חומרים קרמיים
חומרים קרמיים הם קבוצה רחבה ומגוונת של חומרים מוצקים אי-אורגניים ולא מתכתיים, המורכבים בדרך כלל מתרכובות של מתכות עם אל-מתכות (כמו חמצן, חנקן או פחמן).
חומרים קרמיים הם עמוד תווך בתעשיות רבות, בזכות שילוב ייחודי של קשיחות, עמידות לחום וקורוזיה, ובידוד חשמלי ותרמי, המושגים באמצעות תהליכי ייצור מורכבים וטכניקות שריפה בטמפרטורות גבוהות.
חומרים קרמיים נמצאים בשימוש נרחב תכונותיהם המגוונות
בנייה: אריחים, לבנים, כלי סניטריה, מלט ובטון.
אלקטרוניקה: מבודדים חשמליים, רכיבים אלקטרוניים, קבלים.
תעופה וחלל: רכיבים למנועי סילון, מגיני חום.
רפואה: שתלים דנטליים, שתלים אורתופדיים (כמו ראשי מפרקי ירך), ציפויים ביו-קומפטביליים.
תעשייה כימית: כורים, ממירים קטליטיים, מצעים לסינון.
מיגון: חומרים קרמיים מתקדמים משמשים בלוחות שריון לכלי רכב ואפודי מגן.
כלים חותכים: כלי חיתוך וליטוש בתעשיית המתכת.
ייחודם של החומרים הקרמיים טמון בשילוב תכונות ייחודיות
קשיות גבוהה ועמידות לשחיקה: מה שהופך אותם למצוינים לשימוש ככלי חיתוך וציפויים מגנים.
עמידות בטמפרטורות גבוהות (Refractoriness): חומרים קרמיים שומרים על יציבותם המבנית בטמפרטורות שבהן רוב המתכות נמסות, ולכן משמשים בתנורים, מנועים ומערכות חום.
חוזק לחיצה גבוה: חומרים קרמיים עומדים בעומסים כבדים של לחיצה.
עמידות כימית גבוהה: אינם מגיבים בקלות עם חומרים רבים, מה שהופך אותם מתאימים לסביבות קורוזיביות.
תכונות בידוד חשמלי ותרמי: מבודדים מצוינים לחשמל וחום.
צפיפות נמוכה יחסית: יחסית למתכות, מה שתורם להפחתת משקל.
סוגי קרמיקה הנדסית נפוצים
אלומינה (Alumina - Al₂O₃): אחד החומרים הקרמיים הנפוצים ביותר, ידוע בקשיותו, עמידותו לשחיקה ועמידותו לטמפרטורות גבוהות. משמש במבודדים, סכינים, כלי חיתוך ושתלים רפואיים.
זירקוניה (Zirconia - ZrO₂): חומר קרמי חזק ועמיד בפני סדקים, משמש בציפויים, שתלים דנטליים וראשי מפרקי ירך בשתלים אורתופדיים.
סיליקון קרביד (Silicon Carbide - SiC): קשיח במיוחד, עמיד לשחיקה וטמפרטורות גבוהות, משמש בבלמים, מגינים ורכיבים אלקטרוניים.
סיליקון ניטריד (Silicon Nitride - Si₃N₄): חזק, קל משקל ועמיד בפני הלם תרמי, משמש ברכיבי מנוע וכלים חותכים.
שיטות הייצור
תהליך ייצור חומרים קרמיים כולל בדרך כלל מספר שלבים:
הכנת אבקות: חומרי הגלם נטחנים לאבקות עדינות במיוחד.
ערבוב והכנת תערובת: האבקות מעורבבות עם חומרים מקשרים (Binders) ומים או ממסים אחרים ליצירת תערובת הומוגנית.
עיצוב (Forming): התערובת מעוצבת לצורה הרצויה באמצעות טכניקות שונות:
דחיסה (Pressing): דחיסת אבקה בתבניות בלחץ גבוה.
הזרקה (Injection Molding): הזרקת תערובת פלסטית לתבנית (דומה לפלסטיקה).
שיחול (Extrusion): דחיסת התערובת דרך פתח צר ליצירת צורות ארוכות.
החלקה (Slip Casting): יצירת תערובת דמוית בוץ (סליפ) ויציקתה לתבנית סופגת.
ייבוש (Drying): הסרת הנוזלים מהמוצר המעוצב.
שריפה (Sintering / Firing): שלב קריטי שבו החומר נחשף לטמפרטורות גבוהות מאוד (מאות עד אלפי מעלות צלזיוס). בתהליך זה, חלקיקי האבקה מתחברים זה לזה ויוצרים מבנה צפוף וחזק. שלב זה מעניק לקרמיקה את תכונותיה הסופיות.
גימור (Finishing): לאחר השריפה, המוצרים עשויים לעבור תהליכי ליטוש, חיתוך או ציפוי נוספים.