خواص السيراميك

{{تنسيق}}

خواص السيراميك

معظم السيراميك يتكون من رابطه من عنصريين أو أكثر على سبيل المثال الالومينا فهي تتكون من ألومنيوم واكسجين.ومن المعروف ان ذرات السيراميك تترابط مع بعضها بواسطه [رابطه كيميائيه] تساهميه أو , وهنا تسمى الرابطة المعدنية. يغطي مفهوم المواد السيراميكية طيفاً واسعاً من المواد. حديثاً تم الاصطلاح على تقسيمها إلى قسمين أساسيين: المواد السيراميكية التقليدية والمواد السيراميكية المتقدمة. تبعاً للتصنيف العلمي فإن المواد السيراميكية تنقسم إلى:
المواد الإنشائية: كالقرميد والآجر
مواد العزل الحراري
<: بأنواعه
المواد التقنية: ولها تسميات عدة منها السيراميك الهندسي والسيراميك الصناعي والسيراميك المتقدم. تنقسم هذه المواد بدورها إلى : 
الأكاسيد المعدنية: كالألومينا والزيركونيا
الأكاسيد اللامعدنية: :الكربيدات والنترات والسيليكات وأكاسيد البور
وهذه الأنواع من الروابط تنشا نتيجه معامل مرونه عالى وصلاده عاليه ودرجه انصهار عاليه ومعامل تمدد حرارى قريب من الحديد الزهر ومقاوم للمواد الكيميائية.http://ceramics.org/learn-about-ceramics/structure-and-properties-of-ceramics=
والمعروف ان الروابط بين المعادن اضعف من الروابط في السيراميك والتي تسمح بالالكترونات بالتحرك بحريه بين الذرات.وتقاوم معظم منتجات السيراميك الأحماض والغازات والأملاح.
– تستخدم مواد السيراميك الشائعة عوازل للكهرباء.
–تستخدم بعض أنواع السيراميك بالغه الصلاده في قطع المعادن والتجليخ والتلميع وفي رش مختلف المعادن بالرمال ومواد السراميك هذه تشمل على اكاسيد الالومينا وكربيد السيليكون.
وفيما يلى أهم الخواص للسيراميك.
ا. تتميز بانها على درجه عاليه من الصلاده.
ب. معامل المرونه عالى جدا.
ج. ذات معامل تمدد حرارى صغير قريب من الحديد الزهر.
د.على درجه عاليه من مقاومه الصدا والتاكل.
ه. رديئه التوصيل للكهرباء لذلك تستخدم كعوازل.
ن. كثافتها صغيره.
و. غير قابله للمغناطيسيه.
ي. اقل متانه لذلك يتم كسرها عندما تسقط على الأرض.
ملحوظه.. هذه الخواص تعتمد على تركيب المادة وطريقه صناعتها.

1.السيراميك التقليدى

يمثل المنتجات السيراميكية المحتوية على الاطيان بحيث تكون نسبة الاطيان فيها من 20 % إلى 100 % ويصطلح عليه أحيانًا بالمصطلحات التالية:.

1.الفخار

مصطلح عام لكل السيراميكيات المنتكونه من الاطيان والتي لاتستخدم في التركيبات الحرارية والتركيبيه.

2.الخزف الصينى'   : يشير إلى القطع السيراميكيه ذات اللون الأبيض أو العاجى أو الرمادى الفاتح بعد الحرق.

3.الاوانى الخزفيه

' :يشمل القطع السيراميكيه المزججه أو الغير مزججه مثل ادوات المائده أو الاطباق.
4.الخزف الحجرى:يشمل السيراميكيات المتزججة وتصنع من الطين النارى الغير حرارى أو من الطين مع بعض المواد المساعدة ويستخدم في صناعه القطع الفنية.5.البورسلين :هي السيراميكيات المزججه أو الغير مزججه المتكونه من الطين الصينى ورمل الكوارتز مع الفلسبار ويستخدم في العوازل الكعربائيه.

