حقائق مدهشة عن السيراميك لم تكن تعرفها

السيراميك موجود في كل مكان - من الفخار المنزلي إلى مكونات الفضاء المتقدمة. وفي حين أن معظم الناس يربطون السيراميك بالأطباق أو البلاط الهش، إلا أن هذه المواد لها خصائص مذهلة تتجاوز ما قد تتوقعه. إليك بعض الحقائق المدهشة عن السيراميك التي ستغير الطريقة التي تراها بها.

10 حقائق مدهشة عن السيراميك

1. لا يمانع السيراميك في درجات الحرارة المرتفعة بعض السيراميك لا ينصهر حتى في درجات حرارة أعلى من 2,000 درجة مئوية (3,600 درجة فهرنهايت). هذه الخاصية للسيراميك تجعلها مهمة جداً في الأقمار الصناعية الفضائية والمحركات النفاثة.
2. أكثر صلابة من الفولاذ في بعض المناطق. يُعد كربيد السيليكون وكربيد البورون من بين المواد الأكثر صلابة من الفولاذ. وهي ليست بصلابة الماس ولكنها قريبة منها.
3. دروع خفيفة الوزن. يمكن الآن تحقيق دروع واقية للبدن خفيفة الوزن من خلال تطوير سيراميك متطور يستخدم مكونات الألومينا وكربيد البورون. تجمع هذه الدروع الواقية للبدن بين خفة الوزن وقوة صد الرصاص.
4. غرسات طبية حيوية صديقة للجسم. وقد تم استخدام سيراميك الزركونيا وسيراميك الهيدروكسيباتيت في صناعة تيجان الأسنان واستبدال المفاصل وزراعة العظام بسبب توافقها وصلابتها.
5. تأتي في أنواع شفافة. ويوجد سيراميك شفاف يسمى أوكسينيتريد الألومنيوم (ALON)، والذي يتميز بخصائص أقوى من الزجاج، وهو مناسب للنوافذ المصفحة والأنظمة البصرية المتقدمة.
6. وهي تستخدم لتشغيل الإلكترونيات. يستخدم كل من هاتفك الذكي والكمبيوتر والتلفاز أجهزة السيراميك مثل المكثفات وأشباه الموصلات والعوازل بسبب المقاومة الكهربائية العالية
7. أحد أقدم المواد المعروفة التي صنعها الإنسان. وقد أنتج الإنسان السيراميك منذ أكثر من 10,000 عام، بدءاً من الفخار إلى أسطح الكتابة.
8. يمكنك أيضًا جعل هذه المواد أكثر صلابة. السيراميك من المواد الهشة، ولكن يمكن جعل السيراميك المصمم هندسياً مقاوماً للصدمات. وبالتالي، يُستخدم السيراميك المُهندس في التطبيقات الفضائية والعسكرية.
9. وهي تساعد في مكافحة التلوث. تعمل مرشحات السيراميك على تنقية المياه والهواء، وفي السيارات، توجد محولات حفازة تستخدم السيراميك لخفض الانبعاثات.
10. تمتلك بعض المواد القدرة على الإصلاح الذاتي. يعمل الباحثون على تطوير مواد ذاتية الإصلاح قادرة على إصلاح الشقوق الدقيقة في المواد الخزفية، وهو ما له تطبيقات محتملة في الطائرات.

ملاحظة: تم تعزيز الشرح المقدم حول سبب تفضيل كل سيراميك على الآخر في استخدامات معينة. لمزيد من المعلومات، يمكنك زيارة Stanford Advanced Materials (SAM).

السيراميك المتقدم: الألومينا وزركونيا وأصناف أخرى

الألومينا

الألومينا، أو أكسيد الألومنيوم، هو اسم شائع في مجال السيراميك المتقدم. يحظى هذا المركب بتقدير كبير لصلابته ومقاومته للتآكل وخصائص العزل الكهربائي. وهو مقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة وغالباً ما يستخدم في تصنيع مكونات الأفران وغيرها من المواد المقاومة للحرارة. وفي الصناعة الإلكترونية، فهي مادة أساسية ثابتة تستخدم في صناعة الدوائر المتكاملة. وفي المجالات الطبية، يتم زراعتها نظراً لتوافقها الحيوي.

زركونيا

يتمتعالزركونيا، الذي يُطلق عليه عادةً "الفولاذ الخزفي"، بخصائص جذابة تتمثل في القوة والليونة وعدم القدرة على الكبح أو التحطم. على الرغم من أن الزركونيا غير قابلة للتحلل الحيوي وباهظة الثمن نسبيًا، إلا أنها تجد تطبيقات مهمة جدًا كسيراميك هيكلي وتيجان الأسنان ومفاصل الورك التي تتحمل الضغط الدوري وقوية بما يكفي لتحمل الضغط المستمر دون كبح أو تحطم.

نيتريد البورون

يتميز نيتريد البورون بموصلية حرارية عالية مقترنة بعزل كهربائي عالٍ؛ وغالباً ما يشار إليه باسم "الجرافيت الأبيض". يتميز نيتريد البورون بمقاومة عالية للأكسدة حتى 1000 درجة مئوية. ويعمل كمادة تشحيم وعامل تحرير القوالب عند استخدامه في التطبيقات عالية الحرارة مثل تشغيل المعادن وتشغيل الزجاج.

كربيد البورون

يُعد كربيد البورون أحد أكثر المواد المعروفة صلابة، وهو ما يكسبه مكانته في طلاء الدروع والسترات الواقية من الرصاص ودروع المركبات. كما أن خفة وزنه النسبية، إلى جانب صلابته، تجعله أيضًا مركبًا مهمًا في السفع الكاشطة وأدوات القطع وما شابه ذلك.

الأسئلة المتداولة

ما هي أسباب استخدام السيراميك في الغرسات الطبية؟

السيراميك مثل الألومينا أو الزركونيا هي مواد متوافقة حيويًا ومقاومة للتآكل وغير كاشطة وبالتالي فهي مناسبة للتطبيقات في عمليات الزرع.

هل جميع السيراميك هش بطبيعته؟

السيراميك التقليدي هش بطبيعته، إلا أن السيراميك الحديث أو السيراميك المصمم هندسياً، وخاصة الزركونيا مصمم بحيث يكون أقل هشاشة ويعزز المتانة.

كيف يختلف نيتريد البورون عن الجرافيت؟

نيتريد البورون هو عازل كهربائي ممتاز، على عكس الجرافيت. ويحتفظ بنفس مستوى التشحيم والتوصيل الحراري.

لماذا يُستخدم كربيد البورون في صناعة الدروع؟

إن خصائصه المتمثلة في كونه شديد الصلابة ومقاومته للمقذوفات تجعله جيدًا بشكل استثنائي في امتصاص طاقة الصدمات وتبديدها.

هل السيراميك موصل للكهرباء؟

السيراميك هو في الغالب عازل للكهرباء، ولكن هناك أكاسيد موصلة قادرة على توصيل الكهرباء بشكل جيد.