|
Perkataan '''seramik''' diambil daridaripada perkataan [[bahasa Inggeris]] ( ''ceramic'' )yang berasal daridaripada bahasa Yunani, dan secara harafiahnyaharfiahnya merujuk kepada kepada semua bentuk [[tanah liat]]. Bagaimanapun, penggunaan istilah moden meluaskan penggunaannya untuk merangkumi bahan bukan logam bukan organik. Sehingga tahun [[1950|1950-]]an, bahan yang paling penting adalahialah tanah liat traditionaltradisional, yang dijadikan barangan [[tembikar|tembikar ( ''pottery'' )]], [[batu bata]], [[jubin]], dan seumpamanya, bersama-sama dengan [[simen]] dan [[kaca]]. Kraf tradisional dijelaskan dalam rencana tembikar.
Secara sejarah, barangan seramik adalah keras, poros, dan mudah pecah. Kajian mengenai seramik sebahagian besarnya bertujuan untuk mengurangkan masalah tersebut, dan meningkatkan keratin seramik.
== Contoh bahan seramik ==
*Silikon nitridenitrida ([[silikon|Si]]<sub>3</sub>[[nitrogen|N]]<sub>4</sub>), yang digunakan sebagai serbuk pengkakis.
*Boron karbidekarbida ([[boron|B]]<sub>4</sub>[[karbon|C]]), yang digunakan dalam perisai helikopter dan kereta kebal.
*Silikon karbidekarbida ([[silicon|Si]][[karbon|C]]), yang digunakan sebagai ( ''succeptorsusceptor'' ) dalam ketuhar mikrowavegelombang mikro, bahan pengkakispengakis biasa digunakan, dan sebagai bahan pembalikan.
*Magnesium diboridediborida ([[magnesium|Mg]]B<sub>2</sub>), yang merupakan [[superkonduktor luar biasa]].
*Zink oksida ([[zink|Zn]][[oksigen|O]]), yang merupakan semikonduktor, dan digunakan dalam penghasilan ( ''varistor'' ).
*FerriteFerrit ([[besi|Fe]]<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), yang merupakan [[ferrimagnetismferimagnetisme]] dan digunakan sebagai teras transformer elektrik dan [[ingatan teras magnetik|ingatan teras magnetik ( ''magnetic core memory'' )]].
*[[Steatite|Steatit]] digunakan sebagai penebat elektrik.
*[[Batu bata]] (kebanyakannya adalahialah aluminum silikat ), digunakan dalam pembinaan.
*Uranium oksida ([[uranium|U]]O<sub>2</sub>), digunakan dalam reaktor nuklear.
*Yttrium barium kuprum oksida ([[yttrium|Y]][[barium|Ba]]<sub>2</sub>[[tembaga|Cu]]<sub>3</sub>[[oksigen|O]]<sub>7-x</sub>), [[superkonduktor]] bersuhu tinggi.
=== Ciri-ciri mekanikal ===
Bahan seramik biasanya ( bahan ''ionic''berion atau berkaca. Kedua-dua bahan ini hampir selalunya pecah sebelum sebarang [[kecacatan plastik|kecacatan plastik ( ''plastic deformation'' )]] berlaku, yang menyebabkan bahan ini kurang kukuh. Tambahan lagi, disebabkan bahan ini cenderung berciri poros, liang dan kecacatan mikroskopik bertindak sebagai penumpu tekanan, mengurangkan kekuatan, dan ''tensile strength''. Kedua-dua ini memberikan kecenderungan kepada bahan seramik gagal keseluruhannya dan berkecai, berbanding dengan kegagalan perlahan-lahan bahan logam yang membengkok sebelum patah.
