ساختار سرامیک ها

ساختار سرامیک ها

تعداد بازدید: 13574
چهارشنبه 03 دي 1393

ساختار سرامیک ها

ساختار سرامیک ها (Ceramic Structures) بر اساس نحوه چیدمان یون ها در کنار یکدیگر، استوار است. در بلور های یونی نحوه قرار گیری یون ها به شکلی است که نیرو های جاذبه حداکثر و نیرو های دافعه حداقل باشند. پنج قانون عمومی وجود دارد که ساختار های بلوری را تفسیر می کنند. این قوانین پنج گانه، قوانین پائولینگ نام دارند. 

کریستال یاقوت

قوانین پائولینگ

قانون اول پائولینگ: در هر ساختار، یک چند وجهی آنیونی در اطراف هر کاتیون ایجاد می شود. عدد هماهنگی یا همسایگی هر کاتیون، برابر با تعداد آنیون های احاطه کننده آن است و توسط نسبت شعاع آنیون به کاتیون مشخص می شود. اگر شعاع آنیون از یک مقدار مشخص بیشتر باشد، کاتیون مرکزی نمی تواند در تماس با تمام آنیون ها قرار بگیرد. بنابراین باید نسبت مشخصی بین شعاع آنیون و کاتیون وجود داشته باشد. از دیدگاه هندسی این ساختار ها می توانند با عدد همسایگی کمتر نیز تشکیل شوند ولی پایدارترین ساختار، همیشه بیشترین عدد همسایگی را دارد. در جدول روبرو، ارتباط عدد همسایگی با نسبت شعاع کاتیون و آنیون مشاهد می شود.

قانون دوم پائولینگ: این قانون مبنای ارزیابی خنثی بودن الکتریکی در ساختار است. قدرت پیوند کاتیون به آنیون برابر است با حاصل تقسیم ظرفیت کاتیون بر عدد همسایگی آن. دراین حالت تفاوتی میان آنیون های متفاوت وجود ندارد. این قانون بیان می کند که در یک ساختار پایدار قدرت کل پیوند هایی که از کاتیون به یک آنیون می رسد باید برابر با ظرفیت آنیون باشد.

قانون سوم پائولینگ: این قانون نحوه اتصال چند وجهی های دربرگیرنده کاتیون ها را بیان می کند. در یک ساختار پایدار، چند وجهی ها تمایل دارند که از گوشه ها به یکدیگر متصل شوند.

قانون چهارم پائولینگ: چند وجهی هایی که کاتیون مرکزی آن ها عدد همسایگی کوچک تر و ظرفیت بیشتر دارد، تمایل دارند تا از طریق به اشتراک گذاشتن گوشه ها به یکدیگر متصل شوند.

قانون پنجم پائولینگ: تعداد اجزاء مختلف در یک ساختار تمایل دارد که کم باشد. واحدهای تکرار شونده در ساختار تمایل دارند که با یکدیگر مشابه باشند، زیرا هر اتم در یک ساختار در یک محیط خاص بیشترین میزان پایداری را دارد.

در ادامه به معروف ترین ساختار های سرامیکی که بر قوانین پائولینگ استوار هستند اشاره می شود.

 

عدد همسایگی

آرایش یون ها در

اطراف یون مرکزی

محدوده نسبت شعاع

کاتیون به آنیون

ساختار

3

گوشه های مثلث

0.155≤

عدد همسایگی 3

4

گوشه های چهاروجهی

0.225≤

عدد همسایگی 4

6

گوشه های هشت وجهی

0.414≤

عدد همسایگی 6

8

گوشه های مکعب

0.732≤

عدد همسایگی 8

ساختار نمک طعام

ساختار بسیاری از هالیدها و اکسیدها مشابه با ساختار نمک طعام است. در نمک طعام، آنیون ها به صورت ساختار مکعبی با وجوه مرکز پر (FCC) چیده  شده و کاتیون ها تمام موقعیت های اکتاهدرال یا هشت وجهی را اشغال می کنند. در این ساختار عدد همسایگی کاتیون ها و آنیون ها برابر با 6 است. مثال هایی از موادی که در ساختار نمک طعام متبلور می شوند، عبارتند از:

NaCl, KCl, LiF, KBr, MgO, CaO, SrO, BaO, CdO, VO, MnO, FeO, CoO, NiO

این ساختار علیرغم چیدمان FCC برای آنیون ها، فشرده نیست. در فلزات با ساختار FCC، عدد همسایگی برابر با 12 است. بنابراین فشردگی ساختار نمک طعام نسبت به فشردگی ساختار FCC، کمتر است.

 

ساختار نمک طعام

ساختار بلند روی

در ساختار بلند روی یا اسفالریت، آنیون ها به صورت مکعبی فشرده قرار گرفته اند و کاتیون ها نیمی از مواضع چهار وجهی را پر کرده اند. کاتیون های این ساختار کوچکتر از آن هستند که در مکان های هشت وجهی پایدار باشند، بنابراین در مواضع چهاروجهی قرار می گیرند. عدد همسایگی در این ساختار برابر با 4 است.

مثال هایی از موادی که در ساختار بلند روی متبلور می شوند:

الماس، ژرمانیم، سیلیسیوم، {{کاربید سیلیسیوم}}، {{نیترید بور}}

  

ساختار بلند روی

ساختار وورتزیت

در این ساختار آنیون ها به صورت هگزاگونال آرایش می گیرند و کاتیون ها نیمی از مواضع تتراهدرال (چهاروجهی) را پر می کنند، به این صورت بیشترین فاصله میان کاتیون ها ایجاد می شود. در این ساختار عدد هماهنگی کاتیون و آنیون برابر 4 است.

مثال هایی از موادی که در ساختار وورتزیت متبلور می شوند:

سولفید آهن روی (وورتزیت),AgI, ZnO, CdS, CdSe, α-SiC, GaN, AlN

  

ساختار وورتزیت

ساختار کلرید سزیم

در ساختار کلرید سزیم آنیون ها در ساختار مکعبی ساده و کاتیون ها در مرکز ساختار مکعبی قرار می گیرند. عدد همسایگی آنیون و کاتیون نیز برابر 8 است. مثال هایی از موادی که در ساختار کلرید سزیم متبلور می شوند: CsCl, CsBr, CsI

  

ساختار کلرید سزیم

ساختار فلوریت

آرایش کاتیون ها به صورت مکعبی با وجوه مرکز دار بوده و آنیون ها در مواضع تتراهدرال قرار می گیرند. از ویژگی های قابل توجه این ساختار، وجود یک حفره بزرگ در مرکز سلول واحد است. ThO2، TeO2 و UO2 چنین ساختاری دارند. تعداد زیاد مواضع خالی به UO2 اجازه می دهد که به عنوان یک سوخت هسته ای منحصر به فرد مورد استفاده قرار گیرد که در آن محصولات جوش هسته ای در مواضع شبکه ای خالی قرار می گیرند و بنابراین مشکلات کمتری را ایجاد می کنند.

  

ساختار فلوریت

ساختار آنتی فلوریت

این ساختار مانند ساختار فلوریت است، با این تفاوت که جای آنیون ها و کاتیون ها با یکدیگر عوض شده است. در ساختار آنتی فلوریت، آنیون ها به شکل ساختار مکعبی با وجوه مرکز پر آرایش یافته و کاتیون ها در مواضع چهاروجهی قرار دارند. این ساختار در Li2O،  Na2O و K2O مشاهده می شود.

                   

ساختار فلوریت

ساختار آنتی فلوریت

ساختار اسپینل

این ساختار متعلق به برخی ترکیبات با فرمول کلی AB2O4 است. در این فرمولA، کاتیون دوظرفیتی و B کاتیون سه ظرفیتی و یون های اکسیژن دارای آرایش FCC هستند. در این ساختار چهار موضع هشت وجهی و هشت موضع چهار وجهی وجود دارد. هشت سلول واحد این ساختار به نحوی قرار می گیرند که سلول واحدی حاوی 32 یون اکسیژن، 16 کاتیون 4 وجهی و 8 کاتیون هشت وجهی تشکیل شود.

دو نوع ساختار اسپینل نرمال و معکوس وجود دارد. در اسپینل نرمال کاتیون دوظرفیتی یک هشتم مکان های چهاروجهی و کاتیون سه ظرفیتی، نیمی از مواضع هشت وجهی را پر کرده اند. این ساختار در MgAl2O4، ZnAl2O4، CdFe2O4، FeAl2O4، CoAl2O4، NiAl2O4، MnAl2O4، ZnAl2O4 مشاهده می شود. در اسپینل معکوس تمام یون های A2+ و نیمی از یون های B3+ در مواضع هشت وجهی و نیمی دیگر از یون های B3+، در مواضع چهاروجهی قرار می گیرند. این ساختار متداول تر بوده و در Fe3O4 و بسیاری فریت های دیگر که خواص مغناطیسی آن ها از اهمیت زیادی برخوردار است، مشاهده می شود.