احد أنواع السيراميك أيضا هو الزجاج

السيراميك الزجاجى ياخذ العديد من خواص الزجاج والعديد من خواص السيراميك فالسيراميك الزجاجى له أكثر من تركيب بللورى
ويتم إنتاجه يما يسمى (controlled crystallization) السيراميك الزجاجى غالبا ما تحتوي على مرحلة البلورية التي تشكل في
أي مكان من 30٪ [م / م] إلى 90٪ [م / م] في تكوينه من حيث الحجم وبذلك نجصل على مواد ذات خصائص حراريه ميكانيكيه عند
تصنيع السيراميك الزجاجى يجمد الزجاج تدريجيا قبل اعاده التسخين والتصلب وأثناء المعالجه الحرايه يتبلور الزجاج جزئيا
أنواع السيراميك الزجاجى : Soda-lime Glass Borosilicate Glass (Pyrex) LAS Glass-Ceramic Soda-lime Glass تركيبه:
70% SiO2, 10% CaO, 15%Na2O, 5% MgO / Al2O3 يستخدم في النوافذ والزجاجات خصائصه سهوله التشكيل درجه انصهاره منخفضه
Borosilicate Glass (Pyrex تركيبه: 80% SiO2, 13% B2O3, 4% Na2O, 3% Al2
وخواص الزجاج هي :.
1- الشفافية :يمتاز الزجاج بشفافية صافية متجانسة، تمر من خلاله جميع الأشعة الضوئية من فوق البنفسجية إلى تحت الحمراء ،كما
أن للزجاج القدرة على عكس وكسر الضوء ويتراوح معامل انكسار الزجاج بين (1.467-2.179) ويكون معامل الانكسار في زجاج
الرصاص أكبر ما يمكن.
2- القساوة : الزجاج جسم هش سريع التحطم لا يتغير شكله عند الضغط أو الصدمة وتعرّف قساوة الزجاج بأنها قدرته على مقاومة
الخدش أو الاحتكاك.
وتختلف قساوة الزجاج باختلاف تركيبه حيث تعمل زيادة نسبة الجير والسيليكا على زيادة قساوته.
3- مقاومته للمواد الكيميائية :
يقاوم الزجاج بشكل عام المحاليل الكيميائية عدا حمض الفلوردريك والمصهرات القلوية التي تحل الزجاج بسهولة. ويؤثر الماء
على الزجاج بعد تماسه لفترة طويلة جدا
و أهم خاصيه للزجاج من ناحيه تصنيعه هي لزوجته والتي تتعلق بدرجات الحرارة، لذا فإن زجاج السليكا النقي له لزوجه
عالية ويحتاج إلى حرارة عالية جداً للتخلص من الفقاعات الموجودة فيه.
و هذا الشيء يجعل من صناعة زجاج السليكا النقي مكلف جداً.لذا ولأسباب علمية يلزم إضعاف زجاج السليكا لكي يسهل تصنيعه
بشكل إثتصادي. ومن واقع الخبرة، يتضح أن اكسيدات المعادن القلوية هي خير وسيلة لتحقيق ذلك.
و يكمن السر في ذلك بأن كل ذرة سيليكون ترتبط بأربع ذرات فقط من الأكسجين، وأن أي ذرات إضافيه من الأكسجين تعمل خلخلة
التشكيل المتماسك والقوي والمكون من سيليكون – أكسجين – سيلكون. لذا أصبح من السهل علينا تغيير تركيب زجاج السيليكا
و جعله أكثر تحركاً، وذلك باستخدام أكسيدات المعادن القلوية.
و تعتبر هذه أكسيدات المعادن القلوية من أهم عوامل الصهر المستخدمة في صناعة الزجاج، وأكثر هذه الأكسيدات استخداما هي
الصودا التي تعتبر أرخصها ثمنا، وقد استخدمت أكسيدات معادن أخرى القلوية لهذا الغرض مثل (البوتاسيوم والليثيوم... الخ).
وأيضا من أهم أنواع السيراميك «الكوارتز»
الخواص والاستخدامات:
للمرو خاصية مهمة تسمى التأثير الكهروإجهادي. انظر: الكهروإجهادية. فعندما تضغط صفيحة (شريحة) من المرو ميكانيكيًّا،
فإنها تكتسب شحنةً موجبة من جانب، وسالبة من جانب آخر. وهذه الظاهرة هي توليد كهربائيّ إجهادي للجهد الكهربائي عبر
البلورة. وهي تمكن تيّاراً كهربائيًا أو إشارةً كهربائيةً من المرور عبر البلورة. وتُستخدم بلورات المرو، في ناقلات الموجات
الخاصة بأجهزة المذياع والتلفاز ومعظم الردارات. وفي مثل هذه الناقلات، تضخم الإشارة الكهربائية المولدة وتُغيَّر إلى موجة
راديوية ذات تردد معيّن. وهذ الخاصية المسماة بالكهروإجهادية، التي يتمتّع بها المرو، تتيح الأساس لتشغيل ساعات الحائط.
والجهد الكهربائي الذي يُسلّط على شريحة بلورة المرو يجعل هذه الشريحة تتمدد وتنكمش، الأمر الذي يؤدي إلى إحداث ذبذبات بمعدّل
