مهندسی سرامیک و کاربردهای آن

موضوع : مهندسی سرامیک و کاربردهای آن

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

مهندسی سرامیک و کاربردهای آن
1-1-کاربردهای پزشکی:
سرامیک¬ها، این مواد دست‌ساختة بشر، از ابتدای تاریخ تمدن تا به امروز توانسته‌اند مواد بسیار مفیدی را در اختیار انسان¬ها قرار دهند. از سفالینه‌های هزاران سال قبل تا راکتورهای هسته‌ای و اخیراً نیز محافظ سفینه‌های فضایی و غیره.
یکی از کاربردهای مواد سرامیکی که در ارتباط نزدیک با زندگی بشر است، شامل بکارگیری قطعات سرامیکی در بدن انسان است. به این دسته از سرامیک¬ها "زیست-سرامیک (Bio-ceramic)" گویند. این دسته از سرامیک¬ها اهمیت فراوانی در زندگی روزمره یافته¬اند. البته استفاده از مواد مختلف بعنوان "ایمپلانت (implant)" به دورة قبل از میلاد مسیح بر می¬گردد. اما از اواخر قرن نوزدهم، در اثر پیشرفت و افزایش اطلاعات پزشکی در این مورد کوشش¬های جدی انجام گرفت.
اولین مواد مصرفی بعنوان ایمپلانت، ترکیبی از برنج و مس بود که بدلیل خوردگی شدید این مواد در بدن، استفاده آنها با شکست مواجه شده است. از آنجایی که در پزشکی مدرن ضرورت استفاده از مواد مختلف به منظور ترمیم عیوب بدن انسان احساس می‌شد، پلیمریست¬ها گسترة وسیعی از این مواد را برای استفاده به جامعه پزشکی معرفی کردند و متالوژرها نیز با استفاده از آلیاژهای جدید و متفاوت، قطعات ارتوپدیک بسیاری برای بدن ساختند. اما حتی این مواد نیز بعلت خوردگی شیمیایی در بدن ایجاد عارضه می¬کرد؛ حال آنکه بسیاری از ایمپلانت¬ها، مانند اتصال مصنوعی در مفاصل ران، بایستی برای همیشه در بدن انسان باقی می‌ماند. از این رو، پژوهشگران برای دستیابی به موادی با مشخصات بهتر به دنیای سرامیک راه پیدا کردند.
هیچ ماده‌ای که در بدن انسان جایگذاری شود کاملاً خنثی نیست. با این وجود، خوردگی سرامیک¬ها بدلیل ماهیت ذاتیشان خیلی کمتر از فلزات است. پیشرفت¬های وسیع در علم سرامیک منجر به دستیابی به موادی با خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی متفاوت و متنوع شد که می‌توانند خواص خود را برای مدت زمان طولانی در بدن موجود زنده حفظ کنند. بعضی از این مواد عبارتند از: آلومینا، کربن پیرولیتیک و زجاجی، فسفات¬های کلسیم و سدیم و غیره.
خصوصیاتی که یک ایمپلانت دایمی سرامیکی باید داشته باشد بطور خلاصه در زیر آمده است:
1- سازگاری بیولوژیکی: عموماً مواد ایمپلانت باید با بافت¬های بدن سازگاری داشته باشند و ایجاد حساسیت و مسمومیت نکنند.
2-عدم خوردگی: در بدن موجود زنده خوردگی بیولوژیکی روی ندهد.
3- کارایی در عملکرد: باید بتواند به نحو مطلوب وظیفه‌ای را که در هر نقطه از بدن بر عهده آن قرار می¬دهند بخوبی انجام دهد.
4- قابلیت استریلیزه شدن: قابلیت استریل و ضدعفونی شدن را داشته باشد، بدون اینکه تغییری در ترکیب آن ایجاد کند. یا باعث تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی شود.
5-قابلیت دسترسی: قابل دسترس بوده و براحتی تولید شود.
امتیاز سرامیک¬ها بعنوان مواد زیستی بدلیل سازگاری آنها با محیط فیزیولوژیکی است و این سازگاری بدلیل وجود یونهایی مشابه با یونهای موجود در آن محیط، مثل کلسیم، پتاسیم، منیزیم و سدیم است.
تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه و روی بدن موجود زنده روی مواد زیر متمرکز شده است: کربن، اکسیدآلومینیم، هیدروکسید آپاتیت، فسفات تری¬کلسیم، ترکیبات شیشه‌ای و غیره که جالب‌ توجه‌ترین این مواد عبارتنداز: دریچه‌های قلبی مصنوعی، زانوی ارتوپدیک (استخوان و مفاصل)، موادی که برای ترمیم و بازسازی جای دندان در فک بکار می¬روند، موادی که به¬وسیله آنها از راه پوست می‌توان با داخل بدن ارتباط پیدا کرد، مفصل ران پروستتیک، پیهای مصنوعی و غیره.
این مواد با توجه به نوع فعالیتشان در محیط به 3 دسته تقسیم می‌شوند:
1- مواد سرامیکی خنثی: مانند آلومینا و کربن
2- مواد سرامیکی با سطح فعال: مانند هیدروکسید آپاتیت و بیوگلاس¬ها
3- مواد سرامیکی قابل جذب: مانند فسفات کلسیم
1-2-نانوسرامیکها و کاربردهای تجاری فعلی آنها در دنیا  
    نانو مواد، ‌دسته‌ای از مواد ‌هستند که از طریق کنار هم قراردادن اتم‌ها، ملکول‌ها یا مجموعه‌هایی از آنها و به طور مصنوعی‌ تولید می‌شوند. نانوسرامیک‌ها ‌به¬دلیل داشتن خواص ویژه در بین مواد دیگر ‌از مهم‌ترین‌ و کاربردی‌¬ترین شاخه¬های نانومواد محسوب می¬شوند. متن زیر برگرفته از مقاله سیدمحسن‌ محمودی سپهر از دانشگاه علم و صنعت ایران است که تحت عنوان "مقدمه‌ای‌ بر نانوسرامیک‌" در همایش "نانوتکنولوژی، انقلاب صنعتی آینده" ارایه شده بود و به بیان ‌پتانسیل‌ها و کاربردهای‌ فعلی نانوسرامیک‌ها در دنیا اشاره دارد:
‌ظهور نانوسرامیک‌ها را می¬توان از دهه 90 میلادی‌ دانست. در این زمان بود که کشف خواص پودرهای نانوسرامیک بسیار مناسب‌ به نظر می‌رسید ولی روش‌های آن از لحاظ فناوری، آسان و مقرون‌به‌صرفه نبود.
به‌وجود آمدن نانو‌تکنولوژی‌ اهمیت‌ ‌نانوسرامیک‌ها را بیش از پیش‌ آشکار کرد ‌و نانوتکنولوژی ‌باعث تحلیل‌ بهتر از پدیده‌ها و یافتن ‌روش‌های بهتری برای تولید مواد شد. ‌شکل گرفتن مهندسی‌ نانو، منجر به درک‌ بی‌سابقه‌ اجزای‌ اولیة پایه‌ای‌ تمام اجسام‌ فیزیکی‌ و کنترل بر این اجزا شده است و این پدیده‌ به زودی روشی‌ ‌را که اغلب‌ اجسام‌ توسط آنها طراحی و ساخته می‌شده‌اند، دگرگون‌ می‌کند.
ویژگی‌های نانوسرامیک‌ها:
‌الف) استحکام‌ مکانیکی‌: پوشش‌ دادن سطح اجسام با نانوسرامیک¬ها، باعث‌ افزایش استحکام‌ و سختی جسم می‌شود که استحکام آنها بسیار بیشتر از پوشش¬هایی از نوع سرامیک‌های معمولی‌ است.
ب) ابررسانایی‌: نانوسرامیک‌ها به¬علت داشتن خواص نوری و الکتریکی‌ به¬عنوان‌ ابررسانا نیز به¬کار می‌روند.
‌‌ج) قدرت پوشش: در ساختار نانو، تعداد مکان‌های فعال افزایش‌ می‌یابد، این افزایش در سطح منجر به کاهش‌ مقدار مواد مصرفی می¬شود و قیمت نهایی محصول کاهش‌ می‌یابد.
فهرست مطالب
1-1-کاربردهای پزشکی:    2
ویژگی‌های نانوسرامیک‌ها:    6
کاربردهای‌ نانوسرامیک‌:    7
پتانسیل و کاربردهای تجاری فعلی نانوسرامیکها    8
سرامیک‌های الکترونیکی:    9
سرامیکهای ساختاری:    9
پودرها و افزودنیها:    10
1-4-سرامیکهای مغناطیسی:    11
پنج رویداد تاریخی تا ظهور مغناطیس‌های خاک نادر:    11
پیشرفت‌های پس از ظهور SmCo5 و بروز مشکلات    13
ظهور NdFeB    14
حضور چین در بازار    16
1-5-کاربردهای  سرامیکهای مغناطیسی:    17
کار برد های سرامیکهای زیرکونیایی ZRO2    25