Bahan ini menunjukkan kecacatan plastik (boleh membengkok dan bukannya patah). Bagaimanapun, akibat struktur kaku bahan membentuk kristal ( ''crystalline'' ), terdapat hanya sedikit sistem gelinciran untuk pengkehelan berlaku, oleh itu ia berlaku secara perlahan-lahan. Dengan bahan tidak berkristal ( ''non-crystalline'' ) bahan ber(kaca)berkaca, pengaliran kelikatan ( ''viscous'' ) merupakan sumber kecacatan plastik, dan juga amat perlahan. Ia denganoleh itu, ia diabaikan dalam kebanyakan appplikasiaplikasi bahan seramik
Bahan seramik amat kukuh dibawahdalam tekanan, dan mampu beroperasi pada suhu tinggi. Kekerasannya menjadikan ia sesuai sebagai bahan pengkakis, dan mata pemotong dalam perkakasan.
=== Ciri-ciri pembalikan ===
Sesetengah bahan seramik mampu menahan suhu amat tinggi tanpa kehilangan ketahanannya. Bahan ini dikenali sebagai bahan refraktori ( ''refractory material'' ). Ia biasanya mempunyai pengalir haba yang rendah, dan oleh itu digunakan sebagai penebat haba ( ''thermal insulators'' ). Sebagai contoh, bahagian perut [[pesawat ulang alik angkasa|pesawat ulang alik angkasa ( ''Space Shuttle'' )]] diperbuat daripada tilejubin seramik yang melindungi pesawat angkasa daripada suhu tinggi yang dihadapi ketika kemasukan semula ke atmospera [[bumi]].
Keperluan paling penting untuk bahan refraktori adalahialah ia tidak akan lembik atau cair, dan ia kekal tidak aktif pada suhu yang diingini. Keperluan akhir berdasarkan pada kedua-dua pereputan diri dan reaksitindak balas dengan bahan campuran lain yang mungkin hadir, setiap satunya boleh membahayakan.
Keporosan menjadi lebih berkait dengan refraktori ( ''refractories'' ). Apabila keporosan dikurangkan, kekuatan, keupayaan daya ampu ( ''load-bearing'' ), dan rintangan persekitaran menurun apabila bahan menjadi semakin padat. Bagaimanapun, apabila kepadatan meningkatkan ketahanan kepada kejutan haba thermal (keretakan akibat pertukaran suhu mengejut) dan ciri-ciri penebatah dikurangkan. Banyak bahan digunakan dalam bentuk amat poros, dan ia bukannya satu perkara luar biasa untuk mendapati dua bahan digunakan: lapisan poros, dengan ciri-ciri penebat yang baik, dengan salutan nipis bahan lebih padat untuk membekalkan ketahanan.
Ia adalah memeranjatkanMemeranjatkan bahawa bahan ini boleh digunakan pada suhu yang ia berada dalam keadaan separuh cair. Sebagai contoh, batu bata silika yang digunakan untuk melapis ketuhar menghasilkan besi digunakan pada suhu sehingga 1650°C (3000°F), di mana sebahagian batu bata akan cair. Mereka bentuk untuk situasi sebegitu tidak menghairankan jika ia memerlukan pengawalan yang agak terperinci mengenai semua sudut pembinaan dan kegunaan.
==== Penebat dan tingkah laku dielekctrik ( ''dielectric'' )dielektrik ====
Kebanyakan bahan seramik tidak mempunyai pembawa cas boleh gerak, dan oleh kerana itu tidak mengalirkan elektrik. Apabila digabungkan dengan ketahanannya, keadaan ini mendorong kepada penggunaannya dalam penghasilan kuasa dan transmisi ( ''transmission'' ).
Talian kuasa sering didisokong sokongdaripada dari pylonspilon oleh cakera porcelain, yang cukup penebatberpenebat untuk menangani panahan kilat, dan mempunyai kekuatan mekanikal untuk memegang kabel.