منتظم. ويحدد حجم الشريحة عدد الذبذبات في كل ثانية، ثم تحوّل الذبذبات إلى ثوان ودقائق وساعات. انظر: ساعة اليد. ولايتمدد
المرو كثيراً، لدى تسخينه، كما أنّه لايتصدّع عندما يتمُّ تبريده بسرعة، وهذه الخواصُّ تجعل من المرو مادة مهمة في صنع الحاويات
الزجاجية، التي يمكن أن تصمد في وجه درجات الحرارة الشديدة الارتفاع. وتستخدم البلورة الصخرية في صنع العدسات لبعض
التلسكوبات والمجاهر، وكما تستخدم بلورات المرو الكبيرة كذلك في صنع نبائط بصرية أخرى. ومعظم بلورات المرو المستخدمة لأغراض
صناعية تُنتج بشكل اصطناعي بسبب الإمداد المحدود من البلورات الطبيعية. ويعدُّ حجر المرو الرملي مادة مألوفة من مواد
يتواجد في الطبيعة على شكل كاربون وهو سداسي التركيب البلوري مقاوم للحرارة ومقاوم للتفاعلات الكيمياوية
ويتاكسد في درجات الحرارة العالية بشدة إلى ثاني اكسيد الكربون ولذلك يستخدم في تطبيقات الحرارة العالية في ج مفرغ من
الهواء.
وهو من السيراميكيات التي تتميز بالتوصيل الحراري والكهربائي وتمدده الحراري واطىء ومقاومته للصدمات الحرارية عالية
وتزداد متانته بارتفاع درجة الحرارة، لذلك يستخدم في تطبيقات واسعة منها: البوادق، القوالب في الكبس على الساخن،
مغلفات المزدوج الحراري، الأقطاب الكهربائية، فحمات المحركات الكهربائية، الحث الحراري، ويعتبر وسط مهدىء للنيوترونات ومادة
مزيتة لان حبيباته زيتيه. الحراريات Refractory المواد الحرارية هي المواد التي لها القابلية على تحمل درجات الحرارة العالية
بدون أي كسر أو تشوه. مثال ذلك الطابوق الحراري المستخدم في تبطين الأفران وأنابيب الأفران الكهربائية والبوادق والمواد
المستخدمة في تغليف المزدوجات الحرارية وفي صناعة السمنت الحراري وأهم متطلبات الحراريات هي:                             1- درجة انصهار عالية.
2- متانة ميكانيكية في درجات الحرارة العالية (ثبات نسبي للخواص مع زيادة درجة الحرارة).                             3- مقاومة التفاعلات الكيمياوية.
إن استعمال المعادن ذات درجات حرارة الانصهار العالية غير مجدي لأنه هذه المعادن تتأكسد بارتفاع درجة الحرارة لذلك يتم
استخدام اكاسيد المعادن (السيراميك) أو سيراميكيات لا تتأكسد، وتصنف الحراريات تبعًا لطبيعتها الكيمياوية إلى:           1- حراريات قاعدية
2- حراريات متعادلة،                                                                                                  3- حراريات حامضية. فالحراريات القاعدية تكون ثابتة تجاه المواد القاعدية ولكنها تتفاعل
مع الحوامض أما الحراريات الحامضية تتفاعل مع القواعد ولذلك عند تصنيع الحراريات يجب معرفة نوع التطبيق فإذا كان التطبيق
مث ً لا احتواء منصهر حامضي فيجب أن تكون مادة الحاوية (البودقة) مصنعة من مادة حامضية أيضا لمنع التفاعل بين الحامض
ومادة البودقة، أما الحراريات المتعادلة فإنها ثابتة تجاه الحوامض والقواعد. الاكاسيد السيراميكيه الحرارية تتعدد الاكاسيد
السيراميكيه الحرارية مثل: حراريات المغنيسيا الكروميت حراريات الزركونيا اوكسيد البيرليوم حراريات المغنيسيا يمكن الحصول
على معدن المغنسايت من الدولومايت ونحصل من كلسنة المغنسايت على المغنيسيا(اكسيد الماغنسيوم)كما يلي: (درجه حراره أكبر من
800) MgCO3 ⇒ MgO + CO2 ويمكن الحصول على اكسيد الماغنسيوم من مصادر أخرى مثل البرسايت أو من أملاح المغنيسيوم الكلوريدات
أو الكبريتات ونحصل على الأخيرة من ماء البحر.ومع أن المغنيسيا تتكون عند 800oC إلا أنها تمتص الماء مرة ثانية ويتحول إلى
هيدروكسايد ويميل إلى التمدد وهذا يعني أن الطابوق سوف يتشقق ولذلك يجب حرق الكاربونات لدرجة حرارة أكثر من1500oC لمنع
تكون الهيدروكسايد. وتعتبر حراريات المغنيسيا قاعدية أي مقاومة للخبث القاعدي ولذلك تستخدم في أفران السمنت وبطانات
أفران صهر الصلب.
   
