ارسال نور در فیبر نوری

فرض کنيد، قصد داشته باشيم با استفاده از يک چراغ قوه يک راهروی بزرگ و مستقيم را روشن نمائيم. همزمان با روشن نمودن چراغ قوه، نور مربوطه در طول مسير مستقيم راهرو تابانده شده و آن را روشن خواهد کرد. با توجه به عدم وجود پيچ و خم در راهرو در رابطه با تابش نور چراغ قوه مشکلی وجود نداشته و چراغ قوه می تواند (با توجه به نوع آن) محدوده مورد نظر را روشن کرد. در صورتيکه راهروی فوق دارای خم و يا پيچ باشد، با چه مشکلی برخورد خواهيم کرد؟ در‌اين حالت می توان از يک‌آينه در محل پيچ راهرو استفاده كرد تا باعث انعکاس نور از زاويه مربوطه گردد. در صورتيکه راهروی فوق دارای پيچ های زيادی باشد، چه کار بايد کرد؟ در چنين حالتی بايد در تمام طول مسير از‌آينه استفاده کنیم. بدين ترتيب نور تابانده شده توسط چراغ قوه (با يک زاويه خاص) از نقطه‌ای به نقطه‌ای ديگر حرکت کرده و مسير را روشن خواهد كرد. عمليات فوق مشابه آن چيزی است که در فيبر نوری انجام می گيرد.

نور، در کابل فيبر نوری از طريق هسته (نظير راهروی مثال ارائه شده) و توسط جهش های پيوسته با توجه به روكش (Cladding) (مشابه ديوارهای شيشه ای مثال ارائه شده) حرکت می کند (Total Internal Reflection). به علت ‌اينكه روكش هيچ نوري از هسته جذب نمي‌كند نور مي‌تواند مسافت زيادي را طي كند. به هرحال مقداري از موج‌هاي نور به علت وجود ناخالصي موجود در فيبر ضعيف مي‌شوند! ميزان تضعيف نور به ميزان خلوص شيشه و طول موج نور ارسالي بستگي دارد. (براي مثال: ميزان تضعيف در طول موج 850 نانومتر= 60 تا 75% بر كيلومتر؛ ميزان تضعيف در طول موج 1300 نانومتر=50 تا 60 % بر كيلومتر؛ ميزان تضعيف در طول موج 1550 نانومتر كمتر از 50% بر كيلومتر است). در فيبرهاي نوري با كيفيت بالا (Premium Fiber Optic) ميزان تضعيف در طول موج 1500 نانومتر كمتر از 10% است.

شيشه قطعه خام با استفاده از پروسه رسوب بخار شيميايي تغيير يافته (MCVD) ساخته مي‌شود.
در MCVD اكسيژن به صورت حباب وارد ظرفي، ز محلول سليكن كلريد (SiCl₄) و ژرمانيم كلريد (GeCl₄) و يا ديگر مواد شيميايي، مي‌شود. تركيب دقيق مواد تابع چندين مشخصه فيزيكي و نوري است (. . .، ضريب انبساط، نقطه ذوب و. . . ). بخار گاز به سمت تركيبي از سليكا (Synthetic Silica) يا لوله كوارتز (Quartz Tube) (Cladding) در يك ماشين تراش ويژه هدايت مي‌شود. وقتي كه ماشين شروع به چرخيدن مي‌كند مشعلي در بيرون لوله حركت مي‌كند. گرماي زياد مشعل باعث روي دادن دو چيز مي‌شود:

سليكن كلريد و ژرمانيم كلريد با اكسيژن واكنش نشان مي‌دهند و سليكن دي اكسيد (SiO₂) و ژرمانيم دي‌اكسيد (GeO₂) بوجود مي‌آيد.

سليكن دي اكسيد و ژرمانيم دي‌اكسيد درون لوله ته نشين شده در هم ادغام مي‌شوند و شيشه درست مي‌شود.
براي‌ايجاد يك روكش صاف و يكنواخت (Consistent). خلوص شيشه با استفاده از پلاستيك خوردگي نا پذير (Corrosion-Resistant) سيستم گاز رساني (شيرهاي مسدودكننده، لوله‌ها و عايق‌ها) و كنترل دقيق تركيب نگهداري مي‌شود. پروسه ساخت قطعه اوليه كاملا اتوماتيك بوده و ساعت‌ها طول مي‌كشد. بعد از سرد شدن قطعه خام كنترل كيفي مي‌شود

وقتي نور از يك سطح با يك ضريب شكست (m₁) به سطح ديگري با ضريب شكست كمتر (m₂) وارد مي‌شود، شكسته يا منعكس مي‌شود. به عبارت ديگر نور شكست مي‌خورد و مسير آن نسبت به خط فرضي عمود برسطح خارجي دورتر مي‌شود. (شكل)

در زاويه حد (Critical angle) نور منعكس شده وارد M₂ نمي‌شود، ولي در عوض در امتداد دو سطح حركت مي‌كند. با توجه به فرمول (sin (critical angle = n₂/n₁ هر وقت n₁ و n₂ ضرايب شكست باشند (n1 كوچكتر از n2) ). اگر پرتو با زاويه‌اي بيشتر از زاويه حد از ميان m1 عبور كند پرتو كاملا منعكس مي‌شود و به داخل m1 بازمي‌گردد (Total Internal Reflection) حتي اگر m2 شفاف باشد.
در فيزيك زاويه حد نسبت به خط عمود (Normal Line) تعريف مي‌شود اما در فيبرهاي نوري نسبت به محوري موازي در وسط فيبر (Parallel Axis) تعريف مي‌شود. بنابراين زاويه حد فيبرنوري= (90 Degrees – Physics Critical Angle).

در يك فيبرنوري، نور در داخل هسته (m_1، ضريب انعكاس بيشتر) با يك انعكاس ثابت از جانب پوشش بيروني (m₂، ضريب انعكاس كمتر) حركت مي‌كند. زيرا زاويه تابش نور هميشه از زاويه حد بزرگتر است. ميزان زاويه فيبر براي منعكس كردن نور به وسيله روكش اهميتي ندارد حتي اگر يك دايره تشكيل بدهد!

به علت ‌اينكه روكش هيچ نوري از هسته جذب نمي‌كند نور مي‌تواند مسافت زيادي را طي كند. به هرحال مقداري از موج‌هاي نور به علت وجود ناخالصي موجود در فيبر ضعيف مي‌شوند! ميزان تضعيف نور به ميزان خلوص شيشه و طول موج نور ارسالي بستگي دارد. (براي مثال: ميزان تضعيف در طول موج 850 نانومتر 60 تا 75% بر كيلومتر؛ ميزان تضعيف در طول موج 1300 نانومتر50 تا 60 % بر كيلومتر؛ ميزان تضعيف در طول موج 1550 نانومتر كمتر از 50% بر كيلومتر است). در فيبرهاي نوري با كيفيت بالا (Premium Optical Fibers) ميزان تضعيف در طول موج 1500 نانومتر كمتر از 10% است.

كشيدن فيبرها از قطعه خام

بعد از‌اينكه قطعه خام تست شد وارد برج كشيدن فيبر (Fiber Drawing Tower) مي‌شود.

قطعه خام پايين آمده و وارد كوره گرافيت (1900 تا 2200 درجه سانتي‌گراد) مي‌شود. وقتي كه نوك آن ذوب شده و بر اثر جاذبه زمين سقوط مي‌كند در‌اين زمان سرد شده و به صورت تار نازكي در مي‌آيد.

اپراتور تارها را از يك سري محفظه پوشش دهنده و مستحكم كننده‌هاي ماوراء بنفش عبور مي‌دهد و در آخر آن را به يك

قرقره اتوماتيك (Tractor-Controlled Spool) متصل مي‌كند. قرقره اتوماتيك فيبر را به آرامي‌جمع مي‌كند. قطر فيبر بوسیله ميكرومتر ليزري به دقت كنترل مي‌شود و اطلاعات به قرقره اتوماتيك داده مي‌شود. فيبر با سرعت10 تا 20 متر بر ثانيه از قطعه خام كشيده

مي‌شود. عجيب نيست كه در يك قرقره بيش از 2. 2 كيلومتر پيچيده شود!

دانستيم كه سيستم فيبرنوري چگونه كار مي‌كند و از چه جهت براي ما مفيد است. حال در مي‌يابيم كه فيبرنوري چگونه ساخته مي‌شود. فيبرنوري از شيشه نوري (Optical Glass) بسيار خالص ساخته مي‌شود. ما فكر مي‌كنيم شيشه پنجره شفاف است؛ اما شيشه هرچه كلفتتر شود، به علت داشتن ناخالصي، شفافيت خود را از دست مي‌دهد. به هر حال شيشه موجود در فيبرنوري بسيار خالص تر از شيشه پنجره است. يك شركت سازنده فيبرنوري كيفيت (شفافيت) شيشه آن را‌اين چنين توصيف مي‌كند: اگر شما بالاي اقيانوسي از كيلومترها شيشه فيبرنوري قرار داشته باشيد مي‌توانيد به خوبي كف اقيانوس را ببينيد!

ساخت فيبرنوري نيازمند مراحل زير است:

• ساخت سيلندر شيشه‌اي اوليه (قطعه خام)
• كشيدن فيبرها از قطعه خام
• تست كردن فيبرها

تست فيبرنوري نهايي

فيبرهاي نوري نهايي با معيارهاي زير تست مي‌شود:

• پروفيل ضريب شكست – مشخصه ميزان عبور نور براي سطح مقطع و طيف نور
• شكل فيبر– قطر هسته، اندازه و قطر روكش بايد يكسان باشد
• تضعيف – ميزان تضعيف طول موج‌هاي مختلف نسبت به فاصله
• پهناي باند – تعداد سيگنال‌هايي كه توانايي حمل اطلاعات در يك زمان دارا هستند
• تجزيه نور- ميزان تجزيه نور در اطراف نسبت به مركز (مهم براي پهناي باند)
• محدوده دما و رطوبت عملياتي
• ميزان تضعيف نسبت به دما
• توانايي هدايت نور در آب- براي كابل‌هاي زير آب (Undersea Cables)

وقتي كه فيبر مرحله كنترل كيفي را به خوبي پشت سر گذاشت، آن را به شركت‌هاي مخابراتي و فراهم كنندگان شبكه (Network Providers) مي‌فروشند. بسياري از شركت‌ها سيستم‌هاي جديد فيبرنوري (Fiber Optic Based System) را جايگزين سيستم‌هاي قديمي‌خود، كه بر پايه سيم مسي است (Copper Wire Based System)، مي‌كنند.

مزایای فیبر نوری

فيبر نوری در مقايسه با سيم های های مسی دارای مزايای زير است:

• ارزانتر. هزينه چندين کيلومتر کابل نوری نسبت به سيم های مسی کمتر است.
• نازک تر. قطر فيبرهای نوری بمراتب کمتر از سيم‌های مسی است.
• ظرفيت انتقال اطلاعات بالا. پهنای باند فيبر نوری به‌مراتب بيشتر از سيم مسی است.
• تضعيف ناچيز. تضعيف سيگنال در فيبر نوری به‌مراتب کمتر از سيم مسی است.
• سيگنال های نوری. برخلاف سيگنالهای الکتريکی در يک سيم مسی، سيگنال‌های نوری در يک فيبر تاثيری بر فيبر ديگر نخواهند داشت.
• مصرف برق پايين. با توجه به اينكه سيگنال ها در فيبر نوری کمتر ضعيف می گردند، بنابراين می توان از فرستنده هائی با ميزان برق مصرفی پايين نسبت به فرستنده های الکتريکی که از ولتاژ بالائی استفاده می نمايند، استفاده کرد.
• سيگنال های ديجيتال. فيبر نوری براي انتقال اطلاعات ديجيتالی مناسب است.
• غير اشتعال زا. با توجه به عدم وجود الکتريسيته، امکان بروز آتش سوزی وجود نخواهد داشت.
• وزن كم. وزن يک کابل فيبر نوری بمراتب کمتر از کابل مسی (معادل خود) است.

انعطاف پذير. با توجه به انعظاف پذيری فيبر نوری و قابليت ارسال و دريافت نور از آنان، در موارد متفاوت نظير دوربين های ديجيتال با موارد کاربردی خاص مانند: عکس برداری پزشکی، لوله کشی و. . . استفاده می گردد.