    ساختار اسپینل

ساختار پروسکایت

در این ساختار کاتیون ها به همراه اکسیژن ساختار فشرده تشکیل می دهند. این ساختار در پروسکایت (CaTiO3) دیده می شود. یون های Ca2+ در رئوس مکعب قرار گرفته و یون های O2- در مراکز وجوه جای گرفته اند. یون Ti4+ نیز در موضع هشت وجهی قرار می گیرد. هر یون اکسیژن با یون تیتانیم و چهاریون کلسیم احاطه می شود. در همسایگی هر یون کلسیم، 12 یون اکسیژن قرار دارد. یون تیتانیم نیز که در مرکز مکعب قرار گرفته توسط 6 یون اکسیژن احاطه می شود.

این ساختار در مواد زیر مشاهده می شود:

CaTiO3, BaTiO3, SrTiO3, SrSnO3, CaZrO3, KNbO3, NaNbO3, laAlO3, YAlO3, KMgF3       

      ساختار پروسکایت

ساختار کوراندوم

اکسید آلومینیم Al2O3 مهمترین ماده ای است که این ساختار را دارد. در این ساختار آنیون های اکسیژن، دارای آرایش هگزاگونال فشرده بوده و کاتیون ها دو سوم مکان های هشت وجهی را پر می کنند. عدد همسایگی کاتیون ها 6 و آنیون ها 4 است.

این ساختار در مواد زیر مشاهده می شود:

Rh2O3, Ga2O3, V2O3, Ti2O3, Cr2O3, Fe2O3

          

ساختار کوراندوم

ساختارهای سیلیکاتی

یکی از اجزای اصلی سرامیک هایی مانند شیشه، سیمان، پرسلان و برخی سرامیک های مهم در صنایع پیشرفته SiO2 است. در سیلیکات ها نحوه آرایش چهاروجهی های SiO4 می تواند تنوع ساختاری بسیاری را ایجاد کند. وقتی تمام چهارگوشه SiO4 با چهاروجهی های همسایه به مشارکت گذاشته شود، نسبت اکسیژن به سیلیسم برابر با 2 بوده و ساختاری با شبکه سه بعدی ایجاد می شود. سیلیکات هایی با نسبت 2/5، شبکه دو بعدی و ساختارهایی با نسبت 3، ساختاری تک بعدی یا حلقوی و سیلیکات هایی با نسبت  2/75  ساختارهایی با زنجیره های دوتایی ایجاد می کنند. جدول زیر رابطه نسبت اکسیژن به سیلیسم را با ساختار ایجاد شده نمایش می دهد.

 

مثال

شکل ساختار

ساختار

سیلیکات

نسبت اکسیژن به سیلیسم

الوین ها

 

<img alt="پیروکسن بریل" dir="RTL" img="" nowrap="nowrap" p="" span="" data-cke-saved-src="/images/wiki/silicate-4_6.png" src="/images/wiki/silicate-4_6.png" style="width: 120px; height: 135px;" td="" title="" پیروکسن"="">

زنجیره های خطی

حلقه ها

SiO3

3

آمفیبول

آمفیبول

زنجیره های خطی دوتایی

Si4O11

2/75

تالک

تالک

شبکه دو بعدی

Si4O7

2/5

کوارتز

کوارتز

شبکه سه بعدی

SiO2

2

 

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

 .Kingeri. W. D. , Intruduction to ceramics, Wiley, 1976.

Richerson D. W. , Modern Ceramic Engineering, CRC Taylor & Francis, 2006.

