شاید یکی از مهمترین موفقیت های پژوهشگران در 30 سال اخیر شناخت سرامیکهای پیشرفته و مدرن و کامپوزیتها باشد. پژوهشهائی که توانست شگفتی های باور نکردنی در علم مواد و کاربرد آن در تامین نیازهای بشری بیافریند.
اهمیت سرامیکهای پیشرفته در توسعه علوم و فناوری وقتی واضح تر خواهد بود که توجه نماییم که دسترسی به High Tech در تمامی زمینه ها بدون بکارگیری قطعه ای از سرامیک پیشرفته در ساختار اصلی آن امکانپذیر نخواهد بود.
وجود خواص الکتریکی و الکترونیکی, شیمیائی, مکانیکی, مغناطیسی منحصر به فرد این مواد کاربرد گسترده ای برای آنها بوجود آورده است بطوریکه نه تنها صنایع الکترونیک, اپتیک و مغناطیس را متحول ساخته بلکه کاربردهای با اهداف سازهای را نیز بطور چشم گیری دگرگون نموده است.
اما چرا سرامیک و مواد سرامیکی پیشرفته دلیل آن واضح می باشد این مواد معمولا دارای خواص زیر می باشد.
1- اتصال شیمیائی بسیار قوی که معمولا از نوع کئووالنت و یا کئووالانت – یونی هستند
2- مقاومت مکانیک زیاد (سوپر مکانیک)
3- مقاومت شیمیائی برتر (در اتمسفر اکسیدان و خورنده)
4- خواص الکتریکی و الکترونیکی منحصر به خود
5- خواص اپتکی منحصر به خود
6- مقاومت حرارتی زیاد
7- عمدتا سخت و مقاومت سایشی بالا دارند
8- دانسیته کم
9- خواص مغناطیسی برتر
10- سازگاری با اصول حفظ محیط زیست کاربردهای سرامیک های مدرن
صنایع بسیار زیادی در ایران هم اکنون نیاز مبرمی به این قطعات و محصولات دارند که همگی از خارج واردمی شود و میلیون ها دلار ارز به خود اختصاص داده است.
صنایعی که می تواند از این تولیدات استفاده نمایند عبارتند از صنایع نساجی, سرامیک و شیشه, قرآوری مواد معدنی, صنایع شیمیائی, پتروشیمی و نفت, صنایع فولاد و ذوب آهن – صنایع آلومینیم, مس, صنایع انواع پمپ ها و موتورهای حرارتی, صنایع اتومبیل و کاغذ سازی و غیره که دارای کاربردهای زیر می باشند:
- کاربرد مکانیکی
ابزار برش و تراش, واشرجات, تاتاقان ها, شیپوره سند پلاست, فنرهای مار پیچ و غیره
- کاربرد متالوژی (فلزی)
ابزار آلات شکل دهی و نورد فلزات, رولرهای سرامیکی برای ضخامت نازک فلزی, قطعات سرامیکی برای کشش سیم و مفتول
- کاربرد در صنعت خودروسازی
اطاقک های مخصوص پیش احتراق, شمع اتومبیل, گردنده توربوشارژ, سوپاپ, مانیفولداگزوز/گژن پین (پین پیستون)
- کاربرد در صنایع چوب و کاغذ
- کاربرد در صنایع نساجی
- کاربردهای حرارتی
مبدل های حرارتی با درجه حرارت بالا, رکوپراتورکوره های فولاد و ذوب, سیستم انرژی خورشیدی, توربین های گازی, مبدل های حرارتی, لوله های نسوز سرامیکی و سایر لوازم.
- کاربردهای شیمیائی
در مورتورهای احتراق (کاتالیست کانورتور), دریچه های سرامیکی و آستری لوله ها، تولید کاتالیست های مورد مصرف در صایع نفت پتروشیمی
- صنایع آب و فاضلاب
سیستم های مدرن تصیفه فاضل آب با کیفیت بسیار بالا برای تبدیل فاضلاب به آب آشامیدنی و تولید شیر آلات بهداشتی.
- کاربردهای اتمی
سرامیک مورد مصرف در نیروگاههای هسته ای , سوختها , مصالح کنترل کننده (جذب ضایعات اتمی), سرامیکهای مورد مصرف در دیوار و پوشش نیروگاههای هسته ای
- کاربردهای بیولوژیکی (طبی)
سرامیکهای دهان و دندان, دریچه های مصنوعی قلب, پرستازهای زانو مفاصل لگن.
