سراميکهاي ساختاري

سراميکهاي ساختاري (structuralceramics) دستهاي از سراميکهاي پيشرفته هستند که امروزه استفاده وسيعي از جمله کاربردهاي مکانيکي، نظامي، شيميايي، حرارتي و غيره يافته‌اند و طبق پيش­بينيهاي اعلام شده، بازار آنها رو به گسترش است. مقالة زير، به معرفي ويژگيها، کاربردها و بازار جهاني سراميکهاي ساختاري ميپردازد:

براساس تقسيم‌بندي کلي، سراميک‌ها را مي‌توان به سه دسته سراميک‌هاي "عامل"، "ساختاري" و "ترکيبي" تقسيم‌بندي نمود. در اين نوشتار سعي بر آن شده است که ابعاد مختلف نظير تقسيم‌بندي، خواص، کاربرد و بازار جهاني سراميک‌هاي ساختاري به اختصار تبيين شود.

تقسيم بندي سراميکهاي ساختاري

سراميک‌هاي ساختاري را مي‌توان بر اساس مواد بکار رفته در آنها تقسيم‌بندي نمود:

1) سرمت‌ها يا کامپوزيت‌هاي سراميک – فلز

2) سراميک‌هاي اکسيدي (برليم، آلومينات‌ها، اکسيد منيزيم، زيرکونات‌ها)

3) سراميک‌هاي پرطاقتشده (PSZ, TZP, ZTA, ZTM)

4) سراميک‌هاي نيتريد سيليسيم Si3N4

5) سراميک‌هاي کاربيد سيليسيم SiC

علاوه بر تقسيم‌بندي فوق، تقسيم‌بندي‌هاي ديگري نيز وجود دارد که در کتاب‌هاي مرجع مي‌توان يافت.

خواص ممتاز سراميکهاي ساختاري پيشرفته

خواص ممتاز سراميک‌هاي ساختاري پيشرفته عبارتند از:

1) مقاومت مکانيکي بسيار بالا

2) سختي قابل توجه

3) مدول‌ الاستيسيته بالا

4) پايداري ابعاد خوب

5) مقاومت زياد در مقابل خوردگي و اکسيداسيون

6) دوام زياد در مقابل سايش

7) دوام زياد در مقابل تشعشعات

8) پايداري حرارتي بالا

9) دانسيته جرمي بالا

10) ضريب اصطکاک کم

11) ضريب انبساط حرارتي کم

کاربردهاي سراميکهاي ساختاري پيشرفته

سراميکهاي ساختاري به‌عنوان اجزاي تحمل‌کنندة تنش يا پوشش در قسمتهايي که تحت تنش هستند بهکار برده مي‌شوند. به علاوه، مقاومت اين سراميکها در برابر خوردگي، سايش و دماي بالا، اين مواد را براي کاربرد در تجهيزات صنعتي زيادي مناسب ساخته است. افزايش بازده و کاهش مصرف انرژي، محرک تحقيقات بر روي سراميکهاي ساختاري پيشرفته هستند. (مآخذ2)

بر اساس خواص ويژه‌اي که سراميک‌هاي ساختاري پيشرفته دارند، اين‌گونه سراميک‌ها امروزه استفاده‌هاي فراواني در زمينه‌هاي مختلف از زندگي روزمره گرفته تا کاربردهاي نظامي ‌دارند. برخي از کاربردهاي سراميک‌هاي ساختاري پيشرفته در جدول زير آورده شده است. اين کاربردها گوياي اين مطلب است که مواد پيشرفته از جمله سراميک‌هاي نوين از مواد اساسي و ضروري براي دنياي صنعتي امروز است.

بهصور کلي 43 درصد از سراميکهاي ساختاري براي قطعات مقاوم به سايش در کشتي‌ها و هواپيماها، قرقره‌ها، قالب‌ها، نازل‌ها، سوپاپ‌ها، درزگيرها، ميلة استوپر، ياتاقان‌ها و اجزاي لازم براي ساخت خمير کاغذ استفاده مي‌شوند. اگر چه سراميکهاي ساختاري با شدت زيادي در حال تجاري‌شدن هستند اما در بعضي از اين قطعات، قيمت آنها به‌عنوان يک مانع فراروي توسعة بازار آنها عمل مي‌کند.

از ديگر کاربردهاي مهم اين قطعات، استفاده از آنها در ساخت تجهيزات نيمه‌هادي و لباس‌هاي ضدگلوله است که باعث مشارکت بخش دفاعي آمريکا در بازار اين مواد است.

بعد از سراميک‌هاي مقاوم به سايش، بيوسراميکها با 20 درصد از سهم بازار سراميك‌هاي ساختاري در مرتبة دوم قرار دارند. موارد استفاده بيوسراميکها در ايمپلنت‌هاي سراميکي و شيشه‌سراميکي، شيشه‌سراميکهاي روکش دندان و مواد کپلي (posteriorMaterial) است.

سراميک‌هاي مورد استفاده در ابزارهاي برش نيز 17 درصد از بازار سراميکهاي ساختاري را تشکيل مي‌دهند که شامل آلومينا (Alco3)، Al2O3/TiC، آلوميناي تقويت‌شده با SiCو سيالن‌نيتريدسيليکون (مادة پيوندي در زمينه ديرگدازهاي کربورسيلسيمي) ميباشند. (مآخذ3)

بازار سراميکهاي ساختاري در جهان

در سال 2005 شاهد بازار جهاني 4.5 ميليارد دلاري براي سراميکهاي ساختاري خواهيم بود و رشد خوبي در بازار اجزاي مقاوم به سايش، ياتاقانها، درزگيرها، تجهيزات فرآيندها و پوششهاي سراميکي محقق مي‌شود. (مآخذ2)

بازار سراميکهاي ساختاري پيشرفته در آمريکا از 541 ميليون دلار در سال 2000 به 736 ميليون دلار در سال 2005 خواهد رسيد و بالاترين نرخ رشد متوسط ساليانه را براي چند سال آينده در مقايسه با بازار سراميک‌هاي پيشرفته ديگر خواهد داشت. (شکل1)

همچنين در گزارشهاي ديگر، بازار سراميک‌هاي ساختاري آمريکا از 425 ميليون دلار در سال 1998 به 640 ميليون دلار در سال 2003 خواهد رسيد که متوسط نرخ رشد ساليانه سراميک‌هاي ساختاري در اين 5 سال حدود 8.2 خواهد بود. (مآخذ4)

مآخذ:

1) مقاله "کاربردهاي سراميک‌هاي سازه‌اي" نوشته توسط دکتر يوسفي، اولين سمينار خودکفايي صنعت سراميک کشور