مواد پلیمری در ساخت سرامیک

بررسی کاربرد مواد پلیمری در ساخت سرامیک معاصر

کامپوزیت های پلیمری سرامیکی با افزودن مواد افزودنی مختلف به ماتریس پلیمری مانند فیلرهای خاک رس عملکردی، افزودنی های تشکیل دهنده پرسلان، عوامل اتصال عرضی، بازدارندۀ شعله، عوامل تقویت کننده و غیره تهیه می شوند. علاوه براین، افزودن مواد پلیمری به مواد سرامیکی منجر به افزایش خمش در بدنۀ سرامیکی و استحکام مکانیکی آن تا حد زیادی بهبود یافته می شود. این مزیت باعث شده است که بسیاری از تولیدکنندگان سرامیک معاصر از مواد پلیمری در ساخت سرامیک استفاده کنند. معرفی مواد پلیمری در مواد سرامیکی براساس آزمایشات چقرمگی، استحکام و تسلیم بدنۀ سرامیکی امکانات بیشتری نسبت به ایجاد سرامیک سنتی به همراه دارد. این مقاله به بررسی مواد خام سرامیکی دارای عملکرد سرامیکی با مواد پلیمری بالا، مواد با پلیمر بالا در سفالگری مدرن برای انتقال بیان هنری بافت سرامیک و همچنین استفاده از مواد با پلیمر بالا در چاپ سه بعدی (3D) پودر ژل برای اصلاح فرایند قالب گیری تزریقی می پردازد که مشکلات ناشی از آثار هنری ظریف را در ایجاد هنر مدرن سرامیک حل می کند. این مقاله عمدتآ از روش تحقیق ثبت و مقایسه ارزش آماری افزودن مواد سرامیکی به مواد پلیمری و شکل گیری فیزیکی پس از پخت در تشکیل سرامیک استفاده می کند تا علاوه بر ارائه ارزش آماری نسبتآ پایدار، منحنی پخت را برای نوع خاصی از سرامیک تشکیل دهد. به همین منظور، ادغام خلاقیت مدرن سرامیکی و مواد پلیمری باعث می شود که سرامیک های تولید شده به سبکی نسبتآ خاص در هنر معاصر افزایش یابند و مفهوم فرهنگی و بصری آن نیز افزایش یابد.

مواد پلیمری یکی از مواد محافظتی است که در سالهای اخیر به سرعت توسعه یافته و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد؛ عمدتآ شامل اکریلات، رزین اپوکسی، سیلیکون، مشتقات آلی فلوئور، سلولز و غیره می شود. پروفسور ایبینگ از دانشگاه موناش استرالیا کامپوزیت های پلیمری سرامیکی را اختراع کرد که برای کابل های نسوز مورد استفاده قرار گرفته و بصورت تجاری توسط شرکت پلیمریک سرام تولید می شود. در فرایند سرامیک سازی پس از آب بندی با غلظت پلیمر پیوندی سلولز- کیتوزان، نمونۀ تولید شده بافت، درخشندگی و رنگ اصلی خود را حفظ کرده و خواص آبدوستی و مقاومت در برابر پیری آن به شدت بهبود می یابد که در هنر سرامیک پیش بینی شده است. با توجه به مشارکت پلیمرها در تولید سرامیک، در فرایند تولید سرامیک افزودن تقویت کننده های سرامیکی می تواند استحکام محصولات اولیه را بهبود بخشیده و همچنین روانکاری آنها را افزایش می دهد. روانکاری در فرایند تولید سرامیک می تواند باعث شکل گیری بهتر محصول شود؛ از کپک زدن جلوگیری می کند؛ محصول را به راحتی از قالب جدا می کند؛ کیفیت و عملکرد محصولات نهایی را بهبود می بخشد. امروزه در تولید سرامیک، پدیدۀ ریزش لکه ای ناشی از کمبود استحکام نرخ بازدهی را کاهش می دهد. با این حال برای خلق هنر مدرن سرامیک، چگونگی بهبود میزان موفقیت در شکل گیری مواد اولیه و ظاهر بصری محصولات سرامیکی به یک مشکل جدی برای تولید کنندگان سرامیک معاصر تبدیل شده است. اخیرآ بسیاری از محققان تأثیر مواد اولیه سرامیکی مداخله ای مواد پلیمری بر محصولات سرامیکی را عمیقآ و اساسآ از چندین جنبه مورد بررسی قرار داده اند. اول اینکه مواد پلیمری در تهیه سرامیک اساسآ مطرح می شوند زیرا با بهبود کیفیت سبک زندگی، برخی مواد مانند سنگ، چوب، شیشه، سرامیک، رنگ و سایر مواد نمی توانند نیازهای مردم را برآورده کنند؛ بنابراین، بسیاری از مواد تزئینی به سرعت ظهور و توسعه یافتند. در نتیجه، خواصی مانند حفاظت از محیط زیست سبز، عملکرد بهتر، دکوراسیون لوکس و دیگر جنبه های عملکرد قابل توجه مواد تزئینی کامپوزیت چند منظوره بیشتر مورد توجه قرار می گیرد.

