مقدمة إلى المواد السيراميكية

يستغرق 6 دقيقة

العلوم مُتداخلة، بل إنها متراكمة بعضُها فوق بعض ومهما ظهر للعيان أن عِلمَين قد يكونان متباعدين أو منفصلين تمامًا إلا أن الواقع غير ذلك؛ فمن كان يُصدّق أن التاريخ وعلم المواد لديهما من الاتصال ما يكفي لِأن تُسمّى العصور التاريخية بأسماء المواد التي غلب على البشر استخدامها في ذاك العصر أو تلك الحقبة من التاريخ؛ فمن العصر الحجري إلى البرونزي وغيرهما قد ثبُت هذا الاتّصال، ولكن هل ذلك الاتصال ضرروريّ ومُلزم؟ أم أنه يحدث أحيانًا فقط؟
لم لا يكون هناك عصر يُسمّى العصر السيراميكيّ؛ فالسيراميك منتشر إلى حدٍ كبير بين البشر منذ عصور بعيدة؟ لكن هل تعرف حقًا ما هو السيراميك؟

ما هو السيراميك؟

قديمًا، كانت كلمة سيراميك تشير إلى الفخار، والمواد الحرارية عموما، وحديثًا توسع المفهوم كثيرًا؛ حيث أصبحت المواد السيراميكية تشير إلى المواد الصلبة غير العضوية واللافلزية، والتي لها خصائص مشتركة كأن تتمتّع المادة بدرجة كبيرة من الصلادة والصلابة، وعازلة بشكل كبير للحرارة والكهرباء.

بعض أنواع المواد السيراميكية

المواد السيراميكية
أشهر أنواع المواد السيراميكية التقليدية هي: الفخار، والزجاج، والطوب، والبورسلين، والأسمنت. ولكن مصطلح “السيراميك” شاسع للغاية لدرجة أنه يضم مدى واسع من المواد على أحد جانبيه بعض المواد البسيطة، مثل: الجرافيت، والماس. (الجدير بالذكر أن المادتين يتكونان من عنصر الكربون فقط بدون أي إضافات، ولكن لهما تركيب بللوري مختلف تماما أدى في النهاية إلى اختلاف كبير في الخواص وبالتالي في التطبيقات العملية. فينما نجد الألماس شديد الصلادة لدرجة أنه يُستخدم في أدوات القطع، نجد الجرافيت بتكوينه الطبقي مناسب لصنع أقلام الرصاص!)

وعلى الجانب الآخر هناك كريستالات معقدة يدخل فيها الإتريوم والباريوم والنحاس والأكسجين تستخدم في صناعة المواد السيراميكية المتطورة Advanced Ceramics والتي من خواصها التوصيلية الفائقة للكهرباء. (المواد فائقة التوصيل للكهرباء عادةً تعمل عند درجات حرارة منخفضة جدًا تقترب من الصفر المطلق (273 درجة مئوية تحت الصّفر). ولكن هذه الكريستالات تعمل كموصلات فائقة للكهرباء عند درجات حرارة مرتفعة نسبيًا.)
بعض المواد السيراميكية هي عبارة عن أكاسيد فلزيّة، وسيليكات، وكربيدات، و نيتريدات. بالإضافة إلى ذلك، تدخل بعض المواد السيراميكية الحديثة مع الفلزات في صناعة المواد المركبة ذات الأساس الخزفي ceramic matrix composites CMCs.ماتيريالز جيكس

خصائص السيراميك

السيراميك

تشتهر المواد السيراميكية بأنها مواد صلبة سهلة التقصف brittle تتحمل درجات الحرارة العالية. ولكن اختلاف المواد التي تدخل في صناعة السيراميك يعطي المنتج مجالًا واسعًا من الخصائص، على سبيل المثال: القدرة على التحمل، والعزل الكهربائي والحراري، وأيضا القدرة على تحمل الأحماض ونتائج التفاعلات الكيميائية؛ لأنها مواد خاملة. ولكن ليس شرطًا أن تتوفر هذه الخصائص في جميع المواد السيراميكية. على سبيل المثال، المواد المتراكبة ذات الأساس الخزفي، المصنوعة بدمج الألياف التي تساعد على الصلابة، ليست سهلة التقصف بالمرة.

 

 

 

لا تعتمد خصائص المواد السيراميكية فقط على طبيعة المواد المصنِّعة لها، ولكن يجب وضع طريقة ترتيب الذرات في الحسبان، وهو ما يعرف بالبنية البلورية crystalline structure.
كمثال، يعتبر الماس موصلا جيدا للحرارة، بينما الكربون يوصل الكهرباء بصورة جيدة جدا لدرجة استخداكه في صنع الأقطاب الكهربية.

ولكن كيف تتم صناعة السيراميك؟

الحرق Firing: يتم إنتاج السيراميك تجاريًا بهذه العملية، وعلى سبيل المثال: لصناعة الفخار يتم استخراج الطفلة الأرضية وخلطها بالماء؛ ليسهل تشكيلها على عجلة الفخار ثم حرقها في الفرن، ومن المعروف أن الطرق الحديثة أكثر كفاءة من القديمة، فهناك طرق مثل البثق، التي تجبر المادة على اتخاذ شكل معين تحت تأثير قوة معينة، وعملية التشكيل بالكبس على الساخن Hot pressing، التي تدفع المادة السيراميكية وهي في شكل مسحوق إلى قالب التشكيل، ومن ثم التسخين وضغطها إلى درجة الانصهار.

وبعض أنواع المواد السيراميكية الحديثة تحتاج إلى طرق إنتاج أكثر تعقيدا؛ حيث أن المواد السيراميكية فائقة المتانة، والمصنوعة من نيتريد السيليكون، تصنع بطريقة تسمى الارتباط التفاعلي Reaction Bonding.
في هذه العملية يتم تشكيل السيليكون وهو في هيئة مسحوق إلى الشكل المطلوب، ومن ثمَ التسخين بغاز النيتروجين. وبما أن مسحوق السيليكون يشغل نفس حجم المنتج النهائي، لا تتكون حبيبات نيتريد السيليكون إلا باندماج جسيمات المسحوق مع بعضها البعض.

المصدر

تعليقات الفيسبوك

تعليقات

المساهمون في المقال

كتابة: أحمد خورشيد

مراجعة: متطوعة

تدقيق: أحمد حبيب

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *