سرامیک‌های صنعتی

سرامیک‌های صنعتی یک ماده مهندسی با عملکرد بالا است که از سینتر کردن مواد غیرفلزی غیرآلی در دمای بالا تولید می‌شود.

صنعت سرامیک‌های صنعتی یک صنعت پیشرفته مبتنی بر مواد معدنی غیرفلزی است که از طریق طراحی دقیق فرمول‌ها، پردازش پودر فوق‌العاده ریز و فناوری سینترینگ دمای بالا، قطعات سازه‌ای و دستگاه‌های عملکردی با قابلیت سازگاری بسیار بالا با محیط‌های سخت را تولید می‌کند. برخلاف سرامیک‌های روزمره سنتی، ارزش اصلی آن در یکپارچه‌سازی خلاقانه علم مواد، مکانیک مهندسی و پایداری شیمیایی نهفته است که به محصولات آن طیف منحصر به فردی از عملکردهایی مانند مقاومت فوق‌العاده بالا در برابر دماهای بسیار زیاد، سختی بسیار بالا، مقاومت در برابر خوردگی و چگالی پایین می‌دهد.
صنعت سرامیک‌های صنعتی شامل سرامیک‌های سازه‌ای (مانند آب‌بندی‌های مکانیکی، ابزارهای برش)، سرامیک‌های الکترونیکی (مانند زیرلایه‌های نیمه‌هادی، تراشه‌های سنسور)، سرامیک‌های زیستی (مانند مفاصل مصنوعی)، سرامیک‌های انرژی هسته‌ای و سرامیک‌های انرژی جدید (مانند جداکننده‌های باتری حالت جامد) و دیگر شاخه‌های چندبعدی فناوری می‌شود که نقش یکی از «ستون‌های پنهان» را در زمینه‌های هوافضا، تجهیزات پیشرفته، فناوری الکترونیک و اطلاعات، انرژی جدید و فناوری پزشکی ایفا می‌کنند.
ماهیت سرامیک‌های صنعتی، تبدیل مواد شکننده به راهکارهای مهندسی است که از طریق کنترل دقیق مرزدانه‌ها و ترکیب فازی، مرزهای عملکردی بین فلزات و پلیمرها را می‌شکنند و تکنولوژی پایه‌ای برای سبک‌وزنی قطعات با دمای بالا، کوچک‌سازی اجزای الکترونیکی و دوام بلندمدت تجهیزات شیمیایی به شمار می‌روند.

بازسازی عمیق الگوی رقابت جهانی. با پیشرفت اقدامات «کمربند و جاده»، چینی‌ها سرامیک‌های صنعتی خود را به منظور تسریع در گسترش بازارهای خارجی مورد توجه قرار داده‌اند. در حالی که مزیت صادراتی سرامیک‌های معماری سنتی حفظ شده است، محصولات با ارزش افزوده بالا مانند سرامیک‌های الکترونیکی پیشرفته و سرامیک‌های خاص به یک موتور جدید برای رشد صادرات تبدیل شده‌اند. در همین حال، رقابت در زمینه همکاری‌های فنی بین‌المللی و دستیابی به حقوق تعیین استانداردها شدیدتر شده است و شرکت‌هایی که توانسته‌اند فناوری‌های کلیدی را به دست بگیرند، قادر خواهند بود موقعیت مسلطی در زنجیره جهانی تولید به دست آورند.
صنعت سرامیک‌های صنعتی چین در یک دوره حیاتی تحول و به‌روزرسانی قرار دارد که در متقاطع با فرصت‌های استراتژیک قرار دارد. از حمایت در تحول و به‌روزرسانی صنایع سنتی تا تقویت دستاوردهای صنایع نوپا، ارزش استراتژیک سرامیک‌های صنعتی روز به روز برجسته‌تر می‌شود. در آینده، این صنعت باید نوآوری فناورانه را به عنوان موتور اصلی رشد به شمار آورد، نوآوری همکارانه بین صنعت، دانشگاه و تحقیق را تقویت کند و از فناوری‌های کلیدی و هسته‌ای عبور کند؛ تغییر سبک زندگی سبز را به عنوان زمینه‌ای برای توسعه پایدار در نظر گرفت و یک اکوسیستم صنعتی با بهره‌وری بالا در مصرف منابع ایجاد کند؛ گسترش بازار را به عنوان قطب رشد در نظر گرفت و همکاری‌های بین‌المللی و ساخت برندهای خود را عمیق‌تر کند. با ادامه افزایش سیاست‌های حمایتی و همزمان با ارتقای تقاضای بازار، صنعت سرامیک‌های صنعتی چین مطمئناً از یک موقعیت دنبال‌کننده به سمت موقعیت رهبری پرش کند و نقش چین را بر روی نقشه جهانی مواد جدید ثبت کند. این فرآیند تنها مربوط به بهبود رقابت‌پذیری صنعتی نیست، بلکه یک عملکرد برجسته در دستیابی به خودکفایی فناورانه و ترویج توسعه با کیفیت بالا نیز می‌باشد.

با پیشرفت علم مواد و فناوری تولید، سرامیک‌های صنعتی به یک ماده کلیدی جایگزین‌ناپذیر در صنعت مدرن تبدیل شده‌اند.

