شیشه سرامیک

شیشه سرامیک

تعداد بازدید: 4813
چهارشنبه 03 دي 1393

شیشه سرامیک

شیشه سرامیک ها (Glass ceramic) محصولاتی هستند که از طریق فرآیند معمول ساخت شیشه که عبارت است از ذوب مواد اولیه و شکل دادن آن (از طریق پرس، دمش، نورد، ریخته گری و غیره) ساخته می شوند. هر چند در سال های اخیر از روش های دیگر ساخت شیشه مانند {{سل - ژل}} یا رسوب از بخار نیز برای ساخت شیشه سرامیک ها استفاده شده است. اما این روش ها هنوز تجاری نشده اند. پس از تهیه قطعه شیشه ای به صورت دلخواه، در مرحله بعدی این قطعه تحت عملیات حرارتی مناسبی قرار می گیرد تا به صورت جزئی یا کامل تبلور یافته و به محصول به اصطلاح شیشه سرامیکی تبدیل شود. این قطعات معمولا در حالت نهایی دارای فاز های بلوری به مقدار 50 تا 100 درصد بوده و بقیه را فاز شیشه ای تشکیل می دهد. در مرحله عملیات حرارتی با کنترل شرایط {{جوانه زنی}} و رشد بلور ها از طریق رسوب دادن فاز های بلوری مطلوب، خواص دلخواه در قطعه ایجاد می شود. مقدار و نوع فاز های بلوری و ریزساختار (ابعاد و شکل ذرات بلوری، طرز آرایش آن ها، مقدار تخلخل و غیره) تعیین کننده ویژگی های نهایی قطعه خواهد بود. این روش نسبت به روش ساخت محصولات معمولی سرامیکی دارای مزایایی به شرح زیر است:

1- فرآیند ساخت شیشه معمولا دارای امکان استفاده از اتوماسیون بیشتر، سرعت تولید بالاتر و ضایعات کمتر است. امکان برگشت ضایعات به خط تولید نیز در آن بیشتر از روش های دیگر بوده و در این روش کنترل ابعاد قطعات نیز (به علت ایجاد تغییر کمتر) بهتر صورت می گیرد.

2- کنترل ریز ساختار و در نتیجه خواص در این فرآیند (در مرحله عملیات حرارتی) بهتر می تواند انجام گیرد و دست یابی به اندازه ذرات بسیار ریز یا حذف کامل تخلخل به سهولت امکان پذیر است.

  شیشه سرامیک، شیشه - سرامیک، glass ceramic، glass-ceramic
شیشه سرامیک،شیشه - سرامیک، glass ceramic،glass-ceramic    

3- با کنترل ترکیب، نوع جوانه زا و عملیات حرارتی می توان مقدار و نوع فاز های به وجود آمده را با سهولت بیشتری کنترل کرد (به ویژه در مرحله کینتیکی رسوب فازها). در نتیجه امکان کنترل خواص نهایی بهتر فراهم می شود. با اینکه مدت نسبتا زیادی از کشف روش ساخت شیشه سرامیک ها از طریق تبلور شیشه توسط رئومور (Reaumur) در سال 1739 می گذرد، اما استفاده از فرآیند شیشه سرامیک به عنوان روشی صنعتی و تجارتی برای ساخت محصولات قابل عرضه به بازار تقریبا از 50 سال پیش معمول شده است.

