است. برای سیستم های سرامیکی که بر پایه ی رس نیستند. مواد آلی نیز ممکن است به جای آب استفاده شوند. بایندرهای آلی معمولا از ترکیبات چند گانه ساخته شده اند تا بتوانند وسکوزیته ی مناسب را به سیستم سرامیکی بدهند و همچنین خصوصیات بعد از پخت خوبی داشته باشند.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (1)

جدول 1 روشهای اصلی موجود در سه گروه شکل دهی را نشان می دهد. که در هر مورد اشکالی را که می توانیم با این روش ها تولید کنیم نیز آورده شده است.
در ادامه برخی از واژه های مربوط به صنعت شکل دهی را بیان می کنیم.

بایندر (binder)
 

بایندر ترکیبی است که استفاده می شود تا پودر در کنار هم نگه داشته شود و بتوان پودر را شکل دهی کرد.

دوغاب (Slurry)
 

دوغاب سوسپانسیونی از ذرات سرامیکی دریک مایع است.

نرم کننده (plasticizer)
 

نوعی بایندر است که باعث می شود دوغاب نرم یا انعطاف پذیر شود. این افزودنی خواص رئولوژیکی دوغاب را بهبود می دهد.

نمونه ی خام (green)
 

قطعه ای سرامیکی است که هنوز پخت نشده است.

دوغاب لعاب (Slip)
 

مخلوطی سوسپانسیونی است که به صورت پوشش بر روی بدنه ی خام قرار می گیرد و پس از پخت بر روی بدنه تشکیل لعاب را می دهد.
برخی از روش های شکل دهی که در این مقاله به آنها می پردازیم، بدنه هایی سرامیکی تولید می کنند که فشردگی آنها تنها برای فرآیند ماشین کاری مناسب است (میزان استحکام آنها به حدی است که تنها بتوان آنها را ماشین کاری کرد.) به هر حال این بدنه ها کاملا متراکم نیستند و پیوند بین دانه ها در آنها ضعیف است.این حالت را خام بودن (green) می گویند.در واقع در این حالت، حالتی میان بدنه ی زنیتر شده ی با دانسیته ی بالا و پودر نرم است. روش های دیگری در شکل دهی سرامیک ها وجود دارد که در آنها با اعمال دمای بالا در حین شکل دهی بدنه های زنیتر شده با دانستیه ی بالا تولید می شود.

بایندر و نرم کننده ها
 

در اغلب موارد نیاز است تا به پودر سرامیکی مقداری بایندر اضافه کنیم. بایندر دو وظیفه دارد. در برخی روش های شکل دهی مانند اکستروژن، بایندر پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را فراهم می کند. بایندر همچنین باعث می شد تا قطعه ی خام تولیدی پس از خشک شدن استحکام کافی را داشته باشد و در طی فرآیند ساخت و پخت دفورمه نشود. یکی از ویژگی های مهمی که بایندرها باید داشته باشند این است که بتوان بایندر را در طی فرایند پخت از بین برد و آن را از میان بدنه ی متراکم خارج کنیم، بدون آنکه بدنه معیوب شود. در اغلب موارد مواد پلیمری بایندرهای ایده آلی هستند.
در سفال گری اغلباً از آب به عنوان بایندر استفاده می شود. در این صنعت آب به میزان کافی به خاک افزوده می شود. تا گل حاصله پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را بدست آورد. در واقع میزان آب در حدی است که نمونه در طی پخت ثبات خود را حفظ کند. برای بهبود خواص رئولوژیکی در اغلب موارد از نرم کننده استفاده می شود. در اصل افزودن نرم کننده به سوسپانسیون ها به صنعت سرامیک منحصر نیست و از آن در بسیاری از فرآیندهای پودری استفاده می شود. برخی اوقاف تفاوت میان نرم کننده و بایندر زیاد واضح نیست. بایندرها همچنین در فرآیندهای شکل دهی فلزات بوسیله ی پودر فلز نیز کاربرد دارند.

دوغاب
 

واژه ی دوغاب لعاب ( Slip) از لغتی انگلیسی آمده است که به معنای کرم (cream) است کرم سوسپانسیونی از ذرات شیر داخل مایع (آب) است که در فرآیند تولید پنیر بوجود می آید.
عموماً دوغاب لعاب شامل ذرات سرامیکی کوچک (زیر 10 میکرون ) است که در داخل یک محیط مایع معلق هستند. در سفال گری این مایع معمولا آب است. سوسپانسیون بوجود آمده می تواند حتی بیش از 60% حجمی ماده ی خشک داشته باشد. دی فلوکولانت ها (deflocculents) به دو غاب لعاب اضافه می شود تا محیط الکترویکی هر ذره را بهبود دهد. این مسئله موجب می شود ذرات همدیگر را دفع کنند.

دی فلوکولانت
 

دی فلوکولاسیون فرآیندی است که بوسیله ی آن توده های به هم چسبیده ی ذرات سرامیکی موجود در مایع متلاشی شده و به ذرات تبدیل می شوند. از این رو در فلوکولانت یک افزودنی است که این فرآیند را انجام می دهد. به عبارت دیگر دی فلوکولاسیون مخالف دلمه شدن (coagulation) است.

کلوئید
 

کلوئید عموما به عنوان هر ماده ای تعریف می شود که دارای ذرات مادی است که از محلول های معمولی بزرگ تر اما بسیار ریزتر از آن هستند که بدون بزرگنمایی نوری قابل دیدن باشند.
(تقریبا 10-1nm میکرون) . کلوئیدها می توانند به روش های مختلف به یکدیگر پیوند دهند . سیستم های کلوئیدی می توانند چندین شکل داشته باشند. فرضی که ما با آن روبرو هستیم بدین صورت است که یک ماده در دیگری پراکنده شده است. حرکت براوونی یکی از پدیده هایی است که در این مخلوط ها بوجود می آید. دوغاب یک کلوئید است. ما می توانیم خواص دوغاب را بوسیله ی افزودن فلوکولانت و یا دی فلوکولانت تغییر دهیم.

دوغاب
 

ذرات رس در مایع به صورت سوسپانسیون در می آیند.( این مایع در مورد سفال ، آب است) . همین طور که مقدار آب دوغاب کاهش می یابد، میزان صلبیت آن افزایش می یابد. لعاب های مورد استفاده در سفال گری دارای عملکردی شبیه به رس در مایع هستند (البته میزان آب لعاب بیشتر است). گل کوزه گری از یک دوغاب اولیه تولید می شود. این دوغاب از رس های طبیعی تولید شده است. دوغاب به طور مکرر فیلتر می شود تا ماده ای هموژن و با قابلیت ثبات بالا پدید آید. سپس قطعاتی از گل بوسیله ی تبخیر رطوبت از کلوئید بوجود می آید. محصول پایانی به مرحله ی اکستروژن می رود و سپس در بسته بندی های خاص قرار می گیرد تا رطوبت باقی مانده در آن از بین نرود.
منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:5 | نویسنده : ایمان رستگار

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2) را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانندفرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2) رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:4 | نویسنده : ایمان رستگار

آلومینا و زیر کونیا
 

آلومینا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)و زیر کونیا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) دو بیوسرامیک نسبتاًً خنثی هستند .این دو ماده در هنگام استفاده شدن در بدن برای اهداف طولانی مدت به صورت اندک دچار تغیرات شیمیایی در مایعات بدن می شوند. آلومینایی با دانستیه وخلوص بالا >99.5y)) در ساخت برخی از امپلنت های مخصوصاً پروتزهای مفصل ران استفاده می شود. درسال 2006 ، بیش از سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) اپروتز مفصل ران (hip Protheses) استفاده شده است که در آن از یک گلوله ی آلومینایی به عنوان بخش بالایی (گوی ران ) استفاده شده است. شکل 1 بخش بالایی یک پروتز مفصل ران را با گلوله ی آلومینایی نشان می دهد اداره ی دارو و غذای آمریکا (FDA) درسال 1982 ، اجازه ی استفاده از آلومینا دراین کاربر را صادر کرده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

اگر چه امپلنت های دندانی ساخته شده از آلومینا از تک کریستال ها ساخته می شوند اما بیشتر امپلنت های آلومینایی از پلی کریستال های با دانه های بسیار ریز ساخته می شوند. این نوع امپلنت ها معمولاً بوسیله ی فرآیند پرس پس از زینترینگ در دماهای بالاسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) تولید می شوند. مقدار کمی MgO ( کمتر از O.5 درصد) به آلومینا افزوده می شود تا از رشد دانه ها جلوگیری کرده واجازه دهد تا دانسیته ی بالا بوسیله ی زینترینگ بدون اعمال فشار پدید آید. جدول 1 لیستی از خواص فیزیکی بیوسرامیک های آلومینا یی آورده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

