مواد و ساخت پیشرفته

سرامیک‌های پیشرفته شامل گروهی از مواد سرامیکی هستند که به دلیل خواص منحصر به فردشان در کاربردهای تخصصی و صنعتی استفاده می‌شوند. این سرامیک‌ها به دلیل خواص منحصر به فردشان در صنایع مختلفی از جمله الکترونیک، خودروسازی، هوافضا، و انرژی استفاده می‌شوند. تولید هرکدام از این مواد نیاز به کنترل دقیق شرایط فرآیندی دارد تا به ساختار و خواص مطلوب دست یافت. برخی از مهم‌ترین آنها و خواص و روش عمومی تولیدشان به شرح زیر است.

1. زیرکونیا (Zirconia - ZrO2)

خواص:

مقاومت بالا در برابر سایش

مقاومت عالی در برابر شکستگی

ضریب انبساط حرارتی مشابه فلزات

هدایت یونی

نحوه تولید:

تولید زیرکونیا از طریق فرآیند هم‌رسوبی و سپس پخت در دمای بالا انجام می‌شود. این فرآیند شامل مخلوط کردن نمک‌های محلول زیرکونیوم با یک عامل رسوب‌دهنده و سپس حرارت‌دهی است.

2. آلومینا (Alumina - Al2O3)

خواص:

سختی بالا

مقاومت در برابر سایش

مقاومت در برابر خوردگی

عایق الکتریکی

نحوه تولید:

آلومینا از طریق فرآیند بایر، که شامل تبدیل بوکسیت به آلومینا است، تولید می‌شود. سپس آلومینا به صورت پودر به وسیله‌ی قالب‌گیری و پخت در دماهای بالا به قطعات مختلف تبدیل می‌شود.

3. نیترید سیلیسیم (Silicon Nitride - Si3N4)

خواص:

استحکام مکانیکی بالا در دماهای بالا

مقاومت در برابر حرارت و شوک حرارتی

ضریب انبساط حرارتی پایین

مقاومت به خوردگی

نحوه تولید:

نیترید سیلیسیم معمولاً از طریق واکنش مستقیم پودر سیلیسیم با نیتروژن در دمای بالا تولید می‌شود. این فرآیند شامل کنترل دقیق دما و فشار است تا ساختار مطلوب ایجاد شود.

4. کاربید سیلیسیم (Silicon Carbide - SiC)

خواص:

سختی بسیار بالا

مقاومت به حرارت تا 1600 درجه سانتی‌گراد

هدایت حرارتی بالا

مقاومت در برابر خوردگی

نحوه تولید:

کاربید سیلیسیم با استفاده از واکنش کربوترمال که شامل حرارت دادن سیلیس (SiO2) و کربن در کوره‌های قوس الکتریکی است، تولید می‌شود. پس از تولید پودر SiC، این ماده تحت فرآیندهای فشرده‌سازی و پخت قرار می‌گیرد.

5. کاربید بور (Boron Carbide - B4C)

خواص:

سختی بالا (سومین ماده سخت پس از الماس و نیترید بور)

مقاومت بالا در برابر سایش

چگالی کم

نحوه تولید:

کاربید بور معمولاً از طریق واکنش کربوترمال بین بور و کربن در کوره‌های الکتریکی تولید می‌شود. این ماده به صورت پودر تولید شده و سپس به قطعات مختلف شکل داده می‌شود.

6. نیترید آلومینیوم (Aluminum Nitride - AlN)

خواص:

هدایت حرارتی بالا

عایق الکتریکی

ضریب انبساط حرارتی پایین

مقاومت به خوردگی

نحوه تولید:

نیترید آلومینیوم با استفاده از روش‌های رسوب شیمیایی بخار (CVD) یا واکنش مستقیم پودر آلومینیوم با نیتروژن تولید می‌شود. این ماده سپس به شکل پودر یا قطعات مختلف تولید می‌شود.

7. نیترید بور (Boron Nitride - BN)

خواص:

عایق الکتریکی عالی

هدایت حرارتی بالا

مقاومت به حرارت تا 1000 درجه سانتی‌گراد

خاصیت روانکاری در حالت جامد

نحوه تولید:

نیترید بور از طریق واکنش بور با آمونیاک یا نیتروژن در دمای بالا تولید می‌شود. این ماده به دو فرم اصلی شش‌ضلعی (h-BN) و مکعبی (c-BN) موجود است که هرکدام خواص و کاربردهای متفاوتی دارند.

8. اکسید ایندیم-قلع (Indium Tin Oxide - ITO)

خواص:

هدایت الکتریکی بالا

شفافیت در محدوده نور مرئی

مقاومت شیمیایی خوب

نحوه تولید:

ITO معمولاً از طریق روش‌های رسوب فیزیکی بخار (PVD) بر روی بسترهای شیشه‌ای یا پلیمری تولید می‌شود. این ماده به صورت لایه‌های نازک برای استفاده در صفحه‌های نمایش و سلول‌های خورشیدی اعمال می‌شود.