सरमेट

सेरमेट सिरेमिक और धातु पदार्थ से बना एक मिश्रित पदार्थ है।

सेरमेट दोनों सिरेमिक के आकर्षक गुणों को संयोजित कर सकता है, जैसे कि उच्च तापमान प्रतिरोध और दृढ़ता, और एक धातु, जैसे कि प्लास्टिक विरूपण से गुजरने की क्षमता, धातु का उपयोग ऑक्साइड, बोराइड या कार्बाइड के लिए बाइंडर के रूप में किया जाता है। सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले धातु तत्व निकल, मोलिब्डेनम और कोबाल्ट होते हैं। पदार्थ की भौतिक संरचना के आधार पर, सेरमेट धातु मैट्रिक्स संयोजन भी हो सकते हैं, लेकिन सामान्यतः मात्रा से 20% धातु कम होती है।

सेरमेट का उपयोग प्रतिरोधों (विशेषकर पोटेंशियोमीटर), संधारित्र और अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटकों के निर्माण में किया जाता है जो उच्च तापमान का अनुभव कर सकते हैं।

अधिकतम घिसाव और संक्षारण गुणों के कारण आरी और अन्य ब्रेज़्ड उपकरणों में टंगस्टन कार्बाइड के बजाय सेरमेट का उपयोग किया जाता है। टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN), टाइटेनियम कार्बोनिट्राइड (TiCN), टाइटेनियम कार्बाइड (TiC) और इसी तरह टंगस्टन कार्बाइड की तरह ब्रेज़्ड किया जा सकता है यदि ठीक से तैयार किया गया हो, हालांकि उन्हें घिसाव के दौरान विशेष संचालन की आवश्यकता होती है।

अधिकतम चरणों की रचनाएँ, एल्यूमीनियम या टाइटेनियम मिश्र धातुओं के साथ टर्नरी कार्बाइड या नाइट्राइड के अग्रणी वर्ग का अध्ययन 2006 से किया गया है क्योंकि उच्च मूल्य वाली पदार्थ कठोरता और संपीड़ित शक्ति के साथ-साथ सिरेमिक के अनुकूल गुणों का प्रदर्शन करती है। नमनीयता और संकुचन दृढ़ता आमतौर पर धातुओं से जुड़ी होती है. एल्यूमीनियम-मैक्स चरण कंपोजिट सहित ऐसी सेरमेट पदार्थ, में मोटर वाहन और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में संभवतः संभावित अनुप्रयोग हैं।

कुछ प्रकार के सेरमेट को अंतरिक्ष यान परिरक्षण के रूप में उपयोग करने के लिए भी माना जा रहा है क्योंकि वे माइक्रोमेटोरोइड्स और कक्षीय मलबे के उच्च वेग प्रभावों का विरोध करते हैं जैसे कि अधिक पारंपरिक अंतरिक्ष यान पदार्थ की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से एल्यूमीनियम और अन्य धातु हैं।

इतिहास
द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, उच्च तापमान और उच्च तनाव-प्रतिरोधी पदार्थ विकसित करने की आवश्यकता स्पष्ट हो गई. युद्ध के दौरान, जर्मन वैज्ञानिकों ने मिश्र धातुओं के विकल्प के रूप में ऑक्साइड बेस सेरमेट विकसित किया। उन्होंने नए जेट इंजनों के उच्च तापमान वाले वर्गों के साथ-साथ उच्च तापमान वाले टरबाइन ब्लेड के लिए इसका उपयोग देखा. आज सिरेमिक को नियमित रूप से जेट इंजन के दहन भाग में लागू किया जाता है क्योंकि यह उष्मा प्रतिरोधी कक्ष प्रदान करता है. सिरेमिक टरबाइन ब्लेड भी विकसित किए गए हैं. ये ब्लेड स्टील की तुलना में हल्के होते हैं और ब्लेड संयोजन के अधिक त्वरण के लिए उपयोग किए जाते हैं।

संयुक्त राज्य वायु सेना ने पदार्थ प्रौद्योगिकी में क्षमता देखी और अमेरिका में विभिन्न अनुसंधान कार्यक्रमों के लिए प्रमुख प्रायोजकों में से एक बन गया। शोध करने वाले पहले विश्वविद्यालयों में से कुछ ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी, इलिनोइस विश्वविद्यालय और रटगर्स विश्वविद्यालय थे।

शब्द सेरमेट वास्तव में संयुक्त राज्य वायु सेना द्वारा निर्मित किया गया था, यह विचार कि वे दो सामग्रियों, धातु और सिरेमिक का संयोजन हैं। धातुओं के मूल भौतिक गुणों में नमनीयता, उच्च शक्ति और उच्च तापीय चालकता सम्मिलित है। सिरेमिक में उच्च गलनांक, रासायनिक स्थिरता और विशेष रूप से ऑक्सीकरण प्रतिरोध जैसे बुनियादी भौतिक गुण होते हैं।