سازمان استاندارد جهانی (ISO) در مورد آلومینا استانداردهایی ارائه کرده است. ISO6474 استاندارد آلومینای مورد استفاده درساخت امپلنت ها ست .این استاندارد در سال 1994 ارائه شده است. (ISO: سازمان بین المللی استاندارد) البته باید گفت که علاوه بر ISO ، سایر سازمان های استاندارد نیز برای آلومینای مورد استفاده در کاربردهای پزشکی استاندارد خاص خود را دارند. مهمترین ویژگی یک امپلنت این است که طول عمر بیمار را افزایش دهد. به دلیل طبیعت ترد سرامیک ها ،پیش بینی دقیق طول عمر یک امپلنت امکان پذیر نیست. ولی این مسئله واضح است که افزایش نیرو و زمان بارگذاری باعث افزایش احتمال شکست سرامیک می شود. نتایج حاصله از آزمایشات خستگی و . ...نشان می دهد که باید امپلنت های آلومینایی با بالاترین استاندارد موجود ساخته شوند، مخصوصاً اگر امپلنت به عنوان یک امپلنت ارتوپدیک در بیماری جوان استفاده شود.
اگر چه سرامیک های آلومینایی دارای زیست سازگار پذیری مناسبی بوده و مقاومت به سایش خوبی دارند. ولی آنها دارای استحکام خنثی پایینی بوده وتافنس پایینی دارند. این مسئله باعث می شود تا ابعاد امپلنت های آلومینایی دارای محدودیت باشند وقطر اکثر آنها بیش از 32 میلی متر باشد. سرامیک های زیرکونیای دارای تافنس شکست واستحکام خنثی بالاتر ومدول یانگ پایین تری نسبت به سرامیک های آلومینایی هستند. به هر حال درمورد زیر کونیا نیز مسائلی وجود دارد.
استحکام خنثی و تافنس سرامیک های زیر کونیایی درمواجهه با مایعات بدن به میزان اندکی کاسته می شود. این مسئله به دلیل استحاله ی مارتنزیت فاز تتراگونال به مونو کلینیک اتفاق می افتد. یک چنین استحاله ای در محیط های آبکی مشاهده شده است . مقاومت سایشی زیر کونیا از آلومینا کمتر است . درترکیبات سرامیک، سرامیک ، سرعت سایش زیرکونیا می تواند به میزان زیادی از آلومینا بیشتر باشد. البته هنگامی که زیر کونیا با پلی اتیلن با وزن ملکولی بسیار بالا ( VHMWPE) ترکیب شود، سایش مفرط پلیمر اتفاق می افتد.
زیر کویناممکن است دارای درصد پایینی عناصر رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی مانند Th و U باشد، که جداسازی این عناصر مشکل وهزینه بر است.دراین زمینه بزرگترین مشکل این است که این عناصر پرتو ∝ (اتم هیلیوم دوبار مثبت) از خود ساتع می کنند که این پرتوها می تواند بافت های نرم و سخت اطراف خود را تخریب کند.اگر چه این فعل وانفعالات بسیار کم هستند ولی این سؤال وجود داردکه اثرات دراز مدت پرتوهای ساتع شده از سرامیک های زیر کونیایی به بدن چیست؟

شیشه های بیواکتیو
 

مواد بیواکتیو بین امپلنت وبافت های اطرافش پیوند ایجاد می کنند.
Hench Andersson ( 1993) تعریفی از این مواد به صورت زیر اراته کردند:
یک ماده ی بیواکتیو ماده ای است که با بوجود آوردن یک پاسخ بیولوژیک در سطح خود موجب تشکیل پیوند بین خود و بافت ها می شود.
اولین مطالعات انجام شده در زمینه ی شیشه های بیواکتیو در دانشگاه فلوریدا انجام شد.این تحقیقات سبب تولید تجاری بیوگلاس 45S5 ( bioglass 45s5) شد. بیوگلاس 45S5 یک شیشه ی اکسیدی با ترکیب چند گانه است. که ترکیب مواد تشکیل دهنده ی آن عبارتست از 45% وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.5% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.4 % وزنی CaO و 6% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) .
عناصر اصلی تشکیل دهنده ی شیشه های بیواکتیو امروزی نیز از همین 6 ماده است. (شیشه های بیواکتیو امروزی همگی از جنس شیشه های سیلیکاتی هستند.) به هر حال ساختار بیوگلاس 45S5 از شیشه های سیلیکاتی متفاوت است.شیشه های بیواکتیو دارای ساختار دو بعدی صفحه ای هستند که دارای دانسیته ی پایینی هستند.این ساختار باعث می شود درصد نسبی سیلیس در آنها کم باشد.بیوگلاس ها از لحاظ مکانیکی ضعیف هستند و دارای تافنس شکست پایینی هستند. این دو خاصیت به دلیل ساختار شیشه ای بوجود می آید.
شیشه های بیواکتیو را می توان بسهولت بوسیله ی فرایند های تولید سایر شیشه های سیلیکاتی تهیه کرد.دراین روشها اکسید های اصلی ویا ترکیباتی که پس از تجزیه تولید اکسید می کنند، با نسبت های معین مخلوط می شوند. در دمای بالا ذوب می شود. تا ذوبی هموژن پدید آورند.پس از سردکردن مذاب، شیشه بوجود می آید.به دلیل آنکه از شیشه های بیواکتیو در داخل بدن استفاده می شود. این مسئله ضروری است که مواد اولیه ی مورد استفاده خلوص بالایی داشته باشند وعملیات ذوب در بوته ی پلاتینی (یا آلیاژی از پلاتین) انجام می شود تا میزان ناخالصی ها حداقل میزان ممکنه باشند.
شیشه های بیواکتیو دارای خواص ویژه ای هستند که این خواص آنها را جهت استفاده شدن در بدن مناسب می کند.
مزایا:
واکنس سطحی این مواد نسبتاًً بالاست. که این مسئله منجر به پیوند سریع بافت به ماده می شود. این فرآیند دارای 5 مرحله است.سرعت واکنش ومکانیزم های هر کدام از بخش های این فرآیند بوسیله ی اسپکتروسکوپی FTIR محاسبه شده است. پیوند خوردن بافت به ماده ی بیواکتیو نیازمند رخ دادن واکنش های دیگری است که درحال حاضر مورد بررسی قرار نگرفته اند . امامی توان گفت که فرآیند پیوندخوردن هنگامی شروع می شود که بخش زنده بر روی لایه ی سیلیس ، هیدروکسی کربوآپاتیت جذب شود. علاوه بر این مدول یانگ این مواد در گسترده ی 30- 35MPa است که به مدول یانگ استخوان متراکم نزدیک است.
معایب.
این مواد از لحاط مکانیکی ضعیف اند. استحکام پیوند درحالت کششی به طور نمونه بین 40-60MPa است.علاوه بر این مسئله تافنس شکست این مواد پایین است.
به عنوان نتیجه ای از بحث بالا باید گفت شیشه های بیواکتیو در کاربردهای بار کش (bearing load) استفاده نمی شوند.به جای آن از آنها به عنوان پوشش در فلزات و وسایلی که میزان بار اعمالی بر آنها کم است یا حالت اعمال نیرو فشاری است، استفاده می شود. شیشه های بیواکتیو به دو شکل پودری وکامپوزیتی استفاده می شود. اولین استفاده ی موفق از بیوگلاس 45S5 ، استفاده از آن در استخوان کوچک گوش میانی است. حالت این استخوان در شکل 2 نشان داده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

شیشه های بیواکتیو مخروطی شکل درجراحی های دهانی استفاده می شود. دراین کاربرد شیشه ی بیواکتیو عیوب بوجود آمده درفک ( به دلیل خارج شدن دندان ها ) را پر می کند. امپلنت های تولیدی از شیشه ی بیواکتیو همچنین برای ترمیم استخوان نگهدارنده ی چشم استفاده می شود.
شیشه های بیواکتیو در حالت پودری برای درمان بیماری های دندانی وناتوانی تحرک تارهای صوتی استفاده می شود. همچنین از این مواد در بازسازی استخوان فک نیز استفاده می شود.
منبع انگلیسی مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:4 | نویسنده : ایمان رستگار