Sub-kategori dari ciri-ciri penebatnya adalahialah dielectricdieletrik. DielectricDieletrik yang bagus akan mengekalkan medan elektrik melaluinya, tanpa menyebabkan kehilangan kuasa. Ciri Iniini adalah penting untuk penghasilan kapasitor. DielectricsDieletrik seramik digunakan dalam dua kawasan. Yang pertama adalahialah frekuensi tinggi kehilangan rendah dielectricsdieletrik, digunakan dalam aplikasidiaplikasikan seperti ketuhar gelombang ( ''microwave'' )mikro dan pemancar radio. Yang lain adalahialah bahan dengan konstant ''constants''pemalar dielectricdieletrik tinggi (ferroelectrikferoeletrik). Walaupun dielectricsdieletrik seramik kurang elok berbanding pilihan lain untuk kebanyakan tujuan, ia memenuhi kedua-dua bahagian dengan baiknya.
==== FerroelektrikFeroelektrik, piezoelektrik dan pyroelektrikpiroelektrik ====
Bahan [[ferroelektrikferoelektrik]] adalahialah sesuatu yang boleh menghasilkan kepolaran ( ''polarization '' ) secara spontan tanpa medan elektrik. Bahan ini menunjukkan medan elektrik kekal, dan ini merupakan sumber konstantpemalar dielektrik yang amat tinggi ( ''extremely high dielectric constants'' ).
Bahan [[piezoelektrik]] adalahialah bahan dimanayang mana medan elektrik boleh ditukar atau dihasilkan dengan mengenakan tekanan kepada bahan tersebut. Ia digunakan dalam pelbagai kegunaan, khususnya sebagai transduker -– menukar pergerakan kepada signal elektrik, atau sebaliknya. Ia digunakan dalam peranti seperti mikrophone, penjana ultrasound, dan pengukur tekanan ( ''strain gauges'' ).
Bahan [[pyroelektrikpiroelektrik]] menghasilkan medan elektrik apabila dipanaskan. Sesetengah pyroelektrik seramik amat sensitif sehinggakan ia dapat mengesan perubahan suhu disebabkan seseorang memasuki bilik (sekitar 40 micro mikro-Kelvin). Malangnya, peranti sedemikian tidak tepat, jadi ia sering digunakan secara berkembar -– satu tertutup, satu terbuka -– dan hanya perbezaan antara keduanya digunakan.
==== Semikonduktor ====
Terdapat beberapa jenis seramik yang merupakan [[semikonduktor]]. Kebanyakan daripadanya adalahialah oksida besi peralihan ( ''transition metal oxides'' ) yang semikonduktor II-VI, seperti zinczink oksida.
Walaupun terdapat perbincangan untuk menghasilkan [[LED]] biru daridaripada zink oksida, pakar seramik lebih berminat dalamakan ciri-ciri elektrik yang menunjukkan kesan sempadan grain ( ''grain boundary effects'' )bintik.
Peranti yang paling digunakan secara meluas adalahialah ''varistor''. Peranti ini menunjukkan ciri-ciri luar biasa rintangan negetif. Apabila voltage melalui peranti ini mencapai tahap sempadan tertentu, terdapat kegagalan struktur elektrik dalam sekitar sempadan grainbintik, yang menyebabkan rintangan elektriknya menurun daripada beberapa mega-ohm turun kepada beberapa ratus sahaja. Kebaikannya adalahialah ia dapat mengyingkirkan banyak tenaga, dan reset secara sendiri - selepas voltage melintasi peranti itu turun di bawah hadbatas, rintangannya kembali naik.
Ini menjadikan ia sesuai untuk applakasiaplikasi pelindung- peningkatan ( ''surge-protection'' ). Kerana terdapat kawalan melebihi had voltagevoltan dan ketahanan kuasa, ia digunakan dalam pelbagai applakasiaplakasi. Demonstrasi terbaik mengenai kebolehannya adalah di sub stesyensubstesen elektrik, dimanadi mana ia digunakan untuk melindungi infrastruktur daripada panahan kilat. Ia mempunyai tindakbalas pantas, penyelenggaraan mudah, dan tidak mudah rosak akibat penggunaan, menjadikan ia sebagai peranti terbaik untuk applikasiaplikasi ini.