سيستم رله فيبر نوری

به‌منظور آگاهی از نحوه استفاده فيبرنوری در سيستم‌های مخابراتی، مثالی را دنبال خواهيم کرد که مربوط به يک فيلم سينمائی و يا مستند در رابطه با جنگ جهانی دوم است. در فيلم فوق دو ناوگان دريايی که بر روی سطح دريا در حال حرکت می باشند، نياز به برقراری ارتباط با يکديگر در يک وضعيت کاملا بحرانی و توفانی را دارند. يکی از ناوها قصد ارسال پيام برای ناو ديگر را دارد. کاپيتان ناو فوق پيامی برای يک ملوان، که بر روی عرشه کشتی مستقر است، ارسال می دارد. ملوان فوق پيام دريافتی را به مجموعه‌ای از کدهای مورس (نقطه و فاصله) ترجمه می نمايد. در ادامه ملوان مورد نظر با استفاده از يک نورافکن اقدام به ارسال پيام برای ناو ديگر می نمايد. يک ملوان بر روی عرشه کشتی دوم، کدهای مورس ارسالی را مشاهده می نمايد. در ادامه ملوان فوق کدهای فوق را به يک زبان خاص (مثلا انگليسی) تبديل و آنها را برای کاپيتان ناو ارسال می دارد. فرض کنيد فاصله دو ناو فوق از يکديگر بسار زياد (هزاران كيلومتر) بوده و بمنظور برقرای ارتباط بين آنها از يک سيستم مخابراتی مبتنی بر فيبرنوری استفاده گردد.

سيستم رله فيبر نوری از عناصر زير تشکيل شده است:

• فرستنده (Transmitter): مسئول توليد و رمز نگاري سيگنال های نوری است.
• فيبر نوری (Optical fiber): سيگنال‌هاي نوري را در طول مسير هدايت مي‌كند.
• تقويت كننده نوری (Optical regenerator): سيگنال‌های نوری در مسافت های طولانی تقويت مي‌كند.
• دريافت کننده نوری (Optical Receiver): سيگنال های نوری را دريافت و رمزگشائی می نمايد.

در ادامه به بررسی هر يک از عناصر فوق خواهيم پرداخت.

فرستنده

وظيفه فرستنده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو فرستنده پيام است. فرستنده سيگنال‌های نوری را دريافت و دستگاه نوری را بمنظور روشن و خاموش شدن در يک دنباله مناسب هدايت می نمايد. فرستنده، از لحاظ فيزيکی در مجاورت فيبر نوری قرار داشته و ممکن است دارای يک لنز بمنظور تمرکز نور در فيبر باشد. ليزرها دارای توان بمراتب بيشتری نسبت به ديودهاي نورانی می‌باشند. قيمت آنها نيز در مقايسه با ديودهاي نوراني به‌مراتب بيشتر است. متداولترين طول موج سيگنال های‌ نوری، 850 نانومتر، 1300 نانومتر و 1550 نانومتر است.

تقويت کننده نوری

همانگونه که قبلا اشاره گرديد، برخی از سيگنال‌ها در مواردي که مسافت ارسال اطلاعات طولانی بوده (بيش از يک کيلومتر) و يا به هر دليلي خلوص شیشه كم باشد، ضعيف شده و حتي از بين خواهند رفت. در چنين مواردی به‌منظور تقويت (بالا بردن) سيگنال های نوری ضعيف شده از يک يا چندين تقويت کننده نوری استفاده می گردد. تقويت کننده نوری از فيبرهای نوری متعدد به‌همراه يک روکش خاص (Doping) تشکيل می گردند. بخش دوپينگ با استفاده از يک ليزر پمپ می گردد. زمانيکه سيگنال تضعيف شده به روکش دوپينگی می رسد، انرژی ماحصل از ليزر باعث می گردد که مولکول های دوپينگ شده، به ليزر تبديل گردند. مولکول های دوپينگ شده در ادامه باعث انعکاس يک سيگنال نوری جديد و قويتر با همان خصوصيات سيگنال ورودی تضعيف شده، خواهند بود.

دريافت کننده نوری

وظيفه دريافت کننده، مشابه نقش ملوان بر روی عرشه کشتی ناو دريافت کننده پيام است. دستگاه فوق سيگنال‌های ديجيتالی نوری را اخذ و پس از رمزگشائی، سيگنال‌های الکتريکی را برای ساير استفاده کنندگان (کامپيوتر، تلفن و. . . ) ارسال می نمايد. دريافت کننده به‌منظور تشخيص نور از يک فتوسل (Photocell) و يا فتوديود (Photodiode) استفاده می کند.

فيبر نوری يكي از محيط های انتقال داده با سرعت بالا است. امروزه از فيبر نوری در موارد متفاوتی نظير: شبکه های تلفن شهری و بين شهری، شبکه های کامپيوتری و‌اينترنت استفاده مي‌‌شود. فيبرنوری رشته‌ای از تارهای شيشه‌ای بوده که هر يك از تارها دارای ضخامتی معادل تار موی انسان را داشته و از آنان برای انتقال اطلاعات در مسافت های طولانی استفاده می شود.