کارخانه شیشه کورنینگ آمریکا نخستین بار محصولات شیشه سرامیک شوک پذیر را به صورت ظروفی که می توانست مستقیما روی شعله قرار گیرد به بازار عرضه نمود. از آن زمان تا کنون صنعت شیشه سرامیک همگام با شناخت بهتر، ژرف تر و دقیق تر از پدیده های {{جدایش فازی}} در شیشه و جزئیات فرآیند های جوانه زنی و رشد و بررسی ریزساختارهای این مواد گسترش بسیار زیادی یافته است. امروزه شیشه  سرامیک ها کاربردهای بسیار متنوع و فراوانی یافته اند که محصولاتی مانند ظروف شوک پذیر آشپزخانه، کاشی ها و سنگ های ساختمانی، مقره های برقی، لوله ها و پوشش های مقاوم در برابر خوردگی، قطعات الکترونیکی – اپتیکی، صنایع هوا - فضا، دماغه موشک ها (Radoms)، آینه تلسکوپ ها، بایو سرامیک ها با کاربردهای پزشکی و بسیاری از فرآورده های دیگر را در بر می گیرد.

برای تولید شیشه سرامیک ها باید ابتدا مواد اولیه تهیه شده عملیات ذوب و شکل دهی انجام شود و سپس در طی عملیات حرارتی محصول نهایی بدست آید. در این مطلب به بررسی مواد اولیه، عملیات ذوب و شکل دهی پرداخته می شود و عملیات حرارتی شیشه سرامیک ها به صورت جداگانه بررسی خواهد.

مواد اولیه شیشه سرامیک

برای ساخت شیشه سرامیک ها معمولا از همان مواد اولیه ساخت شیشه استفاده می شود. خلوص مواد اولیه بستگی به نوع محصول دارد. در مورد قطعات دقیق با کاربرد های حساس الکترونیکی یا اپتیکی، مواد بسیار خالص به کار می رود در صورتی که برای محصولات معمولی تر (مانند مصالح ساختمانی) می توان از مواد با خلوص پایین تر استفاده نمود. علاوه بر مواد اولیه معمول در صنعت شیشه، از مواد اولیه طبیعی نیز استفاده می شود. مثلا برای وارد کردن Li2O به ترکیب شیشه می توان از پتالایت یا اسپیدومن طبیعی استفاده نمود که اقتصادی تر است. در مورد برخی محصولات و به ویژه محصولاتی با کاربرد های ساختمانی از مواد زائد صنعتی مانند سرباره های متالورژیکی یا مواد طبیعی ارزان قیمت مانند بازالت، توف یا گرانیت استفاده می شود.

برای تهیه بچ (Batch) یا مخلوط مواد اولیه از همان اصول تهیه، دانه بندی و مخلوط کردن مواد اولیه شیشه استفاده می شود. ناهمگنی هایی که باعث افت خواص می شوند در داخل ماده تبلور یافته، نمود بیشتری دارد بنابراین لازم است که حین آماده سازی بچ به همگن بودن مخلوط توجه زیادی معطوف کرد. مخلوط مواد اولیه شیشه سرامیک ها غالبا دارای اجزای فرعی است که به مقدار اندکی به آن افزوده می شود. این اجزا باید با دقت بسیار توزین شوند. این موضوع به ویژه باید در مورد جوانه زا ها و اجزاء فرعی که ممکن است اثرات نامطلوبی بر خواص بگذارند (مثلا باعث اعوجاج و تغییر شکل در حین تبلور شوند) رعایت شود. به منظور توزیع یکنواخت این اجزاء فرعی در کل مخلوط اولیه می توان ابتدا این مواد را با یکی از مواد اولیه بچ مخلوط کرده آنگاه آن را به کل مواد اضافه نمود. به هنگام استفاده از مواد طبیعی یا ضایعاتی ممکن است به علت عدم یکنواختی ترکیب مشکلاتی بروز کند که در این مورد باید تدابیری اندیشید. به منظور انجام عمل تصفیه (حباب زدایی) می توان از تصفیه کننده های معمولی مانند اکسید آرسنیک As2O3 و  اکسید آنتیموان Sb2O3، سولفات ها، فلوئورید ها و غیره بسته به نوع شیشه استفاده نمود.

ذوب شیشه سرامیک

برای ذوب مواد اولیه شیشه سرامیک ها می توان از انواع کوره های معمولی در صنعت شیشه استفاده نمود . مثلا کوره پاتیلی، تانک روزانه (Day Tank) یا کوره های ذوب پیوسته. سرعت واکنش های ذوب و دمای انتخابی بستگی به ترکیب شیشه، ساختار کوره و سیستم حرارت دهی آن دارد. در مورد سیستم های شیشه سرامیکی معمول مقدار Al2O3 و SiO2 و نسبت آن ها از نظر دمای ذوب اهمیت زیادی دارد. اگر مجموع این دو اکسید زیاد باشد دمای ذوب افزایش می یابد. به طور مثال اگر در شیشه سرامیک های سیستم SiO2-Al2O3-CaO-MgO-Na2O مجموع Al2O3 و SiO2 در ترکیب بین 62 تا 74 درصد وزنی باشد، معمولا دمای ذوب در حدود 1400 تا 1500 درجه سانتی گراد خواهد بود. دمای ذوب شیشه سرامیک های سیستم SiO2-Al2O3-Li2O عمدتا بستگی به مقدار Li2O دارد. اگر مقدار این اکسید در حد معمول (3 الی 4 درصد وزنی) باشد، دمای ذوب حدود 1600 درجه سانتی گراد خواهد بود. سایر اجزای ترکیب، اکسیدهایی نظیر MgO، ZnO، CaO، B2O3، P2O5 و غیره هستند. اگر مجموع دو اکسید Al2O3 و SiO2 بیشتر از 85 درصد وزنی باشد، آنگاه باید دمای ذوب حدود 1650 درجه سانتی گراد یا بالاتر باشد. حباب زدایی این شیشه ها نیز به علت گرانروی بالا مشکل خواهد بود.  

شکل دادن شیشه سرامیک

به هنگام تولید مواد شیشه سرامیکی تمام شیوه های شکل دادن معمول در صنعت شیشه مانند ریخته گری، پرس کردن، دمیدن، کشیدن، نورد کردن و غیره می تواند مورد استفاده قرار گیرد. روش های نسبتا ساده مانند ریخته گری در قالب برای شکل دادن قطعات بزرگ مانند آینه های تلسکوپ یا اشکال اولیه (شمش) برای ساخت شیشه سرامیک های ماشین کاری شونده به کار می رود. ریخته گری گریز از مرکز به صورتی موفقیت آمیز برای شکل دادن قطعات مخروطی شکل مانند دماغه موشک ها به کار گرفته شده است. کشیدن از حالت مذاب برای شکل دادن لوله ها به کار رفته است. شیشه سرامیک های تخت معمولا با روش نورد شکل داده می شوند. پرس کردن یا دمیدن به صورت دستی یا خودکار به منظور تولید قطعاتی با کاربردهای صنعتی یا خانگی (عمدتا ظروف) به کار می رود. هر چند مواد شیشه سرامیکی دارای ترکیبات بسیار متنوعی هستند، هر روش شکل دادنی، بدون توجه به ترکیب شیشه، نیاز به گرانروی خاص و در نتیجه محدوده دمایی (کارپذیری) خاصی دارد. دمای کارپذیری (محدوده دمایی مناسب برای شکل دادن شیشه) باید بالاتر از دمای لیکوئیدوس شیشه باشد (80 الی 120 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای لیکوئیدوس مناسب ترین دما است). این به خاطر جلوگیری از تبلور ناخواسته در حین شکل دادن شیشه است که باعث خرابی محصول می گردد. حین تولد شیشه سرامیک ها این موضوع نسبت به صنعت شیشه اهمیت بیشتری دارد، زیرا در این نوع محصولات سرعت تبلور به علت بالاتر بودن سرعت رشد بلورها بسیار بیشتر از شیشه های معمولی است (گاه تا ده ها هزار بار بالاتر) در نتیجه برخی روش های شکل دادن نمی تواند برای شیشه های معین مورد استفاده قرار گیرد.