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

ساختار سرامیک ها از دید ndt-ed.org

As discussed in the introduction, ceramics and related materials cover a wide range of objects. Ceramics are a little more complex than metallic structures, which is why metals were covered first. A ceramic has traditionally been defined as an inorganic, nonmetallic solid that is prepared from powdered materials and is fabricated into products through the application of heat. Most ceramics are made up of two or more elements. This is called a compound. For example, alumina (Al2O3) is a compound made up of aluminum atoms and oxygen atoms. The two most common chemical bonds for ceramic materials are covalent and ionic. The bonding of atoms together is much stronger in covalent and ionic bonding than in metallic. This is why ceramics generally have the following properties: high hardness, high compressive strength, and chemical inertness. This strong bonding also accounts for the less attractive properties of ceramics, such as low ductility and low tensile strength. The absence of free electrons is responsible for making most ceramics poor conductors of electricity and heat...more

ساختار سرامیک ها از دید ceramics.org

The properties of ceramic materials, like all materials, are dictated by the types of atoms present, the types of bonding between the atoms, and the way the atoms are packed together. The type of bonding and structure helps determine what type of properties a material will have. Ceramics usually have a combination of stronger bonds called ionic (occurs between a metal and nonmetal and involves the attraction of opposite charges when electrons are transferred from the metal to the nonmetal); and covalent (occurs between two nonmetals and involves sharing of atoms). The strength of an ionic bond depends on the size of the charge on each ion and on the radius of each ion. The greater the number of electrons being shared, is the greater the force of attraction, or the stronger the covalent bond. These types of bonds result in high elastic modulus and hardness, high melting points, low thermal expansion, and good chemical resistance. On the other hand, ceramics are also hard and often brittle (unless the material is toughened by reinforcements or other means), which leads to fracture...more

ساختار سرامیک ها از دید mst-online.nsu.edu

The structure of most ceramics varies from relatively simple to very complex. Being compounds, ceramics are made of different types of atoms of varying sizes. Silicates, compounds of silicon and oxygen that make up many ceramics, are the most common minerals on earth. They include sand; clay; feldspar (K- Al - Si3,O8,); quartz (SiO2); and the semi-precious stone, garnet. Pure silica (SiO2) has three common polymorphs: cristobolite, tridymite (high-temperature), and quartz (low-temperature). The silica structure is the basic structure for glasses and many ceramics. It has an internal arrangement consisting of pyramid (tetrahedral or four-sided) units. Four large oxygen (0) atoms surround each smaller silicon (Si) atom. The silicon atoms occupy the openings (interstitials) between the oxygen atoms and share four valence electrons with the oxygen atoms through covalent bonding. The silicate structures can link together by sharing the atoms in two corners of the SiO2, tetrahedrons, forming chain or ring structures. By sharing three corner atoms, they produce layered silicates (talc, kaolinite clay, mica); or by sharing four comer atoms, they produce framework silicates (quartz, tridymite). The alternating Si and 0 covalent bonding is most common in ceramics and compares to the carbon to carbon (C-C) bonding in organic materials. The unique atomic structures of ceramics leads to the properties possessed by most ceramics...more

ساختار سرامیک
ساختارهای سرامیکی
ceramic structure
ceramic lattice
برچسب ها: کریستالوگرافیسرامیکبلورشناسیعلم مواد
نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیست و یکمین دوره
عنوان : نمایشگاه بین المللی تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 1401 بیس ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان :نمایشگاه بین المللی صنعت تهران 1401 بیست و دومین دوره شهر : تهران ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 1401 بیست و دومین دوره ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر تهران 1401 نوزدهمین دوره
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه صنایع و تجهیزات آشپزخانه، حمام، سونا و استخر شهر: ...بیشتر
نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران بیست و ششمین دوره
عنوان: نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران بیست و ششمین د ...بیشتر
نمایشگاه های سال 1401
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان
دریافت گواهی تائیدیه شرکتهای دانش بنیان شرکت پاکمن بنا به ارزیابی های انجام ش ...بیشتر
برندینگ شرکت پاکمن
درباره گروه تاسیساتی شرکت پاکمن شرکت پاکمن در سال 1354تاسیس شد و در ادامه فعا ...بیشتر
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه
دریافت گواهینامه صلاحیت پیمانکاری شرکت دانش بنیان پاکمن از سازمان برنامه و بودجه ...بیشتر
نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره-شهریور 1400
عنوان نمایشگاه : نمایشگاه نفت ، گاز و پتروشیمی بیست و ششمین دوره شهر ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400
عنوان: بیستمین نمایشگاه سرمایشی و گرمایشی و تاسیسات تهران 1400 شهر: تهران ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ها ...بیشتر