تحقيق مسبار
قدمت صناعة السيراميك نموذجًا ملموسًا رائعًا لا غِنى عنه في عالم الصناعات، فهل تمر صناعة السيراميك بعدة مراحل؟
تجيب المقالة التالية على هذا السؤال، وتوضح ماهية السيراميك وخصائصه وأهم استخداماته، وتقدم معلومات عن صناعة السيراميك، ومواد ومراحل تصنيع السيراميك، وتوضح كيفية صنع عجينة السيراميك، وصناعة السيراميك يدويًا.
السيراميك
هو مادة مصنوعة من عنصر صلب غير فلزي وغير عضوي مثل الطين، يتم تشكيله ومن ثم وضعه في درجات حرارة عالية للحصول على القوام الصلب المطلوب، وتدخل صناعة السيراميك في إنتاج الأواني الخزفية والطوب.
ويعود أصل السيراميك لكلمة "keramikos" اليونانية، والتي تعني الخزف. وتكوَّنت أقدم أنواع السيراميك من الفخار، ولكن المصطلح بشكل عام يشمل مجموعة من المواد الداخلة في صنعه، وتتم عملية تزجيج السيراميك قبل تعريضه للحرق، للحصول على سطح أملس مُلوَّن وغير مسامي.
خصائص السيراميك
يتمتع السيراميك بخصائص تجعله مختلفًا عن غيره من المواد الأخرى ومُناسِبًا في توظيفه لأداء مهام معينة، وأهم خصائص السيراميك باستثناء السيراميك فائق التوصيل وسيراميك الكهرباء الانضغاطية موضحة فيما يأتي:
- الصلابة العالية.
- الهشاشة.
- نقطة عالية للانصهار.
- ذو مقاومة كيميائية.
- منخفض التوصيل الحراري والكهربائي.
- منخفض الليونة.
- ذو معامل مرونة مرتفع.
- ذو قوة ضغط عالية.
- شفافية بصرية لعدد من الأطوال الموجية.
صناعة السيراميك
أوجدت صناعة السيراميك أنواع مختلفة من هذه المادة التي اتسع نطاقها، وأصبحت مستخدمة وذات فائدة كبيرة في مجالات مختلفة، وتشمل أهم هذه الأنواع:
- سيراميك الأواني البيضاء: ويُصنع منه بلاط الجدران، وأواني الطهي.
- السيراميك الإنشائي: وهو مناسب في بلاط الأسقف والأرضيات، وصنع الأنابيب والطوب.
- السيراميك التقني: وهو سيراميك مُصمَّم هندسيًا وبطابع فني دقيق، وأهم استخداماته التدريع الحراري للمركبات الفضائية، والغرسات الطبية، والمكابح الخزفية.
- السيراميك الحراري: يُستخدم في صنع الأفران الحرارية، وفي الإشعاع الحراري في مواقد الغاز.
مواد تصنيع السيراميك
تشمل مواد تصنيع السيراميك كل من:
- الطين.
- الكاولينيت.
- أكسيد الألومنيوم.
- كربيد السيليكون.
- كربيد التنجستن.
- بعض العناصر النقية.
ويجدر الإشارة إلى السيراميك المتقدم الذي لا يعتمد في صناعته على الطين، بل على الأكاسيد كأكسيد الألومينيوم وأكسيد الزركونا، أو غير الأكاسيد مثل الكربيدات والبوريدات والنيتريدات، والمبيدات، أو على كليهما معًا.
كيفية صناعة السيراميك
بعد تحضير مواد تصنيع السيراميك المذكورة أعلاه، تصبح عملية صناعة السيراميك أكثر جهوزية من خلال مزج المواد الخام ودمجها مع الماء، لينتج عن ذلك خليط يمكن تشكيله بالهيئة المطلوبة، ومن ثم تجفيفه ووضعه في فرن داخل درجات حرارة عالية. ويتوجب القول أن هناك استحالة في تشكيل السيراميك بعد تعريضه للحرارة، لذلك يستلزم تشكيله بالصورة النهائية قبل تعريضه للحرق خلال عملية صناعة السيراميك.