सिरेमिक भाग के लिए पहले सिरेमिक धातु पदार्थ में मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO), बेरिलियम ऑक्साइड (BeO) और एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al2O3) का उपयोग किया गया। उच्च तनाव विच्छेद की प्रबलता पर प्रभाव लगभग 980 ° C था। ओहियो स्टेट यूनिवर्सिटी 1200 °C के आसपास उच्च तनाव विच्छेदन क्षमता के साथ Al2O3 आधारित सेरमेट विकसित करने वाला एकमात्र था। केनामेटल, धातु-काम करने वाली और उपकरण कंपनी है जो लैट्रोब, पीए, यूएसए में स्थित है, 19 मेगापस्कल्स (2,800 पीएसआई) और 100 घंटे के तनाव विच्छेदन की क्षमता के साथ 980 °C पर पहला टाइटेनियम कार्बाइड सेरमेट विकसित किया था। जेट इंजन इस तापमान पर संचालित होते हैं और घटकों के लिए इन सामग्रियों का उपयोग करने पर अधिक शोध किया गया था।

इन सिरेमिक धातु यौगिकों के निर्माण में गुणवत्ता नियंत्रण को मानकीकृत करना कठिन था। उत्पादन को लघु खण्डों में रखा जाना था और इन खण्डों के भीतर, गुण बहुत भिन्न थे। पदार्थ की विफलता आमतौर पर प्रसंस्करण के दौरान सामान्य रूप से न्यूक्लियेटेड दोषों का परिणाम थी।

1950 के दशक में प्रचलित तकनीक जेट इंजनों के लिए एक सीमा तक सीमित हो गई, जहां थोड़ा और सुधार किया जा सकता था। इसके बाद, इंजन निर्माता सिरेमिक धातु इंजन विकसित करने के लिए अनिर्दिष्ट थे। 1960 के दशक में नए सिरे से रुचि उत्पन्न हुई जब सिलिकॉन नाइट्राइड और सिलिकॉन कार्बाइड को अधिक निकटता से देखा गया। दोनों सामग्रियों में बेहतर थर्मल शॉक प्रतिरोध, उच्च शक्ति और मध्यम तापीय चालकता थी।

सिरेमिक-से-धातु संयुक्त और सील
सिरेमिक-टू-मेटल संयुक्त अनुप्रयोगों में सबसे पहले सिरमेट का बड़े पैमाने पर उपयोग किया गया था। वैक्यूम ट्यूबों का निर्माण पहले महत्वपूर्ण प्रणालियों में से एक था, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग ऐसे जवानों को रोजगार और विकसित कर रहा था। जर्मन वैज्ञानिकों ने माना कि बेहतर प्रदर्शन और विश्वसनीयता के साथ वैक्यूम ट्यूब का उत्पादन ग्लास के लिए सिरेमिक को प्रतिस्थापित करके किया जा सकता है। उच्च तापमान पर सिरेमिक ट्यूबों को बाहर निकाला जा सकता है। उच्च तापमान सील के कारण, सिरेमिक ट्यूब ग्लास ट्यूबों की तुलना में उच्च तापमान का सामना करते हैं। सिरेमिक ट्यूब भी यांत्रिक रूप से मजबूत होते हैं और ग्लास ट्यूबों की तुलना में थर्मल शॉक के प्रति कम संवेदनशील होते हैं। आज, सेरमेट निर्वात ट्यूब लेप सौर गर्म पानी प्रणालियों के लिए महत्वपूर्ण सिद्ध हुए हैं।

सिरेमिक-टू-मेटल मैकेनिकल सील का भी उपयोग किया गया है. परंपरागत रूप से उनका उपयोग ईंधन कक्षों और अन्य उपकरणों में किया जाता है जो रासायनिक, परमाणु या थर्मियोनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं. सिरेमिक-टू-मेटल सील को संक्षारक तरल-धातु वाष्प में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए गए टरबाइन-संचालित जनरेटर के विद्युत वर्गों को पृथक करने की आवश्यकता होती है।

जैव चीनी मिट्टी
बायोमेडिकल पदार्थ में बायोकेमिकल एक व्यापक भूमिका निभाते हैं। इन सामग्रियों के विकास और विनिर्माण तकनीकों की विविधता ने उन अनुप्रयोगों को व्यापक बना दिया है जिनका उपयोग मानव शरीर में किया जा सकता है। वे धातु प्रत्यारोपण पर पतली परतों के रूप में हो सकते हैं, बहुलक घटक के साथ कंपोजिट, या यहां तक कि सिर्फ झरझरा नेटवर्क. ये पदार्थ कई कारणों से मानव शरीर के भीतर अच्छी तरह से काम करती है। वे निष्क्रिय हैं, और क्योंकि वे पुन: प्रयोज्य और सक्रिय हैं, पदार्थ अपरिवर्तित शरीर में रह सकती है। वे भंग भी कर सकते हैं और सक्रिय रूप से शारीरिक प्रक्रियाओं में भाग ले सकते हैं, उदाहरण के लिए, जब हाइड्रॉक्सिलपैटाइट, रासायनिक रूप से हड्डी संरचना के समान एक पदार्थ, हड्डी को इसमें विकसित करने में एकीकृत और मदद कर सकती है। बायोकेमिक्स के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य सामग्रियों में एल्यूमिना, ज़िरकोनिया, कैल्शियम फॉस्फेट, ग्लास सिरेमिक और पाइरोलाइटिक कार्बन सम्मिलित हैं।