آلومینا و زیر کونیا
 

آلومینا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)و زیر کونیا سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) دو بیوسرامیک نسبتاًً خنثی هستند .این دو ماده در هنگام استفاده شدن در بدن برای اهداف طولانی مدت به صورت اندک دچار تغیرات شیمیایی در مایعات بدن می شوند. آلومینایی با دانستیه وخلوص بالا >99.5y)) در ساخت برخی از امپلنت های مخصوصاً پروتزهای مفصل ران استفاده می شود. درسال 2006 ، بیش از سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) اپروتز مفصل ران (hip Protheses) استفاده شده است که در آن از یک گلوله ی آلومینایی به عنوان بخش بالایی (گوی ران ) استفاده شده است. شکل 1 بخش بالایی یک پروتز مفصل ران را با گلوله ی آلومینایی نشان می دهد اداره ی دارو و غذای آمریکا (FDA) درسال 1982 ، اجازه ی استفاده از آلومینا دراین کاربر را صادر کرده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

اگر چه امپلنت های دندانی ساخته شده از آلومینا از تک کریستال ها ساخته می شوند اما بیشتر امپلنت های آلومینایی از پلی کریستال های با دانه های بسیار ریز ساخته می شوند. این نوع امپلنت ها معمولاً بوسیله ی فرآیند پرس پس از زینترینگ در دماهای بالاسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) تولید می شوند. مقدار کمی MgO ( کمتر از O.5 درصد) به آلومینا افزوده می شود تا از رشد دانه ها جلوگیری کرده واجازه دهد تا دانسیته ی بالا بوسیله ی زینترینگ بدون اعمال فشار پدید آید. جدول 1 لیستی از خواص فیزیکی بیوسرامیک های آلومینا یی آورده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

سازمان استاندارد جهانی (ISO) در مورد آلومینا استانداردهایی ارائه کرده است. ISO6474 استاندارد آلومینای مورد استفاده درساخت امپلنت ها ست .این استاندارد در سال 1994 ارائه شده است. (ISO: سازمان بین المللی استاندارد) البته باید گفت که علاوه بر ISO ، سایر سازمان های استاندارد نیز برای آلومینای مورد استفاده در کاربردهای پزشکی استاندارد خاص خود را دارند. مهمترین ویژگی یک امپلنت این است که طول عمر بیمار را افزایش دهد. به دلیل طبیعت ترد سرامیک ها ،پیش بینی دقیق طول عمر یک امپلنت امکان پذیر نیست. ولی این مسئله واضح است که افزایش نیرو و زمان بارگذاری باعث افزایش احتمال شکست سرامیک می شود. نتایج حاصله از آزمایشات خستگی و . ...نشان می دهد که باید امپلنت های آلومینایی با بالاترین استاندارد موجود ساخته شوند، مخصوصاً اگر امپلنت به عنوان یک امپلنت ارتوپدیک در بیماری جوان استفاده شود.
اگر چه سرامیک های آلومینایی دارای زیست سازگار پذیری مناسبی بوده و مقاومت به سایش خوبی دارند. ولی آنها دارای استحکام خنثی پایینی بوده وتافنس پایینی دارند. این مسئله باعث می شود تا ابعاد امپلنت های آلومینایی دارای محدودیت باشند وقطر اکثر آنها بیش از 32 میلی متر باشد. سرامیک های زیرکونیای دارای تافنس شکست واستحکام خنثی بالاتر ومدول یانگ پایین تری نسبت به سرامیک های آلومینایی هستند. به هر حال درمورد زیر کونیا نیز مسائلی وجود دارد.
استحکام خنثی و تافنس سرامیک های زیر کونیایی درمواجهه با مایعات بدن به میزان اندکی کاسته می شود. این مسئله به دلیل استحاله ی مارتنزیت فاز تتراگونال به مونو کلینیک اتفاق می افتد. یک چنین استحاله ای در محیط های آبکی مشاهده شده است . مقاومت سایشی زیر کونیا از آلومینا کمتر است . درترکیبات سرامیک، سرامیک ، سرعت سایش زیرکونیا می تواند به میزان زیادی از آلومینا بیشتر باشد. البته هنگامی که زیر کونیا با پلی اتیلن با وزن ملکولی بسیار بالا ( VHMWPE) ترکیب شود، سایش مفرط پلیمر اتفاق می افتد.
زیر کویناممکن است دارای درصد پایینی عناصر رادیواکتیو با نیمه عمر طولانی مانند Th و U باشد، که جداسازی این عناصر مشکل وهزینه بر است.دراین زمینه بزرگترین مشکل این است که این عناصر پرتو ∝ (اتم هیلیوم دوبار مثبت) از خود ساتع می کنند که این پرتوها می تواند بافت های نرم و سخت اطراف خود را تخریب کند.اگر چه این فعل وانفعالات بسیار کم هستند ولی این سؤال وجود داردکه اثرات دراز مدت پرتوهای ساتع شده از سرامیک های زیر کونیایی به بدن چیست؟

شیشه های بیواکتیو
 

مواد بیواکتیو بین امپلنت وبافت های اطرافش پیوند ایجاد می کنند.
Hench Andersson ( 1993) تعریفی از این مواد به صورت زیر اراته کردند:
یک ماده ی بیواکتیو ماده ای است که با بوجود آوردن یک پاسخ بیولوژیک در سطح خود موجب تشکیل پیوند بین خود و بافت ها می شود.
اولین مطالعات انجام شده در زمینه ی شیشه های بیواکتیو در دانشگاه فلوریدا انجام شد.این تحقیقات سبب تولید تجاری بیوگلاس 45S5 ( bioglass 45s5) شد. بیوگلاس 45S5 یک شیشه ی اکسیدی با ترکیب چند گانه است. که ترکیب مواد تشکیل دهنده ی آن عبارتست از 45% وزنی سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.5% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) ، 24.4 % وزنی CaO و 6% وزنیسرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2) .
عناصر اصلی تشکیل دهنده ی شیشه های بیواکتیو امروزی نیز از همین 6 ماده است. (شیشه های بیواکتیو امروزی همگی از جنس شیشه های سیلیکاتی هستند.) به هر حال ساختار بیوگلاس 45S5 از شیشه های سیلیکاتی متفاوت است.شیشه های بیواکتیو دارای ساختار دو بعدی صفحه ای هستند که دارای دانسیته ی پایینی هستند.این ساختار باعث می شود درصد نسبی سیلیس در آنها کم باشد.بیوگلاس ها از لحاظ مکانیکی ضعیف هستند و دارای تافنس شکست پایینی هستند. این دو خاصیت به دلیل ساختار شیشه ای بوجود می آید.
شیشه های بیواکتیو را می توان بسهولت بوسیله ی فرایند های تولید سایر شیشه های سیلیکاتی تهیه کرد.دراین روشها اکسید های اصلی ویا ترکیباتی که پس از تجزیه تولید اکسید می کنند، با نسبت های معین مخلوط می شوند. در دمای بالا ذوب می شود. تا ذوبی هموژن پدید آورند.پس از سردکردن مذاب، شیشه بوجود می آید.به دلیل آنکه از شیشه های بیواکتیو در داخل بدن استفاده می شود. این مسئله ضروری است که مواد اولیه ی مورد استفاده خلوص بالایی داشته باشند وعملیات ذوب در بوته ی پلاتینی (یا آلیاژی از پلاتین) انجام می شود تا میزان ناخالصی ها حداقل میزان ممکنه باشند.
شیشه های بیواکتیو دارای خواص ویژه ای هستند که این خواص آنها را جهت استفاده شدن در بدن مناسب می کند.
مزایا:
واکنس سطحی این مواد نسبتاًً بالاست. که این مسئله منجر به پیوند سریع بافت به ماده می شود. این فرآیند دارای 5 مرحله است.سرعت واکنش ومکانیزم های هر کدام از بخش های این فرآیند بوسیله ی اسپکتروسکوپی FTIR محاسبه شده است. پیوند خوردن بافت به ماده ی بیواکتیو نیازمند رخ دادن واکنش های دیگری است که درحال حاضر مورد بررسی قرار نگرفته اند . امامی توان گفت که فرآیند پیوندخوردن هنگامی شروع می شود که بخش زنده بر روی لایه ی سیلیس ، هیدروکسی کربوآپاتیت جذب شود. علاوه بر این مدول یانگ این مواد در گسترده ی 30- 35MPa است که به مدول یانگ استخوان متراکم نزدیک است.
معایب.
این مواد از لحاط مکانیکی ضعیف اند. استحکام پیوند درحالت کششی به طور نمونه بین 40-60MPa است.علاوه بر این مسئله تافنس شکست این مواد پایین است.
به عنوان نتیجه ای از بحث بالا باید گفت شیشه های بیواکتیو در کاربردهای بار کش (bearing load) استفاده نمی شوند.به جای آن از آنها به عنوان پوشش در فلزات و وسایلی که میزان بار اعمالی بر آنها کم است یا حالت اعمال نیرو فشاری است، استفاده می شود. شیشه های بیواکتیو به دو شکل پودری وکامپوزیتی استفاده می شود. اولین استفاده ی موفق از بیوگلاس 45S5 ، استفاده از آن در استخوان کوچک گوش میانی است. حالت این استخوان در شکل 2 نشان داده شده است.

