سيراميك الألومينا وسيراميك الزركونيا
السيراميك الخاص، المعروف أيضًا باسم السيراميك الدقيق، هو نوع من المواد غير العضوية وغير المعدنية، مصنوع من مواد خام غير عضوية وغير معدنية عالية النقاء، من خلال عمليات تشكيل وتلبيد دقيقة. بخلاف السيراميك التقليدي، لا يستخدم هذا النوع من السيراميك المعادن الطبيعية كالطين كمواد خام رئيسية، بل يعتمد على مواد خام عالية النقاء مُصنّعة صناعيًا وتقنيات تحضير متطورة، مما يجعله يحتل مكانة بارزة في مجالات الصناعة والعلوم والتكنولوجيا الحديثة.
يمكن تقسيم السيراميك الخاص إلى أنواع متنوعة وفقًا لتركيبه الكيميائي، بما في ذلك سيراميك الأكسيد (مثل الألومينا والزركونيا، إلخ)، وسيراميك النتريد (مثل نيتريد السيليكون ونيتريد الألومنيوم، إلخ)، وسيراميك الكربيد (مثل كربيد السيليكون وكربيد البورون، إلخ)، وسيراميك البوريد (مثل بوريد الزركونيوم وبوريد اللانثانوم، إلخ)، بالإضافة إلى السيراميك المركب المكون من مركبات متعددة وسيراميك معدني مضاف إليه معادن. ووفقًا لوظائفها التطبيقية، يمكن تقسيمها تقريبًا إلى فئتين: سيراميك هيكلي مركب عالي القوة ومقاوم لدرجات الحرارة العالية، وسيراميك وظيفي كهربائي وإلكتروني.
من المكونات المقاومة للحرارة العالية في مجال الطيران والفضاء، إلى تغليف الرقائق وعناصر الاستشعار في صناعة الإلكترونيات؛ ومن مكونات خلايا الوقود في قطاع الطاقة، إلى المفاصل الاصطناعية ومواد ترميم الأسنان في المجال الطبي الحيوي، تنتشر السيراميكات المتخصصة في كل مكان. إنها بمثابة بطل مجهول، يقود بصمت تقدم العلوم والتكنولوجيا الحديثة ويغير حياتنا.
سيراميك الألومينا: الخصائص والتطبيقات
(1) خصائص الأداء
تحتل سيراميكات الألومينا، التي يُشكل الألومينا (ال₂O₃) مكونها الرئيسي، مكانة مهمة في مجال السيراميك الخاص بفضل أدائها الممتاز. تتميز بصلابة عالية جدًا، حيث تتراوح صلادتها بين إتش آر إيه 80 و90 وفقًا لمقياس روكويل، وهي الثانية بعد الماس، مما يجعلها تتميز بأداء ممتاز في التطبيقات المقاومة للتآكل. في اختبارات مقاومة التآكل، تبلغ مقاومة سيراميكات الألومينا للتآكل 266 ضعف مقاومة فولاذ المنغنيز و171.5 ضعف مقاومة حديد الزهر عالي الكروم. وفي ظل نفس ظروف التشغيل، يمكنها إطالة عمر المعدات بعشرة أضعاف أو أكثر.
تبلغ كثافة سيراميك الألومينا حوالي 3.8 غ/سم³، أي ما يعادل نصف كثافة الفولاذ فقط، مما يُخفف الحمل على المعدات بفعالية. كما يتميز بثبات كيميائي ممتاز، إذ يقاوم التآكل الناتج عن مواد كيميائية مثل الأحماض والقلويات القوية، مما يجعله واسع الاستخدام في البيئات المسببة للتآكل، مثل الصناعات الكيميائية. كما يتميز بمقاومته العالية لدرجات الحرارة، حيث يتحمل درجات حرارة تصل إلى 1600 درجة مئوية أو أعلى، ويمكن استخدامه كبطانة للأفران عالية الحرارة والمواد المقاومة للحرارة.