हिप प्रतिस्थापन सर्जरी में जैव सिरेमिक का एक महत्वपूर्ण उपयोग है। प्रतिस्थापन कूल्हे जोड़ों के लिए उपयोग की जाने वाली पदार्थ आमतौर पर टाइटेनियम जैसे धातुएं होती थीं, आमतौर पर हिप सॉकेट प्लास्टिक के साथ पंक्तिबद्ध होता था. मल्टीएक्सियल बॉल कठिन धातु की गेंद थी, लेकिन अंततः इसे लंबे समय तक चलने वाली सिरेमिक बॉल से बदल दिया गया। इससे कृत्रिम कूल्हे सॉकेट के प्लास्टिक अस्तर के खिलाफ धातु की दीवार से जुड़ी खुरदरापन कम हो गया। सिरेमिक प्रत्यारोपण के उपयोग ने हिप प्रतिस्थापन भागों के जीवन को विस्तारित कर दिया है।

दंत चिकित्सा भी दंत चिकित्सा में भराव और कृत्रिम अंग के लिए पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है।

परिवहन
सिरेमिक भागों का उपयोग धातु भागों के साथ ब्रेक और क्लच के लिए घर्षण पदार्थ के रूप में किया जाता है।

विद्युत हीटर
विद्युत प्रतिरोध हीटर में परितप्त तत्वों के रूप में सिरमेट का उपयोग किया जाता है. निर्माण तकनीक सिरे के रूप में तैयार किए गए सेरमेट पदार्थ से प्रारम्भ होती है, फिर इसे सब्सट्रेट पर प्रिंट करती है और इसे उष्मा से ठीक करती है. यह तकनीक परितप्त तत्वों के जटिल आकार के निर्माण की सुविधा देती है. सेरमेट हीटिंग तत्वों के लिए अनुप्रयोगों के उदाहरणों में थर्मोस्टेट हीटर, बोतल स्थिरीकरण के लिए ऊष्मा स्रोत, कॉफी कैफ़े वार्मर, ओवन नियंत्रण के लिए हीटर और लेजर प्रिंटर फ्यूज़र हीटर सम्मिलित हैं।

अन्य अनुप्रयोग
संयुक्त राज्य सेना आर्मी और ब्रिटिश आर्मी ने सेरमेट्स के विकसित होने में व्यापक शोध किया है। इनमें सैनिकों के लिए हल्के सिरेमिक प्रक्षेप्य रोधी कवच का विकास और चोभम कवच भी सम्मिलित हैं।

काटने के उपकरण पर मशीनीकरण में भी सिरमेट का उपयोग किया जाता है।

मछली पकड़ने की छड़ के लिए उच्च गुणवत्ता वाले लाइन गाइड में रिंग पदार्थ के रूप में भी सिरमेट का उपयोग किया जाता है।

क्षीण विदारक सामग्री का सेरमेट (उदाहरण यूरेनियम, प्लूटोनियम) और सोडालाइट को परमाणु कचरे के भंडारण में इसके लाभों के लिए शोध किया गया है। इसी तरह के संयोजनों को परमाणु रिएक्टरों और परमाणु थर्मल रॉकेट के लिए ईंधन के रूप में उपयोग करने के लिए भी शोध किया गया है।

नैनोस्ट्रक्चर किए गए सेरमेट के रूप में, इस पदार्थ का उपयोग प्रकाश क्षेत्र में किया जाता है, जैसे कि सौर अवशोषक / वैकल्पिक सतह। कणों के आकार के लिए उपयोग किया जाता है (~ 5 एनएम), धातु कणों पर सतह के प्लास्मोन उत्पन्न होते हैं और ऊष्मा संचरण को सक्षम करते हैं। इसका उपयोग फ्लैगशिप गोताखोर सेको प्रोस्पेक्स एलएक्स लाइन सीमित संस्करण घड़ी के बेजल पर ( नवंबर 2019 ) भी उपयोग किया गया था।

यह भी देखें

 * ग्लिडकॉप
 * परमाणु ईंधन
 * परमाणु ईंधन चक्र

बाहरी संबंध

 * A Review of Fifty Years of Space Nuclear Fuel Development Programs (broken)