شیشه سرامیک،شیشه - سرامیک، glass ceramic،glass-ceramic شیشه سرامیک،شیشه - سرامیک، glass ceramic،glass-ceramic شیشه سرامیک،شیشه - سرامیک، glass ceramic،glass-ceramic

اصل مهم دیگری که باید در حین شکل دادن شیشه ها مورد توجه قرار گیرد این موضوع است که اگر شیشه قبلا به زیر دمای بحرانی جوانه زنی سرد شده باشد (یعنی به زیر دمایی که امکان انجام جوانه زنی حجمی با سرعتی قابل توجه وجود دارد) پس از آن هیچگاه نباید مجددا به محدوده ای که در آن امکان رشد بلورها وجود دارد گرم شود. سرد کردن شیشه به زیر دمای بحرانی جوانه زنی ممکن است منجر به تشکیل تعدادی جوانه شود که گرمایش بعدی باعث رشد آن ها و مقداری تبلور گردیده و ترک خوردن و شکست نمونه ها (در اثر تنش های داخلی) را به دنبال داشته باشد. البته تشکیل بلور در حین حرارت دادن مجدد بستگی به سرعت رشد بلور ها در بالای دمای بحرانی جوانه زنی دارد. اگر در بخش های مختلف قطعه ای تاریخچه های حرارتی متفاوتی وجود داشته باشد، این امر ممکن است باعث تبلور غیر یکنواخت در بخش های مختلف قطعه شده و اثری منفی بر خواص آن بگذارد. این شرایط نامطلوب ممکن است حین شکل دادن دستی یا پرس کردن شیشه، هنگامی که لایه ای از شیشه گرمتر بر شیشه ای که قبلا سرد شده، پیچیده یا فشرده می شود، رخ دهد. هنگام تماس بین شیشه گرم و قالب فلزی، سطح شیشه سریعا سرد می شود در حالیکه ناحیه مرکزی آن هنوز گرم است. از سوی دیگر هنگام خروج شیشه از قالب، لایه های داخلی آن، بخش های سطحی قطعه را گرم می کنند. توزیع دما در دیواره محصول پرس شده بستگی به زمان دارد و می توان آن را طبق دستورالعملCoenen  تخمین زد. مطابق این دستورالعمل می توان دمای بهینه قالب را به هنگام پرس با توجه به دمای قطعه شیشه ای و ضخامت آن پیدا کرد. در صورتی که این دما به درستی انتخاب نشود ممکن است اشکالاتی مانند ترک خوردن سطحی یا تبلور داخلی در حین شکل دادن قطعه به وجود آید.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

 واهاک مارقوسیان، شیشه: ساختار، خواص و کاربرد، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1390.

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

شیشه سرامیک از دید icers.org

اگر بخواهیم تعریفی ساده و درعین حال گویا از شیشه سرامیک ها ارائه دهیم، باید بگوییم که شیشه سرامیک محصول تبلور کنترل شده و هدفمند یک شیشه است. هدفمندی و کنترل در تبلور به مفهوم استفاده از جوانه زا های مناسب در مقادیر لازم و نیز بکارگیری برنامه عملیات حرارتی خاصی می باشد. باید گفت که تبلور به صورت یک آرزو در نهاد هر شیشه قرار دارد. ما مسیر ایده آل ترمودینامیکی را از مذابی که تمایل به تبلور و انجماد داشته است گرفتیم و به اجبار آن را به مسیر شیشه شدن هدایت کردیم. اما به تعبیر ساده باید گفت که یک شیشه برای حصول به آرمان خویش همیشه در انتظار فرصت است... ادامه