Seramik semikonduktor juga digunakan sebagai pengesan gas. Apabila pelbagai gas melalui seramik polikristal ''polycrystalline'', rintangan elektriknya bertukar. Peranti yang murah dapat dihasilkan apabila ia diselaraskan kepada campuran gas yang berkenaan.
==== Superkonduktiviti ====
Di bawahDalam sesetengah keadaan, seperti tahap suhu amat rendah, sesetengah seramik menunjukkan [[superkonduktiviti]]. Sebab sebenarnya tidaklah diketahui, tetapi terdapat dua keluarga utama seramik superkonduktiviti.
Tembaga oksida ( ''copper oxides'' ) rumit diwakili oleh [[tembaga]] oksida Yttrium barium ''Yttrium barium copper oxide'', sering diringkaskan kepada YBCO, atau 123 (menurut rationisbah logam dalam formula stoichiometriknya [[YBa<sub>2</sub>Cu<sub>3</sub>O<sub>7-x</sub>]]). Ia amat terkenal kerana ia mudah dihasilkan, penghasilannya tidak membabitkan logam merbahaya, dan ia mempunyai suhu tahap ( ''transition'' ) superkonduktiviti pada 90K (yang lebih tinggi daridaripada suhu nitrogen cecair (77K)). '''x''' dalam formula ini merujuk kepada fakta bahawa stoichiometrik sepenuhnya YBCO bukannya superkonduktor, jadi ia mesti dalam keadaan kurang [[oksigen]] sedikit, dengan x biasanya sekitar 0.3.
Keluarga utama lain bagi seramik superkonduktiviti adalahialah magnesium diboridediborida. Pada masa ini ia terletak dalam keluarga tersendiri. Ciri-cirinya tidaklah mengkagumkanmengagumkan sangat, tetapi secara kimia amat berlainan dengan superkonduktor yang lain dari segi ia bukannya tembaga oksida rumit ataupun logam. Disebabkan perbezaan ini, diharapkan kajian mengenai bahan ini kan memberikan kesedaran asas kepada phenomena superkonduktiviti.
== Memproses bahan seramik ==
Seramik bukan- berkristal ( ''Non-crystalline'' ), asal [[kaca]], cenderung terbentuk daridaripada cecair. Kaca dibentuk ketika cair sepenuhnya, melalui acuan, atau ketika dalam bentuk lembik, melalui cara meniup ke dalam acuan.
Bahan seramik berkristal tidak sesuai untuk bentuk pemprosesan yang luas. Kaedah untuk mengendalikan mereka biasanya terbahagi kepada dua - sama ada menjadikan seramik dalam bentuk yang dikehendaki, melalui reaksitindak ketika itu (balas ''in situ'' ), atau dengan membentuk serbuk dalam bentuk diingini, dan kemudian ( ''sintering'' ) untuk membentuk pepejal. Beberapa kaedah pula menggunakan pendekatan gabungan antara kedua kaedah
=== pembuatan di situ. ( ''In situ'' ) ===
Kegunaan utama kaedah ini adalah penghasilan simen dan konkrik ( ''concrete'' )konkrit. Di sini, serbuk kering dicampur dengan air, dan memulakan reaksitindak hydrasibalas penghidratan, yang menghasilkan kristal saling berpaut panjang sekeliling ''aggregates''. Lama-kelamaan, tindak balas ini akan menghasilkan seramik pejal.
