سرامیکهای شفاف، نمونهای جدید از انواع سرامیکها هستند که خواص، ویژگیها و کاربردهای متفاوت و جدیدی دارند و در سالهای اخیر، بسیار موردتوجه قرارگرفتهاند. در ساخت این سرامیکها، از ترکیبات کریستالی معدنی مانند، اکسید آلومینیوم استفادهشده که ویژگیهای منحصربهفرد فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی را به این سرامیکها، افزوده است؛ به همین جهت، برای کاربردهای مختلف در زمینههایی نظیر اپتیک، الکترونیک و زیست پزشکی، بسیار ایده آل هستند. در ادامه مطلب، در رابطه با ویژگیها، خواص سرامیک شفاف و کاربرد آنها، بیشتر خواهیم خواند. تا پایان همراه ما باشید.
سرامیک شفاف چیست؟
برخلاف سرامیکهای معمولی که اکثراً مات هستند، سرامیکهای شفاف با استفاده از جدیدترین فرآیندهای ساخت و تکنیکهای مهندسی ساخته میشوند که کلید شفافیت آنها، در آرایش اتمها و عدم وجود ناخالصیهایی است که نور را پراکنده میکنند. اکسیدها، نیتریدها کاربیدها، اکسید آلومینیوم (آلومینا)، اسپینل آلومینات منیزیم و گارنت آلومینیوم ایتریم، ازجمله مهمترین مواد اولیه ساخت این مدل از سرامیکهای پرکاربرد هستند.
مهمترین فرآیند ایجاد و ساخت سرامیکهای شفاف، تف جوشی در دمای بالا است که در طی آن، مواد اولیه تحت فشار و حرارت شدید قرار میگیرند و درنتیجه، ساختاری متراکم و کریستالی ایجاد میشود. روش تف جوشی پلاسمای جرقهای (SPS)، یکی از پرکاربردترین روشهای تولید این محصولات است که اعمال جریان پالس بالا به پودر سرامیک، ترویج پخت سریع و به حداقل رساندن رشد دانه را شامل میشود؛ درنهایت، نتیجه کار یک ماده سرامیکی با شفافیت بهبودیافته، استحکام مکانیکی و پایداری حرارتی و مقاومت عالی در برابر سایش و خوردگی خواهد بود.
خواص سرامیک شفاف
سرامیکهای شفاف دارای مجموعهای از خواص منحصربهفرد هستند که آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها، جذاب میکند. یکی از مهمترین ویژگیهای این محصولات، شفافیت بالای آنها در برابر نور مرئی و مادونقرمز است که این سرامیکها را برای کاربردهای نوری مانند، سیستمهای لیزری، مناسب میکند. اما شفافیت این سرامیکها، تنها ویژگی منحصربهفرد آنها نیست. در ادامه، سایر ویژگیهای این محصولات را مورد ارزیابی قرار میدهیم:
- مقاومت بسیار بالا در برابر خش ایجادشده توسط تمام مواد طبیعی، به جزء الماس و یاقوت
- دوام طولانیمدت (با ضریب 20 تا 80 برابر شیشه)
- هدایت حرارتی بسیار خوب (بهطور قابلتوجهی بالاتر از شیشه)
- مقاومت دمایی بسیار بالا (بیشتر از 1000 درجه سانتیگراد؛ اما در صورت اختلاف دما بین سطح داخلی و خارجی، بیش از 180 درجه، ممکن است شوک حرارتی رخ دهد.)
- مقاومت شیمیایی بسیار بالا در برابر انواع اسیدها و قلیاها در غلظتها، دماها و زمانهای مختلف (بهاستثنای قرارگیری طولانیمدت در حضور اسید هیدروفلوریک)
- ظاهر ساده، شیک و مدرن
- بدون انکسار دوگانه
- ثابت دیالکتریک بالا
عوامل مؤثر بر شفافیت سرامیکها
عوامل زیادی بر شفافیت سرامیکها تأثیر میگذارند که تمام جنبههای فرآیند آمادهسازی سرامیک نظیر، مواد اولیه، فرآیند پخت، ریزساختار سرامیکی و فرآیند پس از تصفیه را شامل میشود. در ادامه، این جنبهها را بهصورت مجزا بررسی میکنیم.
ساختار کریستالی؛ خلوص و پراکندگی مواد اولیه
همانطور که میدانید، ساختار کریستالی، خواص نوری پلی کریستالها را تعیین میکند و بهطور مستقیم، بر شفافیت آنها تأثیر میگذارد. از طرفی، استفاده از مواد اولیه با خلوص بالای ۹۹٪، شفافیت کریستالها را تا حد زیادی افزایش میدهد؛ علاوه بر خلوص بالا و اندازه ذرات کوچک، پودر باید بهشدت پراکنده شود تا از پخت بالای آن در جهت افزایش شفافیت سرامیکها، اطمینان حاصل شود.
