تعريف وكيمياء السيراميك

تأتي كلمة "خزف" من الكلمة اليونانية "keramikos" ، والتي تعني "الفخار". في حين أن الخزف الأقدم كان من الفخار ، يشمل المصطلح مجموعة كبيرة من المواد ، بما في ذلك بعض العناصر النقية. السيراميك هو غير عضوي، غير معدني صلب، بشكل عام على أساس أكسيد أو نيتريد أو بوريد أو كربيد ، يتم إطلاقه عند درجة حرارة عالية. قد يتم طلاء السيراميك قبل الحرق لإنتاج طلاء يقلل المسامية وله سطح أملس وملون في الغالب. تحتوي العديد من السيراميك على مزيج من الروابط الأيونية والتساهمية بين الذرات. قد تكون المادة الناتجة بلورية أو شبه بلورية أو زجاجية. المواد غير المتبلورة ذات التركيب المماثل تُسمى عمومًا "زجاج".

الأنواع الأربعة الرئيسية للسيراميك هي البياضات والسيراميك الإنشائي والسيراميك الفني والحراريات. تشمل الأدوات البيضاء تجهيزات المطابخ ، الفخار، وبلاط الحائط. يشمل السيراميك الإنشائي الطوب والأنابيب وبلاط السقف وبلاط الأرضيات. يُعرف الخزف الفني أيضًا بالخزف الخاص أو الدقيق أو المتقدم أو الهندسي. تشمل هذه الفئة المحامل ، والبلاط الخاص (مثل الحماية الحرارية للمركبات الفضائية) ، والغرسات الطبية الحيوية ، ومكابح السيراميك ، والوقود النووي ، ومحركات السيراميك ، والطلاء الخزفي. الحراريات عبارة عن سيراميك يستخدم لصنع البوتقات وأفران الخط وإشعاع الحرارة في مواقد الغاز.

المواد الخام للسيراميك تشمل الطين ، الكاولين ، أكسيد الألومنيوم ، كربيد السيليكون ، كربيد التنغستن ، وبعض العناصر النقية. يتم دمج المواد الخام مع الماء لتشكيل مزيج يمكن تشكيله أو تشكيله. يصعب عمل الخزف بعد صنعه ، لذلك عادة ما يتم تشكيله في الأشكال النهائية المطلوبة. يسمح لتجفيف النموذج ويتم حرقه في فرن يسمى فرن. عملية إطلاق النار تزود الطاقة لتشكيل جديد الروابط الكيميائية في المواد (التزجيج) وأحيانًا المعادن الجديدة (على سبيل المثال ، أشكال الموليت من الكاولين في حرق الخزف). يمكن إضافة زجاج مقاوم للماء أو زخرفي أو وظيفي قبل الحرق الأول أو قد يتطلب حريق لاحق (أكثر شيوعًا). أول إطلاق للسيراميك ينتج منتجًا يسمى الحساء. الحرق الأول يحرق المواد العضوية والشوائب المتطايرة الأخرى. قد يطلق على الحرق الثاني (أو الثالث) التزجيج.

يعد الفخار والطوب والبلاط والخزف الصيني والخزف أمثلة شائعة على السيراميك. هذه المواد معروفة للاستخدام في البناء والحرفية والفن. هناك العديد من مواد السيراميك الأخرى:

• في الماضي، زجاج يعتبر خزفًا ، لأنه مادة صلبة غير عضوية يتم إطلاقه ومعاملته مثل السيراميك. ومع ذلك ، لأن الزجاج هو عديم الشكل عادة ما يعتبر الزجاج الصلب مادة منفصلة. تلعب البنية الداخلية المرتبة للسيراميك دورًا كبيرًا في خصائصها.
• السليكون النقي والكربون يمكن اعتبارهما سيراميك. بالمعنى الدقيق للكلمة ، ألماس يمكن أن يسمى الخزف.
• كربيد السيليكون وكربيد التنغستن هي سيراميك تقني ذو مقاومة عالية للتآكل ، مما يجعلها مفيدة لدروع الجسم ، وألواح التآكل للتعدين ، ومكونات الماكينة.
• أكسيد اليورانيوم (UO₂ هو سيراميك يستخدم كوقود مفاعل نووي.
• زركونيا (ثاني أكسيد الزركونيوم) يستخدم لصنع شفرات سكين السيراميك والأحجار الكريمة وخلايا الوقود وأجهزة استشعار الأكسجين.
• أكسيد الزنك (ZnO) هو شبه موصل.
• يستخدم أكسيد البورون لصنع الدروع الواقية للبدن.
• أكسيد البزموت السترونتيوم النحاس وثاني أكسيد المغنيسيوم (MgB₂) هي موصلات فائقة.
• يستخدم الستيتايت (سيليكات المغنيسيوم) كعازل كهربائي.
• يستخدم تيتانات الباريوم لصنع عناصر التسخين والمكثفات والمحولات وعناصر تخزين البيانات.
• التحف الخزفية مفيدة في علم الآثار وعلم الحفريات لأن تركيبها الكيميائي يمكن استخدامه لتحديد أصلها. وهذا يشمل ليس فقط تكوين الطين ولكن أيضا تكوين الطين لين، لطف، هدأ - المواد المضافة أثناء الإنتاج والتجفيف.

يحتوي السيراميك على مجموعة متنوعة من المواد بحيث يصعب تعميم خصائصها. تعرض معظم السيراميك الخصائص التالية:

• صلابة عالية
• عادة ما تكون هشة ، مع صلابة ضعيفة
• عالي نقطة الانصهار
• مقاومة كيميائية
• الموصلية الكهربائية والحرارية ضعيفة
• منخفض ليونة
• معامل مرونة عالية
• قوة ضغط عالية
• الشفافية البصرية لمجموعة متنوعة من الأطوال الموجية

وتشمل الاستثناءات الموصلية الفائقة والخزف الكهروإجهادي.

يسمى علم إعداد وتوصيف السيراميك سيراموغرافيا.

تتكون المواد المركبة من أكثر من فئة واحدة من المواد ، والتي قد تشمل السيراميك. تشمل الأمثلة على المركبات ألياف الكربون والألياف الزجاجية. أ سيرميت هو نوع من المواد المركبة التي تحتوي على السيراميك والمعادن.

أ سيراميك - زجاج هي مادة غير بلورية ذات تركيبة خزفية. في حين أن الخزف البلوري يميل إلى أن يكون مصبوبًا ، فإن الخزف الزجاجي يتشكل من الصب أو النفخ. ومن أمثلة السيراميك الزجاجي موقد مسطح "زجاجي" والمركب الزجاجي المستخدم للربط مخلفات نووية للتخلص منها.