Masalah utama dengan kaedah ini adalahialah kebanyakan reaksitindak balas terlalu pantas untuk pengaulan yang baik, yang menghalang pembinaan besar-besaran. Bagaimanapun, sistem berskala kecil boleh dilakukan dengan teknik deposit ( ''deposition techniques'' ), di mana pelbagai bahan diletakkan di atas bahan asas ( ''substrate'' ), dan bertindakbalas dan membentuk seramik atas bahan asas ( ''substrate'' ). Teknik yang dipinjam daridaripada industri semikonduktor, seperti [[Chemical vapor deposition|''chemical vapour deposition'']], dan amat berguna untuk lapisan.
Kaedah ini cenderung untuk menghasilkan seramik yang pejal tetapi agak lambat.
=== Kaedah berasaskan pembakaran ''sintering'' ===
Prinsip kaedah berasaskan pembakaran ( ''sintering'' ) adalah mudah. Apabila objek yang dibentuk secara kasar (dikenali sebagai "bentuk hijau - green body"), ia dibakar di dalam relau, di mana proses penyepaduan [[diffusionpembauran]] menyebabkan bentuk hijau mengecut, dan menutup liang padanya, menghasilkan bahan yang lebih kukuh dan padu. Pembakaran ini dilakukan pada suhu rendah dari tahap cair seramik. Keporosan akan hampir sentiasa tinggal, tetapi kelebihan kaedah ini adalahialah badan hijau boleh dibentuk dalam sebarang bentuk yang diingini, dan masih boleh di bakardibakar. IniHal ini menjadikan kaedah ini kaedah paling mudah.
Terdapat beribu cara penghalusan dalam proses ini. Sebahagian yang biasa termasuk menekan badan hijau untuk memberikan penyepaduan ''densification'' permulaan awal dan mengurangkan masa pembakaran yang diperlukan. Kadangkala pelekat organik ditambah bagi mengekalkan bentuk badan hijau, yang akan hilang terbakar ketika pembakaran. Kadang kala pelicin organik ditambah ketika pemampatan untuk meningkatkan lagi penyepaduan. Bukanlah sesuatu yang luarbiasa bagi menggabungkan kesemua tersebut, dan menambah pengikat dan pelicin kepada serbuk dan dimampatkan sebelum dibakar.
Adunan juga boleh digunakan bagi menggantikan serbuk, sebelum dibentuk dengan acuan kepada bentuk yang diingini, dikeringkan dan dibakar. Malah, barangan tembikar traditionaltradisional dihasilkan melalui kaedah ini, menggunakan adunan yang dibentuk dengan menggunakan tangan.
Jika campuran pelbagai bahan digunakan bersama sebagai seramik, kadang kala suhu pembakaran melebihi tahap cair salah satu bahan campuran * pembakaran ''fasa cair''. Ini menghasilkan tempoh pembakaran yang lebih pendek berbanding pembakaran bentuk pejal.
== Beberapa applikasiaplikasi seramik ==
Beberapa abad dahulu, penyelidikan di syarikat [[Toyota]] telah menghasilkan enjin seramik yang mampu bergerak pada suhu sehingga 6000°F (3300°C). Enjin seramik tidak memerlukan sistem penyejukan dan dengan itu membenarkan penyingkiran sistem penyejukan, pengurang berat yang utama, dan penjimatan minyak yang lebih baik. [[Keberkesanan bahanapi|Keberkesanan bahanapibahan ( ''Fuel efficiency'' )api]] enjik juga meningkat pada suhu lebih tinggi. Dalam enjin logam biasa, kebanyakan tenaga yang dibebaskan daridaripada bahan api mesti dibebaskan sebagai haba buangan agar bahagian logam dalam enjin tidak cair.
Walaupun dengan kelebihan ini, enjin sebegitu tidak dihasilkan kerana penghasilan bahagian enjin seramik amat sukar. Kecacatan pada seramik akan mengakibatkan keretakan enjin. Enjin sebegitu hanya dapat dihasilkan dalam makmal penyelidikan, tetapi kesukaran untuk penghasilan secara besar-besaran menghalang enjin seramik daripada menjadi barangan pengilangan yang terjamin mutu pengeluarannya.
| 