سرامیک ها در بیولوژی وپزشکی (2)

شیشه های بیواکتیو مخروطی شکل درجراحی های دهانی استفاده می شود. دراین کاربرد شیشه ی بیواکتیو عیوب بوجود آمده درفک ( به دلیل خارج شدن دندان ها ) را پر می کند. امپلنت های تولیدی از شیشه ی بیواکتیو همچنین برای ترمیم استخوان نگهدارنده ی چشم استفاده می شود.
شیشه های بیواکتیو در حالت پودری برای درمان بیماری های دندانی وناتوانی تحرک تارهای صوتی استفاده می شود. همچنین از این مواد در بازسازی استخوان فک نیز استفاده می شود.
منبع انگلیسی مقاله :ceramic materials/c.Barry Carter.m.Grant Norton

تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:2 | نویسنده : ایمان رستگار

میکا
 

گروه میکا شامل 37 کانی می باشد . این کانی ها با نام فیلو سیلیکات ها (phyllosilicates) هستند که دارای ساختاری صفحه ای یا لایه ای هستند. واژه ی یونانی فیلون (phyllon) به معنای برگ است. برخی از کانی های میکا در جدول 1 آورده شده است. همچنین علاوه بر اسم آنها مکان های وجود منابع عمده ی آنها نیز آورده شده است. میکا ها همچنین بر اساس میکاهای واقعی (truemica) و ترد (brittle) نیز طبقه بندی می شوند. میکاهای واقعی که دارای کاتیون های تک ظرفیتی (مانند k^+ و〖Na〗^+ ) در میان لایه هایشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان می دهند. این مواد به آسانی به صفحات نازک تبدیل می شوند. در میکاهای ترد، بین لایه ها کاتیون های دو ظرفیتی (مانند 〖Ca〗^(2+) ) وجود دارد. پیوند این کاتیون ها و لایه ها قوی است. اگر چه این مواد نیز خاصیت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعی ترد ترند. میکاهای ترد کانی های کمیابی هستند و استفاده از آنها زیاد نیست.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

موسکویت (Muscovite) ، یک نوع میکا است که کاربرد عمده ای دارد. این میکا به خاطر خواص الکتریکی فوق العاده و فراوانی ، کاربردهای فراوانی یافته است.
فلوگوپیت (phlogopite) نوعی کانی است که در دمای بالا پایدار است؛ از این رو از آن در کاربردهایی استفاده می شود که در آنها نیاز به پایداری در دمای بالا و خواص الکتریکی مورد نیاز باشد. هردوی این کانی ها (موسکویت وفلوگوپیت) به صورت صفحه ای و آسیاب شده استفاده می شوند.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

میکاها در سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگون تشکیل می شوند.( این کانی ها در محیط های مختلف زمین شناسی تشکیل می شوند) . علت تشکیل این مواد در گسترده ی وسیعی از محیط های زمین شناسی پایداری گرمایی این مواد است. شکل 1 دیاگرام فشار – دما برای میکای موسکویتی است. در دمای بسیار بالا (بیشتر ازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3))، این نوع میکا ناپایدار می شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسیک و سیلیمانیت (sillimanite) تبدیل می شود.(طبق فرمول زیر):
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)
سیلیمانیت فلدسپارتپاسیک کوارتز موسکوویت
موسکوویت در سنگ های دگرگون کم ارزش تشکیل می شود. در این مکان ها موسکوویت از پیروفیلیتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) تشکیل می شود. این فرآیند در کریستالیزاسیون اولیه ی کانی های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها (Pegmatites) نیز رخ می دهد.
در سنگ های رسوبی مخصوصا آرنیت (arenites) نیز فرآیند تشکیل موسکویت اتفاق می افتد. موسکوویت در بسیاری از بخش های ایالات متحده ی آمریکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترین تولید کننده ی میکا، روسیه است. این کشور یک سوم نیاز سالانه ی این مادهمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) را تولید می کند. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 75000 تن میکای ورقه ای و ذره ای تولید می کند. اگر چه ایالات متحده ی آمریکا از لحاظ تاریخی تولید کننده ی صفحات میکایی است ولی منابع داخلی این ماده به پایان رسیده و از این رو این کشور تنها به تولید میکای ورقه ای و ذره ای می پردازد.
مصرف عمده ی میکای آسیاب شده به عنوان پرکننده در اجزای اتصال دهنده ی دیواره های گچی (ژیپسی) است . استفاده از پر کننده های میکایی موجب تولید سطوح صاف می شود، کارایی را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. از این مواد همچنین در رنگ ها، محصولات رابری قالب گیری مانند تایرها و خمیر دندان کاربرد دارند. از میکای فلس مانند به عنوان جایگزینی در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده می شود.
هند بزرگترین تولید کننده ی میکای مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوریتی (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نیز بخش عمده ای از میکای مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپیت را مهیا می کند. قیمت میکای صفحه ای از کمتر از یک دلار بر کیلوگرم برای کیفیت پایین تا 2000 دلار بر کیلوگرم برای نوع با کیفیت متغیر است. از نوع با کیفیت بالای میکای موسکویتی در ساخت دی الکتریک مورد استفاده در خازن ها استفاده می شود.

مولایت
 

مولایتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) در طبیعت به میزان فراوان وجود ندارد و باید به صورت مصنوعی ساخته شود. این ماده دارای خواص زیادی است که موجب شده تا این ماده برای کاربردهای دما بالا مناسب باشد. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کوچکی است.(این مسأله باعث می شود که مولایت مقاومت به شک حرارتی خوبی داشته باشد). این ماده همچنین در دمای بالا مقاومت به خزش خوبی دارد و از همه مهمتر، مولایت به آسانی با شیشه ی مذاب یا سر باره ی فلزات مذاب واکنش نمی دهد و در اتمسفر های کوره ای خورنده پایدار است.
از این رو از این ماده در آستر کاری کوره و سایر کاربردهای دیرگداز در صنعت فولاد سازی و ذوب آهن و صنعت شیشه استفاده می شود.
از لحاظ تجاری مولایت به دو روش ساخته می شود:
1)زینته ینگ
2)فیوزینگ
مولایت زنیته شده ممکن است بوسیله ی حرارت دادن مخلوطی از کیانیت :مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، بوکسیت و کائولن تولید شود. (کیانیت مینرالی است که به صورت طبیعی در سنگ های دگرگون یافت می شود.) این مخلوط (درنسبت های معین) در دماهای بالاتر از 1600c° زینته می شود. ماده ی زینته شده به این روش دارای 90-85% مولایت است . علاوه بر مولایت درصدی شیشه و کریستو بالیت (یکی از پلی فرم های مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) وجود دارد . آفریقای جنوبی تولید کننده ی عمده ی کیانیت دنیاست این کشور سالانه 165000 تن کیانیت تولید می کند.
ایالات متحده ی آمرکیا دارای بزرگترین منابع کیانیت دنیاست. این منابع در منطقه ی کوه های آپلاچین (Applochian Mountains) و آیداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزیت (Andalusite) وسیلیمانیت سایر مینرال های آلومینو سیلیکاتی هستند که مانند کیانیت می توان از آنها به عنوان ماده ی اولیه در تولید مولایت استفاده کرد.
در روش فیوزینگ مقداری آلومینا و کائولن به داخل کوره ی قوس الکتریکی ریخته می شود. پس از روشن شدن این کوره دما به بالاتر از 1750c° می رسد و از این رو می توان با این روش مولایت با خلوص بالاتر تولید کرد. مولایت تولیدی به روش فیوزینگ دارای بیش از 95% مولایت است که به همراه آن مخلوطی از آلومینا و شیشه وجود دارد.