پروفسور وانگ و دیگران معتقدند که مواد با پایه سیلیس یکی از پرکاربردترین مواد در اپتیک، هوافضا و برخی صنایع دیگر هستند. این مواد در کاربردهای عملی بایستی با خود یا سایر مواد ناهمگن متصل شوند تا محصولاتی با عملکردهای مختلف مونتاژ کنند و این محققان روند توسعه آیندۀ اتصال سرامیکی SiO₂ را تفسیر کردند که برای درک جامع بهبود بالقوۀ اتصال سرامیکی SiO₂ استفاده می شود. آریاس و همکاران به این نتیجه رسیدند که لجن فاضلاب شهری را می توان مستقیمآ به آجرهای سفالی در مصالح ساختمانی اضافه کرد. با وینکلر و نمودار پیش بینی، برای اولین بار مشخص می شود که حداکثر مواد افزودنی 50 درصد وزنی است. آجرهای رسی تولید شده در دماهای پخت 850 و 950 سلسیوس و تا 15 درصد لجن اضافه شده هیچ تأثیر زیست محیطی ندارند و معیارهای انقباض خطی، جذب آب و مقاومت مکانیکی را تأمین می کنند. علاوه براین، لجن بعنوان سوخت 40 درصد از انرژی اشتعال در فرایند پخت را تأمین می کند. در نتیجه، آجرهای سفالی حاوی لجن فاضلاب ممکن است با کمترین قیمت ساخته شوند و فقط 16 درصد از آجرهای بتنی مربوطه و 20 درصد از آجرهای سفالی معمولی که در دماهای بالاتر پخته می شوند پر هزینه هستند. محققانی همچون ویلارینیو از آنجا که دسترسی به مواد خام طبیعی بسیار محدود است، ارزش گذاری زباله و پسماند را بسیار مهم می داند. در اروپا، ضایعات پوسته تخم مرغ تا 150 کرون در سال تولید می شود و دفن آنها تنها راه حل ممکن برای این حجم از زباله است. این مقاله با هدف توسعه کاشی های دیواری اکو-سرامیک با استفاده کربنات کلسیم بیولوژیکی از ضایعات پوسته تخم مرغ به عنوان مواد خام صورت گرفت. چندین مخمر با استفاده از این ضایعات بجای سنگ آهک خام طبیعی که امروزه استفاده می شود، تهیه شد. جایگزینی کل کربنات زیستی کلسیم با استفاده از روش اندازه ذرات یکسان منجر به افزایش 19 درصدی در استحکام خمشی ازطریق خواص نمونه ها شد؛ بدون اینکه خواص دیگر (مانند ضریب حرارتی خطی، کاهش وزن، کاهش انتشار، جذب آب، چگالی و رنگ) را تحت تأثیر قرار دهد. از لحاظ مقاومت حرارتی بالا در محصولات سرامیکی، برخی از محققان پیشنهاد می کنند که کامپوزیت ها بر پایه سرامیک تقویت شده با الیاف پیوسته از چگالی کم، استحکام بالا، چقرمگی بالا و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون برخوردار هستند و بنابراین، به یک جایگزین مناسب و رقابتی تبدیل شده اند. علاوه براین، پیشنهاد شده است که در محصولات سرامیکی، با توجه به الیاف مختلف و ماتریس سرامیکی به فازهای رابط آنتی اکسیدانی جدید و متفاوتی برای انتخاب نیاز است و روش آماده سازی فازهای مشترک یکنواخت و متراکم بدون آسیب رساندن به استحکام الیاف و در عین حال، بهبود کلی عملکرد کامپوزیت های ماتریس سرامیکی ارتقا یافته است.

برای مدلسازی محصولات سرامیکی از روش چاپ سه بعدی (3D) استفاده می شود؛ به طوری که با کمک تجهیزات چاپ سه بعدی، فرایند طراحی و مدلسازی با دقت انجام می شود. از آنجایی که این روش چاپ می تواند تفکر خلاق هنرمندان و طراحان را به خوبی درک کند، کاربرد روزافزونی در تولید محصولات سرامیکی و هنر سرامیکی معاصر دارد. علاوه براین، یک گروه تحقیقاتی فرایند شکل گیری مواد سرامیکی متخلخل را با توجه به دشواری شکل دهی سرامیک های متخلخل با ساختار پیچیده، چرخه طولانی ساخت قالب و هزینه های بالا براساس قالب چاپ سه بعدی و روش قالب گیری تزریق ژل مورد بررسی قرار دادند. براساس ساخت دقیق قالب رزین معمولی با استفاده از فناوری قالب گیری سبک، دوغاب سرامیکی آلومینا با چگالی کم و محتوای جامد بالا برای قالب گیری تزریق ژل ارتقا یافته و برای دستیابی به تشکیل قطعات سرامیکی متخلخل با ساختار پیچیده، شمش سرامیکی اکسید آلومینیوم توسط فرایند فشرده سازی خلاء تشکیل می شود.

دخالت مواد پلیمری در تهیه مواد خام سرامیکی نقش مهم در تولید سرامیک های معمولی و هنر سرامیکی دارد اما همچنین، تجربه جدیدی را برای خلق هنر مدرن سرامیک به ارمغان می آورد. استفاده از مواد پلیمری و مواد خام سرامیکی به تولید کنندگان این امکان را می دهد که مفاهیم خلاقانه خود را بطور واضح با سبکی نامحدود منتقل کنند و بنابراین، امکانات بیشتری را برای خلق هنر سرامیک معاصر فراهم می کند. این مقاله اساسآ به بررسی خلق هنر سرامیکی، تصویر بصری و بیان هنری بافت ها با استفاده از جنبه هایی مانند روایت هنری پرداخته است. همچنین استفاده از مواد پلیمری در فرایند قالب گیری ژل و ادغام فرایند قالب گیری تزریق ژل با فناوری چاپ سه بعدی برای بیان تجربیات جدید را مورد مطالعه قرار می دهد. با پیشرفت تکنولوژی، روند کاربرد مواد پلیمری در زمینه هنر سرامیک بهتر نشان داده خواهد شد.