(2) مجالات التطبيق
في المجال الميكانيكي، بفضل صلابته العالية ومقاومته للتآكل، يُستخدم سيراميك الألومينا في تصنيع أدوات القطع، والمحامل، والأختام، وغيرها. سرعة قطع أدوات قطع سيراميك الألومينا أعلى من سرعة قطع أدوات قطع كربيد الأسمنت العامة، مما يُحسّن كفاءة القطع بشكل كبير. كما يُمكن لأدوات قطع سيراميك ال₂O₃ المُركّبة معالجة مواد مُختلفة، مثل الفولاذ المُقوّى والفولاذ المُسبك.
في مجال الإلكترونيات والطاقة الكهربائية، تُستخدم سيراميك الألومينا على نطاق واسع. تتميز هذه السيراميك بعزل حراري جيد، ويمكن استخدامها في ركائز السيراميك، والرقائق، والأغشية الخزفية، والسيراميك الشفاف، والأجهزة العازلة، وغيرها. على سبيل المثال، تُستخدم ركائز سيراميك الألومينا، التي تتميز بقوة ميكانيكية عالية، وعزل جيد، وخاصية حجب ضوئي عالية، بكثرة في ركائز سيراميك الأسلاك متعددة الطبقات، والتغليف الإلكتروني، وركائز التغليف عالية الكثافة.
في الصناعة الكيميائية، يمكن استخدام سيراميك الألومينا لصنع بطانات غلايات التفاعل وخطوط الأنابيب والصمامات وما إلى ذلك. بفضل استقرارها الكيميائي ومقاومتها للتآكل، يمكنها مقاومة التآكل من الوسائط الكيميائية المختلفة، مما يضمن التشغيل الآمن والمستقر للإنتاج الكيميائي.
سيراميك الزركونيا: الخصائص والتطبيقات
(1)خصائص الأداء
تتميز سيراميكات الزركونيا، المكونة أساسًا من الزركونيا (أكسيد الزركونيوم₂)، بأداء ممتاز. وتتميز بصلابة عالية نسبيًا، تتراوح بين 7 و8 على مقياس موس، وتُظهر أداءً ممتازًا في التطبيقات المقاومة للتآكل. وفي ظل ظروف الاحتكاك نفسها، لا يتجاوز فقدان التآكل في سيراميكات الزركونيا عُشر فقدانه في المواد المعدنية العادية.
تتميز بمتانتها العالية، حيث تتراوح مقاومة الكسر بين 7 و15 ميجا باسكال متر مربع/م²، وهي أعلى بكثير من مقاومة السيراميك العادي. كما أنها تقاوم انتشار الشقوق بفعالية، ولا تنكسر بسهولة. كما تتميز بمقاومتها الممتازة للتآكل، حيث تفوق مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ بأكثر من 200 مرة، وتتميز بمزايا كبيرة في البيئات عالية التآكل.
تتميز سيراميكات الزركونيا أيضًا بخصائص عزل ممتازة. فهي عازل ممتاز في درجة حرارة الغرفة، وتلبي متطلبات العزل في المجالين الإلكتروني والكهربائي. كما تتميز بمقاومتها العالية لدرجات الحرارة، حيث تصل درجة انصهارها إلى 2700 درجة مئوية، مما يُمكّنها من الاستخدام بثبات في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.
(2) نطاق التطبيق
في مجال السيراميك الإنشائي، يُستخدم سيراميك الزركونيا بكثرة في تصنيع أدوات القطع، والمحامل، والصمامات، وغيرها. تتميز أدوات القطع المصنوعة من سيراميك الزركونيا بحدتها ومتانتها، وأدائها الممتاز في القطع. كما أنها قادرة على معالجة مجموعة متنوعة من المواد صعبة القطع، ولا تتفاعل مع الطعام، مما يجعلها تُستخدم في صناعة سكاكين المائدة، والسكاكين الجراحية، وغيرها. تتميز محامل سيراميك الزركونيا بمقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، وتُستخدم على نطاق واسع في المعدات عالية السرعة والدقة.
من حيث السيراميك الوظيفي، يمكن تصنيع سيراميك الزركونيا في أجهزة استشعار الأكسجين، وأقطاب خلايا الوقود ذات الأكسيد الصلب، وما إلى ذلك. تستطيع أجهزة استشعار الأكسجين، باستخدام خصائصها التوصيلية لأيونات الأكسجين، اكتشاف محتوى الأكسجين في البيئة بسرعة ودقة، وتُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل اكتشاف عوادم السيارات والتحكم في الاحتراق الصناعي.