اکسیدها
 

موادخام مورد استفاده در ساخت سرامیک های اکسیدی تقریبا همگی به وسیله ی فرآیندهای شیمیایی تولید می شوند. علت استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن خلوص شیمیایی بالا و تهیه ی پودرهای مناسب جهت ساخت اجزای سرامیکی است. اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک در جدول 2 آمده است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

آلومینا
 

اکسید آلومینیوم (مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، آلومینا ، کوراندوم) بیشترین ماده ی شیمیایی غیر آلی است که در صنعت سرامیک استفاده می شود. این اکسید از کانی بوکسیت (bauxite) و بوسیله ی فرآیند بایر (bayer Process) تولید می شود. بوکسیت مخلوطی از اکسید آلومینیوم هیدراته با اکسید آهنمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)، سیلیسمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، تیتا نیامواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) (به عنوان ناخالصی) تشکیل شده است. این کانی از هوا زدگی و متلاشی شدن سنگ های آلومینیوم دار بوجود می آید که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرین است. این کانی در مناطق گرمسیری تشکیل می شود. مانند کائولن، بوکسیت نیز می تواند به صورت ذخایر اولیه و ثانویه باشد.
فرآیند بایر آلومینایی با خلوص اسمی 99.5% تولید می کند. آلومینا بر اساس کابردهایش در گریدهای مختلف تولید می شود. این گریدها از لحاظ اندازه و شکل کریستال ها و میزان ناخالصی متفاوت اند. ناخالصی اصلی آلومینا اکسید سدیممواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. کریستال های آلومینا می توانند اندازه ی بین o.1 – 25 میکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ی تولید آلومینا به روش بایر را نشان می دهد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی
 

بوکسیت بدست آمده از معدن ابتدا آسیاب می شود. البته اندازه ی ذرات در این خردایش بسیار درشت است. (اندازه ی ذرات زیر یک میلیمتر است). فرآیند آسیاب کاری باعث افزایش مساحت سطح کل ذرات می شود که این مسأله موجب کاهش زمان فرآیند می شود. (کاهش زمان واکنش های شیمیایی درمراحل بعدی )

2) مرحله هضم
 

ذرات درشت بوکسیت بوسیله ی افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) به آب حل می شود. این فرآیند در دمایمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) و در فشار کل O.5MPa اتفاق می افتد. همه ی آلومینای هیدراته ی موجود در بوکسیت حل می گردد و به صورت سدیم آلومینات در می آید.طبق فرمول زیر:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

3) فیلتراسیون
 

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)، تیتانیا مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) و اکسید آهن مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) هستند بوسیله ی فیلتراسیون جدا سازی می شوند.

4) رسوب دهی
 

پس از سرد کردن ، دانه های گیبسیت (آلومینای هیدراته ی طبیعی - مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) به محلول سدیم آلومینات اضافه می شود. این مسأله موجب تشکیل فاز پایدار از هیدروکسید آلومینیوم در دمای پایین می شود. با دمش گازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) به داخل محلول بوجود آمده ،فرآیند ایجاد رسوب تسریع می شود و عمل رسوب زایی ایجاد می شود.

5) شستشو
 

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون
 

پودر حاصله در دمای بین 1100C∘ - 1200 کلسیناسیون می شود. در این فرآیند هیدروکسید به اکسید تبدیل می شود. واکنش در این مرحله به صورت زیر است:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)
در این مرحله آلومینای بدست آمده به شکل کلوخه ای است. این کلوخه ها از دانه های ریز با قطر 10-5 میکرون تشکیل شده اند.

7) آسیاب کردن
 

پودر حاصله در مرحله ی قبل آسیاب می شود تا اندازه ی ذرات و توزیع ذرات معین بدست آید. آلومینای تولیدی به این روش دارای بیش از 99.5% مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. و همانگونه که قبلا گفتیم، ناخالصی عمده ی موجود در این ماده مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. پودر حاصله ممکن است به میزان بسیار کم در حدود % 0.001 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) داشته باشد. این میزان از خلوص برای آلومینا برای بسیاری از کاربردها مناسب است. کنترل دقیق شرایط ته نشست شدن، شستشوی رسوبات و کنترل شرایط کلیناسیون و آسیا ب کردن می تواند موجب تشکیل آلومینایی با خلوص 99.99% شود. قیمت آلومینای کلسینه شده ی معمولی 0.60 دلار بر کیلوگرم است و این قیمت می تواند برای آلومینای کلسینه شده ی با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کیلوگرم برسد. قیمت گرید متالورژیکی (مناسب برای تولید آلومینوم ) تقریبا ً 150 دلار برتن است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) در برخی موارد غیر قابل قبول است. برای مثال ، یون سدیم در میدان الکتریکی تحرک پیدا می کند و باعث اتلاف خاصیت عایق کاری الکتریکی می شود. همچنین سدیم ، آلومینا تشکیل فاز مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) می دهند. تشکیل این فاز باعث کاهش دانستیه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتی و مقاومت به خوردگی محصول نهایی می شود. جدول 4 درصد مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) مناسب برای کاربردهای مختلف آلومینای کلسینه شده (تولیدی به روش بایر ) را نشان می دهد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

استرالیا بزرگترین تولید کننده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 60 مگا تن از این ماده تولید می کند.
منابع عمده ی بوکسیت در ایالات متحده ی آمریکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخایر کوچکتری نیز در جرجیا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و میسی سی پی(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلی کمتر از 1% بوکسیت مورد نیاز ایالات متحده ی آمریکا را مهیا می کنند. از این رو ایالات متحده ی آمریکا یکی از واردکنندگان عمده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 10 مگاتن بوکسیت وارد می کند.
تقریباً 95% از آلومینای استخراج شده در فرآیند تولید آلومینیوم استفاده می شود. بقیه ی آلومینای تولیدی در کاربردهای غیر فلزی مانند تولید آلومینای ویژه مصرف می شوند. و در واقع همین درصد کم برای ما مهم می باشد. زیرا بیشتر آن در صنایع سرامیک کاربرد دارد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

فرم با خلوص بالای آلومینا را می توان به طور مستقیم از فلز آلومینیوم تولید کرد. برای این کار چندین روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است .
منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Material /C.Barry Carter .M. Grant Norton


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:2 | نویسنده : ایمان رستگار

میکا
 

گروه میکا شامل 37 کانی می باشد . این کانی ها با نام فیلو سیلیکات ها (phyllosilicates) هستند که دارای ساختاری صفحه ای یا لایه ای هستند. واژه ی یونانی فیلون (phyllon) به معنای برگ است. برخی از کانی های میکا در جدول 1 آورده شده است. همچنین علاوه بر اسم آنها مکان های وجود منابع عمده ی آنها نیز آورده شده است. میکا ها همچنین بر اساس میکاهای واقعی (truemica) و ترد (brittle) نیز طبقه بندی می شوند. میکاهای واقعی که دارای کاتیون های تک ظرفیتی (مانند k^+ و〖Na〗^+ ) در میان لایه هایشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان می دهند. این مواد به آسانی به صفحات نازک تبدیل می شوند. در میکاهای ترد، بین لایه ها کاتیون های دو ظرفیتی (مانند 〖Ca〗^(2+) ) وجود دارد. پیوند این کاتیون ها و لایه ها قوی است. اگر چه این مواد نیز خاصیت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعی ترد ترند. میکاهای ترد کانی های کمیابی هستند و استفاده از آنها زیاد نیست.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

موسکویت (Muscovite) ، یک نوع میکا است که کاربرد عمده ای دارد. این میکا به خاطر خواص الکتریکی فوق العاده و فراوانی ، کاربردهای فراوانی یافته است.
فلوگوپیت (phlogopite) نوعی کانی است که در دمای بالا پایدار است؛ از این رو از آن در کاربردهایی استفاده می شود که در آنها نیاز به پایداری در دمای بالا و خواص الکتریکی مورد نیاز باشد. هردوی این کانی ها (موسکویت وفلوگوپیت) به صورت صفحه ای و آسیاب شده استفاده می شوند.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