كما تعتمد صناعة السيراميك في بعض الأحيان على إضافة مواد زجاجية وزخرفية للحصول على مُنتَج مُقاوِم للماء، الأمر الذي يجعل السيراميك بحاجة لمرحلتين من التعرض الحراري.
كيفية صنع عجينة السيراميك
يمكن صنع عجينة السيراميك بسهولة ومن خلال مواد بسيطة، وذلك عن طريق:
- دمج مسحوق السيراميك مع مادة الأرالديت اللاصقة والتي تعطي عجينة السيراميك أكثر قوة، بنسبة ثلاثة لاثنين.
- سيتم الحصول على عجينة السيراميك بسهولة، ليتم البدء بتشكيله بما يتناسب مع رغبة الشخص وباستخدام أدواته الخاصة.
- ترك العجينة التي تم تشكيلها لتجف في الغرفة لمدة ساعتين.
- يصبح من الممكن تطبيق الألوان كألوان الأكرِليك.
صناعة السيراميك يدويًا
يعتمد البعض على صناعة السيراميك يدويًا كهِوَاية يتم ممارستها من داخل المنزل، وقد يتخذها البعض مصدرًا للعيش من خلال صنع السيراميك وتشكيله بأشكال مختلفة وبيعه، ولكن كيف يمكن صناعة السيراميك أو تشكيله يدويًا؟
لا شك أن صناعة السيراميك يدويًا تتطلب مجموعة من الأدوات المُساعِدة التي تجعل من هذه العملية أكثر سهولة وحِرَفِيَّة، وفيما يلي أبرز الأفكار والوسائل في صناعة السيراميك باليد:
- للحصول على أشكال دائرية من السيراميك، يمكن الاستعانة بالأطباق المتوفرة بالمنزل، بأحجامها المختلفة بحسب الرغبة، فعلى سبيل المثال تستخدم الأطباق الصغيرة في الأشكال الدائرية الصغيرة، بعد تدوير الطين على شكل حبة كرة بحجم حبة الجوز وفردها.
- الخيوط أو حبال الأسلاك، فهي تساعد في قطع الطين خلال عملية تشكيله، للحصول على الشكل المطلوب من السيراميك النهائي.
- إزالة فقاعات الهواء الموجودة في الطين من خلال إبرة، لتجنب التشققات أو الكسور خلال صناعة السيراميك أو أي من المواد الخزفية.
- استخدام العجلة الفخارية الكهربائية، فهي أكثر سهولة وتحكُّمًا في الاستخدام، ويُفَضَّل استخدام كميات صغيرة من الطين للمبتدئين، ويتوجَّب عجن الطين جيدًا قبل تطبيق العجلة عليه.
- يمكن وضع اللمسات الفنية خلال صناعة السيراميك يدويًا باستخدام الأدوات المنزلية كالشوكة أو الإبر، أو من عناصر الطبيعة كأوراق الشجر، والأغصان وطباعتها على العجينة كبصمة ومن ثم إزالتها فهي تعطي شكلًا مميزًا.
- بحسب الطين المُستخدم يمكن معرفة درجات الحرارة المناسبة قبل تعريض الطين لها، من خلال قراءة التعليمات المكتوبة.
هل تمر صناعة السيراميك بعدة مراحل؟
صحيح، تمر صناعة السيراميك بمراحل عدة، وهذا ما أوجد منه تصنيفات عدة وخاصة السيراميك التقليدي الذي يتواجد بمسميات مختلفة كالفخار والبورسلان والخزف الحجري، إذ تُعبِّر كلمة سيراميك عن كل مادة خزفية تحتوي على أكثر من 20 بالمئة من الطين.