- کاربردهای نظامی
سپرهای ضد گلوله, سپرهای هیلکوپتر, سپرهای خودروهای نظامی, ورق های مورد استفاده در لوله توپ، سپرهای حرارتی موشکها
- کاربرد روزمره
قیچی های سرامیکی, چاقو, دربازکن, خودکار, موچین و محفظه ساعت مچی, کفش های میخی گلف و بیسبال, سوهان ناخن, وسائل زینتی, پیچ های سرامیکی و غیره.
فلیترها و کاتالیست های سرامیکی که بخشی از سرامیکهای مدرن را پوشش می دهد اغلب با توجه به کاربرد آن دارای ترکیبات مختلف با ساختار اتمی و مولکولی، شکل و ابعاد ظاهری منتوع و اغلب بصورت قطعات پیچیده با تکنولوژی بالا تولید می شود.
یکی از کاربردهای گسترده که امروزه اهمیت بسیار زیادی را در جلوگیری از آلودگی محیط زیست مطرح می نماید. کاتالیستهای سرامیکی در حال حاضر موارد مصرف عمده ای در صنایع خودروسازی، آب فاضلاب و هوادارد اما چرا سرامیک و مواد.
در این مقاله سعی می شود به پاره ای از موارد مصرف سرامیکهای مدرن در ساخت کاتالیست ها مخصوصا در صنایع خودروسازی و صنایع ذوب فولاد و تولید انرژی برق، پتروشیمی و پالایش نفت که در حال حاضر در کشور از اهمیت زیادی برخوردار هستند اشاره شود.
کاربرد NSIC
NSIC ها اصطلاحا به تولیداتی گفته می شود که در حرارتهای بالای 1500 درجه مقاوم بوده و به این علت مصارف زیادی در صنایع مختلف دارند.
رایج ترین مورد مصرف این تولیدات بعنوان KILNC FURNITURE در کوره های تولید چینی مظروف می باشد. تولید چینی مظروف در ایران در حال حاضر بیش از 000/50 تن در سال بوده و در کشور مقام دوم را در تولید جهانی دارد. ولی تولیدات طرح که در تولید چینی کاملا ضروری است از خارج وارد می شود. تولید این نسوز ها دارای تکنولوژی پیچیده و اصطلاحا KNOW HOW می باشد که پژوهشگران ما توانسته اند در مرکز تحقیقات لعاب مشهد به آن دسترسی پیدا نمایند. تولیدات طرح و علت انتخاب آن طیف بسیار گسترده محصولات این بخش، سرمایه گذاری در واحد تولید آن را بسیار سنگین می نماید و بنابراین با هدف اولیه ایجاد واحدی که بتواند ضمن تامین بخشی از نیازهای داخل کشور مقدمات ادامه پژوهش های لازم برای متنوع نموده محصولات را فراهم آورد. بنابراین، این طرح در فازهای مختلف اجرا خواهد شد.
در فاز اول با در نظر گرفتن اولویت های بازار مصرف و واردات آن بخشی از سرامیک های پیشرفته (جدول پیوست) که سرامیک های پیشرفته را با کاربرد سازه ای مطرح می سازد در اولویت پژوهشی قرارگرفت تا ضمن دستیابی به مسائل علمی و تکنولوژیکی و دانش فنی, خط تولید این محصولات طراحی و نصب و راه اندازی شود.
جدول زیر تقسیم بندی سرامیکهای سازه ای را در بطن سرامیک های پیشرفته نشان می دهد.
تقسیم بندی سرامیکهای سازه ای
سرامیک مدرن
1- سرامیک های عامل؛ غیر اکسیدی :Si3N4 - SIC
2- سرامیک سازه ای؛ اکسیدی: Al2O3 - BeO - ZrO2 - CeO2
3- کمپوزیت ها؛ تقویت شده: ZTM - ZTA - ZTP - PSZ
با توجه به تقسیم بندی بالا همانطوریکه اشاره شد تولید سه نوع محصول با پایه؛
الف: غیر اکسیدی (N-SIC) یا سیلیکون کارباید با باند سیلیکون ناتیراید
ب: اکسیدی: (Al2O3) اکسید آلومینیم و (ZrO2) اکسید زیرکونیم
پ: تقویت شده: ZTM (زیرکون تقویت شده با مگنزیت) و ZTA (زیرکون تقویت شده با آلومینا)