میکاها در سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگون تشکیل می شوند.( این کانی ها در محیط های مختلف زمین شناسی تشکیل می شوند) . علت تشکیل این مواد در گسترده ی وسیعی از محیط های زمین شناسی پایداری گرمایی این مواد است. شکل 1 دیاگرام فشار – دما برای میکای موسکویتی است. در دمای بسیار بالا (بیشتر ازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3))، این نوع میکا ناپایدار می شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسیک و سیلیمانیت (sillimanite) تبدیل می شود.(طبق فرمول زیر):
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)
سیلیمانیت فلدسپارتپاسیک کوارتز موسکوویت
موسکوویت در سنگ های دگرگون کم ارزش تشکیل می شود. در این مکان ها موسکوویت از پیروفیلیتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) تشکیل می شود. این فرآیند در کریستالیزاسیون اولیه ی کانی های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها (Pegmatites) نیز رخ می دهد.
در سنگ های رسوبی مخصوصا آرنیت (arenites) نیز فرآیند تشکیل موسکویت اتفاق می افتد. موسکوویت در بسیاری از بخش های ایالات متحده ی آمریکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترین تولید کننده ی میکا، روسیه است. این کشور یک سوم نیاز سالانه ی این مادهمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) را تولید می کند. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 75000 تن میکای ورقه ای و ذره ای تولید می کند. اگر چه ایالات متحده ی آمریکا از لحاظ تاریخی تولید کننده ی صفحات میکایی است ولی منابع داخلی این ماده به پایان رسیده و از این رو این کشور تنها به تولید میکای ورقه ای و ذره ای می پردازد.
مصرف عمده ی میکای آسیاب شده به عنوان پرکننده در اجزای اتصال دهنده ی دیواره های گچی (ژیپسی) است . استفاده از پر کننده های میکایی موجب تولید سطوح صاف می شود، کارایی را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. از این مواد همچنین در رنگ ها، محصولات رابری قالب گیری مانند تایرها و خمیر دندان کاربرد دارند. از میکای فلس مانند به عنوان جایگزینی در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده می شود.
هند بزرگترین تولید کننده ی میکای مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوریتی (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نیز بخش عمده ای از میکای مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپیت را مهیا می کند. قیمت میکای صفحه ای از کمتر از یک دلار بر کیلوگرم برای کیفیت پایین تا 2000 دلار بر کیلوگرم برای نوع با کیفیت متغیر است. از نوع با کیفیت بالای میکای موسکویتی در ساخت دی الکتریک مورد استفاده در خازن ها استفاده می شود.

مولایت
 

مولایتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) در طبیعت به میزان فراوان وجود ندارد و باید به صورت مصنوعی ساخته شود. این ماده دارای خواص زیادی است که موجب شده تا این ماده برای کاربردهای دما بالا مناسب باشد. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کوچکی است.(این مسأله باعث می شود که مولایت مقاومت به شک حرارتی خوبی داشته باشد). این ماده همچنین در دمای بالا مقاومت به خزش خوبی دارد و از همه مهمتر، مولایت به آسانی با شیشه ی مذاب یا سر باره ی فلزات مذاب واکنش نمی دهد و در اتمسفر های کوره ای خورنده پایدار است.
از این رو از این ماده در آستر کاری کوره و سایر کاربردهای دیرگداز در صنعت فولاد سازی و ذوب آهن و صنعت شیشه استفاده می شود.
از لحاظ تجاری مولایت به دو روش ساخته می شود:
1)زینته ینگ
2)فیوزینگ
مولایت زنیته شده ممکن است بوسیله ی حرارت دادن مخلوطی از کیانیت :مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، بوکسیت و کائولن تولید شود. (کیانیت مینرالی است که به صورت طبیعی در سنگ های دگرگون یافت می شود.) این مخلوط (درنسبت های معین) در دماهای بالاتر از 1600c° زینته می شود. ماده ی زینته شده به این روش دارای 90-85% مولایت است . علاوه بر مولایت درصدی شیشه و کریستو بالیت (یکی از پلی فرم های مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) وجود دارد . آفریقای جنوبی تولید کننده ی عمده ی کیانیت دنیاست این کشور سالانه 165000 تن کیانیت تولید می کند.
ایالات متحده ی آمرکیا دارای بزرگترین منابع کیانیت دنیاست. این منابع در منطقه ی کوه های آپلاچین (Applochian Mountains) و آیداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزیت (Andalusite) وسیلیمانیت سایر مینرال های آلومینو سیلیکاتی هستند که مانند کیانیت می توان از آنها به عنوان ماده ی اولیه در تولید مولایت استفاده کرد.
در روش فیوزینگ مقداری آلومینا و کائولن به داخل کوره ی قوس الکتریکی ریخته می شود. پس از روشن شدن این کوره دما به بالاتر از 1750c° می رسد و از این رو می توان با این روش مولایت با خلوص بالاتر تولید کرد. مولایت تولیدی به روش فیوزینگ دارای بیش از 95% مولایت است که به همراه آن مخلوطی از آلومینا و شیشه وجود دارد.

اکسیدها
 

موادخام مورد استفاده در ساخت سرامیک های اکسیدی تقریبا همگی به وسیله ی فرآیندهای شیمیایی تولید می شوند. علت استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن خلوص شیمیایی بالا و تهیه ی پودرهای مناسب جهت ساخت اجزای سرامیکی است. اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک در جدول 2 آمده است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

آلومینا
 

اکسید آلومینیوم (مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، آلومینا ، کوراندوم) بیشترین ماده ی شیمیایی غیر آلی است که در صنعت سرامیک استفاده می شود. این اکسید از کانی بوکسیت (bauxite) و بوسیله ی فرآیند بایر (bayer Process) تولید می شود. بوکسیت مخلوطی از اکسید آلومینیوم هیدراته با اکسید آهنمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)، سیلیسمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، تیتا نیامواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) (به عنوان ناخالصی) تشکیل شده است. این کانی از هوا زدگی و متلاشی شدن سنگ های آلومینیوم دار بوجود می آید که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرین است. این کانی در مناطق گرمسیری تشکیل می شود. مانند کائولن، بوکسیت نیز می تواند به صورت ذخایر اولیه و ثانویه باشد.
فرآیند بایر آلومینایی با خلوص اسمی 99.5% تولید می کند. آلومینا بر اساس کابردهایش در گریدهای مختلف تولید می شود. این گریدها از لحاظ اندازه و شکل کریستال ها و میزان ناخالصی متفاوت اند. ناخالصی اصلی آلومینا اکسید سدیممواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. کریستال های آلومینا می توانند اندازه ی بین o.1 – 25 میکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ی تولید آلومینا به روش بایر را نشان می دهد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی
 

بوکسیت بدست آمده از معدن ابتدا آسیاب می شود. البته اندازه ی ذرات در این خردایش بسیار درشت است. (اندازه ی ذرات زیر یک میلیمتر است). فرآیند آسیاب کاری باعث افزایش مساحت سطح کل ذرات می شود که این مسأله موجب کاهش زمان فرآیند می شود. (کاهش زمان واکنش های شیمیایی درمراحل بعدی )

2) مرحله هضم
 

ذرات درشت بوکسیت بوسیله ی افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) به آب حل می شود. این فرآیند در دمایمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) و در فشار کل O.5MPa اتفاق می افتد. همه ی آلومینای هیدراته ی موجود در بوکسیت حل می گردد و به صورت سدیم آلومینات در می آید.طبق فرمول زیر:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

3) فیلتراسیون
 

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)، تیتانیا مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) و اکسید آهن مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) هستند بوسیله ی فیلتراسیون جدا سازی می شوند.

4) رسوب دهی
 

پس از سرد کردن ، دانه های گیبسیت (آلومینای هیدراته ی طبیعی - مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) به محلول سدیم آلومینات اضافه می شود. این مسأله موجب تشکیل فاز پایدار از هیدروکسید آلومینیوم در دمای پایین می شود. با دمش گازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) به داخل محلول بوجود آمده ،فرآیند ایجاد رسوب تسریع می شود و عمل رسوب زایی ایجاد می شود.

5) شستشو
 

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون
 

پودر حاصله در دمای بین 1100C∘ - 1200 کلسیناسیون می شود. در این فرآیند هیدروکسید به اکسید تبدیل می شود. واکنش در این مرحله به صورت زیر است:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)
در این مرحله آلومینای بدست آمده به شکل کلوخه ای است. این کلوخه ها از دانه های ریز با قطر 10-5 میکرون تشکیل شده اند.