أما عن صناعة السيراميك غير التقليدي والمصنوع من الأكاسيد والكربيدات وغيرها، فهي أيضًا تمر بمراحل عدة، بعد معالجتها في درجات حرارة عالية.
مراحل تصنيع السيراميك
تكمن أهم مراحل تصنيع السيراميك فيما يلي:
- مرحلة تحضير المواد الخام المستخدمة في تصنيع السيراميك، كالطين والمواد الأخرى منها الرمل والكوارتز والصوان والسيليكا.
- مرحلة تحسين المواد الخام قبل نقلها للتصنيع، من خلال تفتيتها وتنقيتها وتحجيمها وتصنيفها، للتخلص من الشوائب والركام، وتعديل مورفولوجيا الجسيمات الموجودة فيها، وبالتالي تحسين عمليات الخلط والتشكيل.
- مرحلة خلط المواد الخام، للحصول على التجانس الكيميائي بين المواد، ويُستعان في هذه العملية بطواحين الصلصال، ويُضاف بعض المواد المُعالِجة للحصول على مزيج السيراميك كالمُلَدِّنات والمُزَلِّقات والماء والعوامل المُضَادَّة للرغوة.
- مرحلة تشكيل السيراميك، وهي مرحلة حاسمة يتم فيها الحصول على الشكل النهائي المطلوب، من خلال صب السيراميك في قوالب صلبة أو مرنة.
- مرحلة التصنيع الأخضر، وهي عملية يتم التخلص فيها من الزوائد والأسطح الخشنة والترقيق.
مرحلة تجفيف السيراميك، وتكون بمعايير معينة للحصول على التوازن من خلال الحمل الحراري. - مرحلة تعريض السيراميك للمُعالَجَة الحرارية، وهي تسبق المعالجة بالحرق، للتخلص من أي رطوبة والحصول على تجفيف إضافي.
- مرحلة التزجيج، من خلال طلي السيراميك بطلاء زجاجي خارجي.
- مرحلة حرق السيراميك، وهي آخر مراحل تصنيع السيراميك، وتحدد هذه العملية خصائص السيراميك الذي سيتم الحصول عليه، ويأتي بعدها تبريد المُنتَج تدريجيًا، وأحيانا طلائه لمنع التآكل وزيادة قوته.
استخدامات السيراميك
يُستخدم السيراميك في مجالات مختلفة الطبية منها والصناعية، وتكمن أهم استخدامات السيراميك في كل مما يلي:
- يُصنع من السيراميك التقني على وجه الخصوص الدروع الواقية كونه يتمتع بمقاومة عالية للتآكل.
- يُستخدم السيراميك كوقود للمفاعلات النووية، والمتمثل بأكسيد اليورانيوم.
- يُصنع من الزركونيا التي تعتبر أحد أشكال السيراميك شفرات سكين السيراميك والأحجار الكريمة.
- يُستخدم سيليكات المغنيسيوم وهو أحد أشكال السيراميك في العزل الكهربائي.
- تساهم تيتانات الباريوم في صنع المُكَثِّفَات والمُحَولات وعناصر التسخين.
- للقطع الأثرية المصنوعة من السيراميك دور في تمكين علم الآثار وعلم الحفريات من خلال تركيبتها الكيميائية القادرة على تحديد أصلها وتاريخها.
- يُستخدم السيراميك المتقدم في صنع مغناطيس الثلاجة، وإنتاج المعادن ومعالجتها، وحماية السيارات، وكتيجان للأسنان وكبدائل للعظام في عمليات تقويم العظام كعمليات استبدال مفصل الورك والركبة.
اقرأ/ي أيضًا:
هل تختلف المواد المستخدمة في صناعة الأطراف الصناعية؟
هل تدخل مواد أخرى في صناعة الحديد غير معدن الحديد؟
هل تختلف استخدامات الخشب البلاستيكي عن الخشب الطبيعي؟