شیشه سرامیک از دید wikipedia.org

Glass-ceramics are polycrystalline material produced through controlled crystallization of base glass. Glass-ceramic materials share many properties with both glasses and ceramics. Glass-ceramics have an amorphous phase and one or more crystalline phases and are produced by a so called "controlled crystallization" in contrast to a spontaneous crystallization, which is usually not wanted in glass manufacturing. Glass-ceramics have the fabrication advantage of glass as well as special properties of ceramics. Glass-ceramics usually have between 30% [m/m] to 90% [m/m] crystallinity and yield an array of materials with interesting properties like zero porosity, high strength, toughness, translucency or opacity, pigmentation, opalescence, low or even negative thermal expansion, high temperature stability, fluorescence, machinability, ferromagnetism, resorbability or high chemical durability, biocompatibility, bio-activity, ion conductivity, superconductivity, isolation capabilities, low dielectric constant and loss, high resistivity and break down voltage. These properties can be tailored by controlling the base glass composition and by controlled heat treatment/crystallization of base glass...more

شیشه سرامیک از دید corellecorner.com

The scientific field of glass-ceramics was first pioneered in the 1950s and quickly led to the introduction of Corning Ware in 1958.  Corning Ware, Visions, Centura and Suprema are all glass-ceramics.  This means they are materials that are glass in structure initially, but through heat treatment they become a ceramic. An article like a casserole or saucepan is formed from melted glass, then it is re-heated and cooled under controlled conditions.  The heat treatment makes crystals grow within the glass, turning it into a ceramic and dramatically improving the strength of the item. The transformation from glass to ceramic is visible in the material's molecular structure.  Glass has an amorphous structure, meaning that its atoms are certainly bound, but in irregular patterns.  In contrast, the atoms of a ceramic are bound in very regular patterns, or crystals, i.e.: a crystalline structure...more

شیشه - سرامیک
شیشه-سرامیک
Glass-ceramic
Glass ceramicشیشه سرامیک چیست
شیشه - سرامیک چیست
برچسب ها: شیشهشیشه سرامیکسرامیک
برگزاری دوره آموزشی انجمن مهندسان تاسیسات مکانیکی ساختمان تهران با همکاری شرکت پاکمن
  شرکت پاکمن در نظر دارد با همکاری انجمن مهندسان تاسیسات مکانیکی ساختمان ...بیشتر
گزارش اولین روز برگزاری نمایشگاه صنعت ساختمان
 اولین روز نمایشگاه صنعت ساختمان با حضور تعداد زیادی از شرکت های معتبر از ت ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان و صنایع وابسته کرمان-شهریور 98
عنوان: هفدهمین نمایشگاه ساختمان و صنایع وابسته کرمان شهر: کرمان تار ...بیشتر
تقویم نمایشگاهی 98
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دفتر فروش پاکمن در استان آذربایجان شرقی-شهر تبریز
دفتر فروش پاکمن در استان آذربایجان شرقی-شهر تبریز تا کنون حضور فعالی در زمینه ی ...بیشتر
نمایندگی فروش پاکمن در شهر اصفهان
دفتر فروش پاکمن در استان اصفهان-شهر اصفهان تا کنون حضور فعالی در زمینه ی فروش، ف ...بیشتر
گزارش غرفه پاکمن در بیست و یکمین نمایشگاه صنعت ساختمان شیراز
بیست و یکمین نمایشگاه صنعت ساختمان شیراز از تاریخ 11 تیرماه 98 آغاز شد ، افتتاحی ...بیشتر
نوزدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران-مرداد 98
عنوان: نوزدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 98 شهر: تهران ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی بیرجند-مردادماه 98
عنوان: نمایشگاه ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی بیرجند 98 شهر: بیرجن ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز-تیرماه 98
عنوان: بیست و یکمین  نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز شهر: شیر ...بیشتر
بیست و سومین نمایشگاه بین المللی ساختمان و تاسیسات و گرایش برج ها و ساختمان های مرتفع -بهمن ماه 98
عنوان :بیست و سومین نمایشگاه بین المللی ساختمان و تاسیسات و گرایش برج ها و ...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