7) آسیاب کردن
 

پودر حاصله در مرحله ی قبل آسیاب می شود تا اندازه ی ذرات و توزیع ذرات معین بدست آید. آلومینای تولیدی به این روش دارای بیش از 99.5% مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. و همانگونه که قبلا گفتیم، ناخالصی عمده ی موجود در این ماده مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. پودر حاصله ممکن است به میزان بسیار کم در حدود % 0.001 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) داشته باشد. این میزان از خلوص برای آلومینا برای بسیاری از کاربردها مناسب است. کنترل دقیق شرایط ته نشست شدن، شستشوی رسوبات و کنترل شرایط کلیناسیون و آسیا ب کردن می تواند موجب تشکیل آلومینایی با خلوص 99.99% شود. قیمت آلومینای کلسینه شده ی معمولی 0.60 دلار بر کیلوگرم است و این قیمت می تواند برای آلومینای کلسینه شده ی با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کیلوگرم برسد. قیمت گرید متالورژیکی (مناسب برای تولید آلومینوم ) تقریبا ً 150 دلار برتن است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) در برخی موارد غیر قابل قبول است. برای مثال ، یون سدیم در میدان الکتریکی تحرک پیدا می کند و باعث اتلاف خاصیت عایق کاری الکتریکی می شود. همچنین سدیم ، آلومینا تشکیل فاز مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) می دهند. تشکیل این فاز باعث کاهش دانستیه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتی و مقاومت به خوردگی محصول نهایی می شود. جدول 4 درصد مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) مناسب برای کاربردهای مختلف آلومینای کلسینه شده (تولیدی به روش بایر ) را نشان می دهد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

استرالیا بزرگترین تولید کننده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 60 مگا تن از این ماده تولید می کند.
منابع عمده ی بوکسیت در ایالات متحده ی آمریکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخایر کوچکتری نیز در جرجیا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و میسی سی پی(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلی کمتر از 1% بوکسیت مورد نیاز ایالات متحده ی آمریکا را مهیا می کنند. از این رو ایالات متحده ی آمریکا یکی از واردکنندگان عمده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 10 مگاتن بوکسیت وارد می کند.
تقریباً 95% از آلومینای استخراج شده در فرآیند تولید آلومینیوم استفاده می شود. بقیه ی آلومینای تولیدی در کاربردهای غیر فلزی مانند تولید آلومینای ویژه مصرف می شوند. و در واقع همین درصد کم برای ما مهم می باشد. زیرا بیشتر آن در صنایع سرامیک کاربرد دارد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

فرم با خلوص بالای آلومینا را می توان به طور مستقیم از فلز آلومینیوم تولید کرد. برای این کار چندین روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است .
منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Material /C.Barry Carter .M. Grant Norton


تاريخ : جمعه بیست و یکم بهمن 1390 | 22:1 | نویسنده : ایمان رستگار

* منیزیا
 

اکسید منیزیم(Mgo، منیزیا) به صورت طبیعی و در حالت کانی پیریکاز (periclase) تشکیل می شود. این کانی یک کانی دگرگون است که از تخریب دولومیت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) و دیگر کانی های منیزیادار تشکیل می شود. منابع پریکاز کمیاب است و ارزش اقتصادی ندارد. منابع اصلی منیزیا ، منیزیتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) وهیدرو کسید منیزیممواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است.
ذخایر بزرگ منیزیت در بسیاری از کشورها مانند چین و ترکیه و روسیه وجود دارد. منیزیت دارای ناخالصی های مختلفی مانند سیلیس، آهن، آلومینیوم ، منگنز، و کلسیم است که این ناخالصی ها معمولا ً به شکل کانی های متنوعی وجود دارند. مثلا برخی از این کانی ها عبارتند از: کوارتز، تالک، میکا مگنتایت (Magnetite). پس از استخراج سنگ معدن، باید عملیات فرآوری انجام شود. روش های فرآوری متنوع هستند مثلا خردایش ، دانه بندی، شستشو، جداسازی بوسیله ی آهنربا و ملوتاسیون برخی از این روش ها ست . پس از خالص سازی کربنات منیزیم ، این ماده کلسیناسیون می شود. دمای کلسینا سیون بینمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. فرآیند کلسیناسیون موجب تولید دانه های بسیار ریز Mgo با خواص واکنشی بالا می شود. این محصول منیزیای سوز آور(caustic magnesia) نامیده می شود. نوع زینته شده یا پخته شده (dead- burned) منیزیا بوسیله ی کلسیناسیون منیزیم کربنات در دمای بالاتر ازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تولید می شود. در طی این فرآیند کریستال های واکنش پذیر رشد کرده و از این رو میزان واکنش پذیری آنها کاسته می شود.
منیزیا را همچنین می توان از آب دریا یا آب های شور با درصد پایین منیزیم تولید کرد. تقریبا 60% تولید ترکیبات منیزیمی در آمریکا از این منابع تامین می شود. آب دریا دارایمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) در کیلوگرم است.
مهمترین فرآیند تولید Mgo از آب دریا بدین صورت است که هیدروکسید منیزیم از محلول نمک های مینزیم و بوسیله ی یک عامل بازی قوی رسوب می کند.(طبق واکنش زیر)
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)
رسوباتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) شسته شده ، فیلتراسیون می شود و بوسیله ی فرآیند کلسیناسیون آب گیری می شود. روش دیگر تولید منیزیا بدست آوردن منیزیا از آب شور است. این فرآیند بر پایه ی تجزیه یرسوباتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) در دمایرسوباتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) اتفاق می افتد. (طبق واکنش زیر )
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)
ظرفیت تولید سالانه ی منیزیا تقریبا 10 مگاتن در سال است. تقریبا 9 مگاتن از منیزیا از منابع طبیعی و تقریباً 1.5 مگاتن آن از آب دریاها و آب های شور بدست می آید. قیمت منیزیا در گسترده ی 150- 1200 دلار بر تن است. که این قیمت گذاری بر اساس خلوص آن انجام می شود.
کاربرد عمده ی منیزیا به عنوان دیرگدازهای مورد استفاده در آسترکاری کوره هاست. مقادیر بسیار کمی از منیزیا در تولید محلول خوراکی شیری رنگ (مخصوص درد معده) استفاده می شود. همچنین از منیزیا در ساخت سایر سرامیک ها مانند مواد اسپنیلی بدون کروم استفاده می شود. اسپینل بدون کروم در طبیعت در مقادیر قابل استفاده در صنعت وجود ندارد. اسپنیل را می توان بوسیله ی ذوب الکتریکی آلومینا و مینزیا تولید کرد.

* زیرکونیا
 

اکسید زیرکونیوم مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) ، زیرکونیا) به طور عمده از زیرکن مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) ) بدست می آید. زیرکن مینرالی است که در سنگ های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها تشکیل می شود.
در برزیل و ماداگاسکار برای تولید زیرکن ، سنگ های آدرین پگماتیتی (pegmatates) را تجریه می کنند. همچنین زیرکن می تواند به عنوان جزئی از سنگ های دگرگون تشکیل شده باشد. در سواحل استرالیا، برزیل، هند و فلوریدا از زیرکن به صورت ذخایر موجود در ماسه های ساحلی وجود دارد که این ذخایر از نوع ذخایر ثانویه هستند. در این نوع از ذخایر که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، زیرکن به همراه مینرال های دیگر مانند المنتایت (ilmentite) ، روتایل (rutile) و مونازیت (monazite) تشکیل شده است.
برای تولید زیرکونیای خالص از زیرکن چندین روش تجاری وجود دارد. زیرکن در دمای بالاتر ازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) به زیرکونیامواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) و سیلیسمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تجزیه می شود. تزریق ماسه های زیرکنی به یک محیط پلاسما (در دمای بالاتر از 6000c° ) باعث تجزیه شدن زیرکن و ذوب شدن آن می شود. در هنگام انجماد مذاب پلاسمایی ، زیرکونیا به صورت ساختار دندریتی انجماد پیدا می کند. ومواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)به صورت پوششی شیشه ای بر روی زیرکونیا تشکیل می شود. سیلیس موجود در این ساختار می تواند بوسیله ی شستشو با محلول سدیم هیدروکسید جوشان از بین برود. در این فرآیند مواد زائد شسته می شود و زیرکونیا بوسیله ی سانتریفیوژ جدا سازی می شود.
روش اصلی در تولید اکسید زیرکونیوم ذوب زیرکن در کوره ی قوس الکتریکی است. دمای این ذوب بین 2100c°- 2300 است با آنکه دمای این واکنش نسبت به پلاسما پایین تر است اما فرآیند تجزیه ی زیرکن اتفاق می افتد. اما در این حالت زیرکونیای جامد در سیلیس مذاب تولید می شود. خلوصمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تولیدی در این روش تقریبا 99% است.
یکی دیگر از منابع تأمین کننده ی زیرکونیا ، بادولیت (baddeleyite:مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) مونوکلینک و ناخالص) است. البته این کانی از لحاظ تجاری اهمیت کمتری نسبت به زیرکن دارد . ذخایر بادولیت کم می باشد. همچنین این ذخایر به همراه آلودگی هایی مانند سیلیس ، اکسید آهن و تیتانیا وجود دارد. ذخایر با دولیت به صورت تجاری در برزیل و آفریقای جنوبی استخراج می شوند. همه ی منابع سنگ معدن زیرکونیوم دارای مقادیر متنوعی از هافینوم ( به طور نمونه وار 3 – 1.5%) هستند . به دلیل شبیه بودن ویژگی های شیمیایی این دو ماده ، فرآیند جداسازی آنها گران قیمت است. به همین دلیل اکثر گریدهای زیرکونیا بیش از %3wt هافینوم دارند.