خواصها:.
تستخدم في  كافة الصناعات الزجاجية بالإضافة إلى استخدامها في صناعة الألياف البصرية والمواد الحرارية،..... تؤدي إضافة
السيليكا إلى تقليل الانكماش وتقليل اللدونة مما يؤدي إلى خروج الغازات دون تأثير على شكل الجسم السيراميكي ويتحد مع
اكاسيد المعادن القاعدية ليكون الزجاج ويعتبر الكوارتز المطحون أكثر استخدامًا من الأنواع الأخرى من مصادر اكسيد السيلكون
وذلك لسهولة تحوله إلى صيغ بلورية أخرى أثناء الحرق (التردمايت إلى الكرستوبلايت) ويتم الحصول على قطع صغيرة من اكسيد
السيلكون بتكسير الكتل الكبيرة مثل الكوارتزايت بواسطة الصدمة الحرارية بعدالتسخين لدرجة 900oC حيث تتحول إلى اللون
الأبيض. ويعتبر الفلنت (Flint) أحد مصادر الكوارتز المهمة والتي تضاف إلى الخامات الأخرى لتحسين خصائص الصلادة والشفافية.
أما رمل السيليكا فانه رمل نقي يحتوي على نسبة أكثر من % 99 من اكسيد السيلكون والأقل منه يكون بسبب اكاسيد الحديد أو
التيتانيوم كلسنة مصادر السيليكا: تهدف إلى تسهيل عمليات الطحن وتتم بتسخين المادة لدرجة حرارة تكون عادة على شكل حصى
إلى قطع صغيرة ويتغير لونها من الأسود إلى الأبيض ثم يطحن الكوارتز المكلسن بوجود %55 ماء إلى اقل من 10μm (قطر دقائق
السيليكا).
 البناء. ويستخدم رمل المرو في صنع الورق الرملي وأوراق الصنفرة والرُّحِي.
المراجع...
M.W. Barsoum,"Fundamentals of Ceramics", Mc Graw – hill ,Singapore.1
W. Bolton, "Engineering Materials Technology", 3'ed.، Butterworth-2
Heinemann, Oxford, (1998)
3.F. H. Norton، "Elements of Ceramics", 2nd ed.، Addison – Wesley، Philippines,(1974)
4.W. D. Kingery and H. R. Bowen and D. R. Uhlmann, "Introduction to
Ceramics", 2nd ed. (1976)
http://www.yaosta.com/articles/article-67/