سرامیک‌های صنعتی عمدتاً از اکسیدهای فلزی (مانند Al₂O₃، ZrO₂)، نیتریدها (مانند Si₃N₄)، کاربیدها (مانند SiC) و سایر ترکیبات غیرفلزی تشکیل شده‌اند و ویژگی‌های عملکردی آن‌ها به شرح زیر است:
سختی و مقاومت در برابر سایش بالا: سرامیک‌های صنعتی معمولاً سخت‌تر از مواد فلزی هستند، به عنوان مثال سرامیک آلومینایی دارای سختی موس ۹ است (فقط الماس سختی بیشتری دارد)، که آن را برای محیط‌های با سایش بالا مناسب می‌کند.
مقاومت در برابر دمای بالا: می‌تواند دمای بالای ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد را تحمل کند، به عنوان مثال سرامیک کاربید سیلیسیم در دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد پایدار باقی می‌ماند و اغلب در قطعات موتورهای جت استفاده می‌شود.
بی‌اثری شیمیایی: سرامیک صنعتی مقاومت قوی در برابر مواد خورنده مانند اسیدها، بازها و نمک‌ها دارد، به عنوان مثال سرامیک زیرکونیا می‌تواند مدت طولانی در محیط‌های اسیدی قوی مورد استفاده قرار گیرد.
عایق و دی‌الکتریک: آلومینا، نیترید آلومینیوم و غیره مواد عایق با کیفیت بالایی هستند که به‌طور گسترده در زیرلایه‌ها و بسته‌بندی الکترونیکی استفاده می‌شوند.
سبک‌وزن: تنها یک‌سوم تا نصف چگالی فلز است، که باعث کاهش وزن تجهیزات و بهبود بهره‌وری انرژی می‌شود.

بر اساس ترکیب و کاربرد، سرامیک‌های صنعتی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:
1. سرامیک‌های اکسیدی
سرامیک آلومینایی (Al₂O₃):
معمول‌ترین سرامیک صنعتی، دارای 75 تا 99.9 درصد Al₂O₃، سختی بالا و عایونگی خوب، در آب‌بندی‌های مکانیکی، زیرلایه‌های الکترونیکی، ابزارآلات و غیره استفاده می‌شود.
سرامیک زیرکونیایی (ZrO₂):
استحکام بالا (دو تا سه برابر استحکام شکست بیشتر از آلومینا)، مقاومت در برابر سایش، در بازسازی‌های دندانی، یاتاقان‌ها، پشت‌پوش‌های تلفن همراه استفاده می‌شود.
سرامیک اکسید بریلیم (BeO):
دارای هدایت حرارتی بالا، برای دفع گرما از دستگاه‌های الکترونیکی با توان بالا استفاده می‌شود، اما باید به سمیت آن توجه کرد.
2. سرامیک‌های غیراکسیدی
سرامیک کاربید سیلیسیم (SiC):
مقاومت در دمای بالا و مقاومت قوی در برابر شوک حرارتی، در پوشش کوره‌های دمای بالا و تجهیزات ساخت نیمه‌رساناها استفاده می‌شود.
سرامیک نیترید سیلیسیم (Si₃N₄):
دارای استحکام و مقاومت در برابر شوک حرارتی بالا است و در روتورهای توربین، گوی‌های بلبرینگ استفاده می‌شود.
سرامیک نیترید آلومینیوم (AlN):
با هدایت حرارتی و عایقی بالا، انتخاب مناسب برای زیرلایه‌های ال‌ای‌دی و بسته‌بندی مدارهای مجتمع است.

3. زمینه‌های کاربردی اصلی سرامیک‌های صنعتی

سرامیک‌های صنعتی می‌توانند در کاربردها از لحاظ مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و سایر عملکردها نقش داشته باشند. به دلیل مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر فرسایش و سایر مزایا، سرامیک‌های صنعتی می‌توانند جایگزین مواد فلزی و مواد پلیمری آلی در محیط‌های کاری سخت شوند و به یک ماده ضروری در تحول صنایع سنتی، صنایع نوپدید و فناوری‌های پیشرفته تبدیل شوند و کاربردهای گسترده‌ای در انرژی، هوافضا، ماشین‌آلات، خودرو، الکترونیک، شیمی و سایر زمینه‌ها داشته باشند.

این سرامیک‌های صنعتی هر کدام خصوصیات خاص خود را دارند و کاربردهای گسترده‌ای دارند، به عنوان مثال از سرامیک‌های با سختی بالا و مقاومت خوب در برابر سایش برای تولید قطعات مکانیکی، آب‌بندی‌ها، ابزارهای برش و سایر مواد استفاده می‌شود، از سرامیک‌های با مقاومت سایشی، استحکام و چقرمگی بالا برای تولید قطعات سبک و مقاوم در برابر سایش، قطعات مقاوم در برابر گرما و عایق حرارتی، پره‌های توربین بخار، سر پیستون‌ها و غیره استفاده می‌گردد و از سرامیک‌های با مقاومت خوردگی بالا و پایداری شیمیایی خوب در تماس با آنزیم‌های بیولوژیکی نیز برای تولید بوته‌های مورد استفاده در ذوب فلزات، مبدل‌های حرارتی، مواد بیولوژیکی و غیره استفاده می‌شود. مواد ساختاری مختلفی با استفاده از سرامیک‌هایی که نوترون‌ها را جذب و نگه می‌دارند تولید می‌شوند. این کاربردها تنها تعداد کمی از کاربردهای سرامیک‌های صنعتی هستند و کاربردهای این سرامیک‌ها بسیار گسترده است.

به عنوان ماده اصلی تولید پیشرفته در قرن بیست و یکم، شکستن عملکرد سرامیک‌های صنعتی، نوآوری را در زمینه‌های انرژی، پزشکی، نیمه‌هادی و سایر حوزه‌ها در حال حرکت است. با پیشرفت فناوری تولید و گسترش تحقیقات بین‌رشته‌ای، سرامیک‌های صنعتی پتانسیل بیشتری را در کاربردهای محیطی بسیار سخت، دستگاه‌های کوچک‌شده و دیگر حوزه‌ها آزاد خواهند کرد و به یک عامل کلیدی در دستیابی به کربن خنثی و به روز رسانی صنعتی تبدیل خواهند شد.