* زینسیت
 

اکسید روی (ZnO) به صورت طبیعی در مینرال زینسیت Zincite))وجود دارد. اکسید روی خالص سفید رنگ است. کانی زینسیت به دلیل وجود منگنز( بیش از 10%) و مقادیر ناچیزFeo  قرمز رنگ است. منابع طبیعی زینسیت از لحاظ تجاری اهمیت ندارند. دو روش برای تولید اکسید روی وجود دارد:
1)اکسیداسیون فلز روی (در حالت بخار) با هوا
2)کاهش اسفا لاریت ( Sphalerite:zns) با کربن و CO اسفالاریت یکی از کانی های طبیعی و بسیار مهم از روی است. منابع عظیمی از این کانی در سنگ های آهکی دره ی میسی سی پی ، حوالی جوپلین (Joplin) وجود دارد .همچنین منابع عظیمی از این کانی در فرانسه ، مکزیک، اسپانیا ، سوئد و انگلستان وجود دارد.
مقادیر زیادی از اکسید روی تولید شده در صنعت تولید چسب و رابر استفاده می شود. از این اکسید همچنین در رنگ های لاتکس ، کاشی ها ، لعاب ها و صنعت پرسلان استفاده می شود.
این ماده همچنین یکی از مواد پر کاربرد در ساخت وریستور (Varistors) است.

* روتایل و آناتار
 

روتایلمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) ، تیتانیا) یکی از اجزای تشکیل دهنده ی سنگ های آذرین مانند گرانیت و همچنین به عنوان یکی از مشتقات سنگ های دگرگون مانند گنیس (geneiss) است. این کانی به صورت سوزن های ریزی در نمک ها، میکای بیوتایتی (biotitemica) ، کوارتز و فلدسپار یافت می شود. از لحاظ اقتصادی ذخایر مهم این ماده در سنگ های آذرین ویرجینیا (Virginia) ،کانادا (Canada) و نوروی (Norway) یافت می شود. روتایل (rutile) همچنین یکی از اجزای مهم سنگ های ساحلی است که از فرسایش سنگ های دارای روتایل بوجود آمده اند. این سنگ های ساحلی در استرالیا، فلوریدا و هند وجود دارند.
تیتانیا همچنین از واکنش المنیتمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) با اسید سولفوریک در دمایمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) نیز تولید می شود. این واکنش به صورت زیر انجام می شود و تشکیل تیتانیل سولفات (Sulfate titanyl) می دهد:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)
تیتانیل سولفات در آب قابلیت حل شوندگی داشته و می توان بدین وسیله از ناخالصی های نامحلول در آب جداسازی شود. (این کار بوسیله ی فیلتراسیون انجام می شود.) هیدرولیز در دمایمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) باعث تشکیل رسوبات هیدروکسیدمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) طبق واکنش زیر می شود.:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)
هیدروکسید تیتانیل بوسیله ی کلسیناسیون در دمای 1000c° به تیتانیامواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تبدیل می شود.

* غیر اکسیدی ها
 

اکثر سرامیک های غیر اکسیدی مهم در طبیعت وجود ندارند و بنابراین باید آنها را سنتز کرد. روش سنتز این مواد معمولا یکی از روش های زیر است:
1)ترکیب مستقیم فلز و نافلز در دمای بالا
2)کاهش اکسید با کربن در دمای بالا (کاهش کربوترمال) و واکنش متعاقب با نافلز در این بخش از مقاله نگاه مختصری به سرامیک های غیر اکسیدی مهم داریم. برای نشان دادن تنوع سرامیک های غیر اکسیدی ما مثال هایی از کاربیدها ، نیتریدها و بوریدها را آورده ایم. البته سرامیک های غیر اکسیدی دیگری نیز وجود دارند که آنها نیز مورد توجه هستند.
SiC: ساینده ، بخش های الکترونیکی با شرایط دشوار
TiC: یا تاقان ، ابزارهای برش،
AIN:قطعات الکترونیکی، بوته ذوب فلز
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4): توربین های گازی آینده و اجزای موتورهای دیزل
Zr B_2: بوته ی ذوب فلز و تیوپ های ترموول (tubes Thermowell)
WC: ساینده، ابزارهای برش
C (گرافیت): روانساز جامد
C(الماس) : ساینده

* سیلیسیم کاربید
 

سیلیسیم کاربید(SiC) بیشترین مصرف را در بین مواد سرامیکی غیر اکسیدی دارد. کاربرد عمده ی این ماده در صنعت ساینده است. علت استفاده از آن در صنعت ساینده سختی بالا (تنها الماس، نیترید بورکیوبیک و کاربیدبور سختی بالاتری از سیلیسیم کاربید دارند.) سیلیسیم کاربید در طبیعت تشکیل نمی شود و بنابراین باید آن را به صورت مصنوعی ساخت. این ماده به دو شکل کریستالی وجود دارد. فرم کیوبیک که به آن فاز B می گویند (B-SiC) و فرم هگزا گونال که به آن فازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) می گویند.(مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)-SiC). فرممواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) در دمای بالاتر ازمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تشکیل می شود و فرم B در گستره ی دماییمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تشکیل می شود.
سیلیسیم کاربید به صورت تجاری بوسیله ی فرآیند آچسون (Acheson Process) تولید می شود. در این فرآیند مخلوطی از ماسه ی سیلیسی (99.5%.مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4))، کک (carbon) تهیه شده و در طول بزرگی دپو می شود. سپس الکترودهای کربنی در داخل توده جا سازی می گردد. هر توده معمولا از 3000 تن ماده تشکیل شده است. گرم کردن کک باعث آزاد شدن انرژی کک می شود. که معمولا در دما در بخش هایی از توده بهمواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) نیز می رسد. انرژی الکتریکی کل که در طی راه اندازی استاندارد یک توده (کوره) مصرف می شود حدود 2 میلیون کیلو وات ساعت (kwh) است که این میزان تقریبا برابر است با 7 تراژول (7TJ). میانگین توان ورودی به کوره در طی راه اندازی کوره حدود 9000-10000KW است. در دمای بالا کک بامواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) واکنش می دهد و Sic و CO(مونواکسید کربن ) تولید می کند:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)
عملیات حرارت دهی کوره ادامه می یابد تا واکنش به طور کامل انجام شود. زمان حرارت دهی از2- 20 روز طول می کشد .(بسته به بزرگی کوره و ترانسفورماتور). پس از سرد شدن کوره، توده شکسته می شود و پس از خردایش دانه بندی می شود. مرکز توده دارای کریستال های SiC هگزاگونال با خلوص بالاست که رنگ آنها سبز است. این کریستال ها برای کاربردهای الکتریکی مناسبند. خلوص SiC براساس رنگ کریستال ها قابل تشخیص است:
خلوص % 9908 : سبز کم رنگ
خلوص % 99: سبز پررنگ
خلوص % 98.5 : سیاه رنگ

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)


گرداگرد مرکز توده یک بخش با خلوص پایین (بیش تر از %97.5) وجود دارد که برای کاربردهای ساینده مناسب است. لایه ی بیرونی دارای مخلوطی از SiC ومواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) واکنش نداده و کربن است که این لایه در فرآیند پخت بعدی استفاده می شود. شکل 1 مثال هایی از کریستال های SiC تولید بوسیله ی فرآیند آچسون است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)

بزرگترین تولید کننده ی SiC جهان چین است .این کشور سالانه 450000 تن SiC تولید می کند. شکل 2 یک کارخانه ی تولید SiC را نشان می دهد. قیمت SiC تولیدی به روش آچسون بین 10- 40 دلار بر کیلوگرم است.
منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Material /C. Barry Carter .M.Grant Norton

  • دانلود فیلم
  • قالب وبلاگ