فناوری تف جوشی سرامیک شفاف
تفاوت سرامیکهای شفاف با سرامیکهای معمولی این است که در خلاء یا اتمسفر هیدروژنی، پخته میشوند. انتخاب صحیح محیط گاز، یکی از شرایط مهم برای تهیه سرامیک شفاف است. تف جوشی در هوا یا محیط گازهای بیاثر، تولید محصولات شفاف بدون منافذ را دشوار میکند؛ زیرا هوا یا گاز بیاثر، در منافذ باقی میماند که برای از بین بردن آنها، راهکاری وجود ندارد.
ریز ساختار سرامیکها
در ترکیب، مواد سرامیکی معمولاً از دو یا چند فاز تشکیلشدهاند که بهراحتی، منجر به پراکندگی نور در سطح مرز ساختار میشود؛ بنابراین، منطقه مرزی کریستالی این محصولات باید نازک، دارای تطابق نور خوب، بدون تخلخل و درگیری باشد.
پرداخت سطح
جالب است بدانید که قابلیت عبور نور از این محصولات، با پرداخت سطح، محدود میشود. پس از پخت، سطح سرامیک تصفیه نشده دارای زبری بالایی است و حالت مقعر و محدب کمی دارد. هنگامیکه نور به این سطح برخورد میکند، انعکاس پراکنده رخ میدهد؛ بنابراین، هرچه زبری گروهی سرامیکهای متخلخل بیشتر باشد، شفافیت آنها، کمتر خواهد بود.
کاربرد سرامیک شفاف
سرامیکهای شفاف به دلیل خواص منحصربهفرد خود که در قسمت قبلی به آنها اشاره شد، کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف پیداکردهاند. این محصولات، بهطور فزایندهای در سیستمهای اپتیک و لیزر مورداستفاده قرار میگیرند؛ زیرا شفافیت نوری بالا و پایداری حرارتی سرامیکها، آنها را برای تولید سیستمهای لیزری، پنجرههای نوری و لنزها، ایده آل میکند.
لیزرهای سرامیکی دوپ شده با Nd 3، از ویژگیهای جذاب طیفسنجی و انتشار دینامیکی یون Nd 3+ استفاده میکنند. این یون به دلیل گسیلهای گسترده در طیف زمانی متنوع، بهعنوان ماده لیزری موج پیوسته (CW) با پالسهای بسیار کوتاه، برای اندازهگیری در کمتر از یک پیکوثانیه شناخته میشود. ساخت شیشههای ضدگلوله، زره خودرو و تجهیزات حفاظت فردی، از دیگر کاربردهای سرامیک شفاف به دلیل مقاومت و سختی فوقالعاده آن است که ایمنی افراد و تجهیزات را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد.
این محصولات، نقش حیاتی در صنعت الکترونیک، بهویژه در تولید بسترهای مدارهای مجتمع (ICs)، ایفا میکنند؛ زیرا رسانایی حرارتی و خواص عایق الکتریکی، آنها را برای کاربردهای مختلفی، مناسب میسازد. کاربرد دیگر آنها، توسعه دستگاههای تصویربرداری در زمینه پزشکی است. شفافیت این سرامیکها، امکان ایجاد لنزهای باکیفیت در تجهیزات تصویربرداری را فراهم میکند و به بهبود فرآیندهای تشخیصی، کمک میکند.
مهمترین ویژگی سرامیکهای شفاف
همانطور که در قسمتهای قبل نیز اشاره کردیم، سرامیک شفاف، جدیدترین تکنولوژی در ساخت انواع این محصولات است که نور را به خوبی از خود عبور میدهد. اما شفافیت آنها، تنها ویژگی قابلتوجه این محصولات نیست. آنها سختی استثنایی، هدایت حرارتی بالا و مقاومت زیادی در برابر شرایط سخت محیطی از خود نشان میدهند. به نظر شما کدام ویژگی این محصولات موجب کاربرد گسترده آنها در صنایع شده است؟ شفافیت یا مقاومت بالای آنها؟
توجه: این مطلب یک رپورتاژ آگهی (تبلیغات) بوده و سایت سازه پلاس هیچگونه نظر و مسئولیتی ندارد. در صورت نیاز به لینکهای داخل متن مراجعه فرمایید.
۰ دیدگاه