فيبر نوری، رشته ای از تارهای بسيار نازک شيشه ای بوده که قطر هر يک از تارها نظير قطر يک تار موی انسان است. تارهای فوق در کلاف هائی سازماندهی و کابل های نوری را بوجود می آورند. از فيبر نوری بمنظور ارسال سيگنال های نوری در مسافت های طولانی استفاده می شود.

يك فيبر نوری از سه بخش متفاوت تشکيل شده است:

• هسته (Core): هسته نازک شيشه ای در مرکز فيبر که سيگنال های نوری در آن حرکت می نمايند.
• روکش (Cladding): بخش خارجی فيبر بوده که دور تا دور هسته را احاطه کرده و باعث برگشت نورمنعکس شده به هسته می گردد.
• پوشش بيروني (Buffer Coating): روکش پلاستيکی که باعث حفاظت فيبر در مقابل رطوبت و ساير موارد آسيب پذير، است.

صدها و هزاران نمونه از رشته‌های نوری فوق در دسته‌هائی سازماندهی شده و کابل های نوری را بوجود می آورند. هر يک از کلاف های فيبر نوری توسط روکش‌هائی با نام Jacket محافظت می گردند.

فيبر های نوری در دو گروه عمده ارائه می گردند:

• فيبرهای تک حالته (Single-Mode): به‌منظور ارسال يک سيگنال در هر فيبر استفاده می شود (نظیر: تلفن)
• فيبرهای چندحالته (Multi-Mode): به‌منظور ارسال چندين سيگنال در يک فيبر استفاده می شود (نظير: شبکه های کامپيوتری)

فيبرهای تک حالته دارای يک هسته کوچک (به قطر9 ميكرون) بوده و قادر به ارسال نور ليزری مادون قرمز (طول موج 1300 تا 1550 نانومتر) می باشند. فيبرهای چند حالته دارای هسته بزرگتر (به قطر 62 ميكرون) و قادر به ارسال نورمادون قرمز از طريق ديود نوراني (LED) می باشند.

در نوشته‌هاي باستاني تفاوتي ميان برنز و برنج (در انگليسي معادل Bronze و Brass) ديده نمي‌شود و تقريبا نام برنز به تمامي الياژهاي مس اطلاق مي‌شد. اين امر تاجايي است كه حتي فرهنگ عميد تنها تفاوت اين‌ دو را در نسبت مس و روي مي‌داند! اما در متالورژي مدرن (كه تقريبا از قرن شانزدهم ميلادي به بعد شكل گرفت) برنج به آلياژ مس و روي ( به طور عادي تا 40% روي) اطلاق مي‌گردد و برنز به ساير الياژها مس كه عمدتا مس و قلع مي‌باشد، گفته مي‌شود.

برنج

اين الياژ كشش پذير و جكش‌خوار است و از مس مقاومتر است. انعطاف پذيري اين الياژ به نسبت مواد تشكيل دهنده بستگي دارد. در اين ميان وجود ساير عناصر (غير از مس و روي) در اين الياژ در تغيير اين مشخصات نقش به سزايي دارد.

برخي از الياژهاي برنج در حالت سرد، برخي در دماهاي بالا (گرم) و برخي نيز در تمامي دماها انعطاف پذير است! در صورتيكه الياژهاي برنج تا دماي ذوب گرم شوند شكننده مي‌گردند.

اين الياژ به صورت سرد نورد مي‌گردد و يا به صورت كشش به شكل‌هاي دلخواه تبديل مي‌گردد.

برنز

ابتدا برنز به الياژ مس و قلع (Sn) گفته مي‌شد ولي اكنون به ساير الياژهاي مس (كه درصد اصلي آن مس است) مانند الياژ مس و الومينيوم، مس و منگنز و مس و سيليكون نيز برنز گفته مي‌شود.

برنز در 3500 سال قبل از ميلاد توسط سومريان به كار گرفته شد. اعتقاد بر اين است كه احتمالا هنگامي كه سنگهاي در برگيرنده مس و قلع به عنوان آتشدان استفاده شده بود به طور تصادفي اين الياژ از مخلوط شدن مذاب اين مواد توليد شده است و سپس توسط بشر به دليل مشخصات فيزيكي متنوع به كار گرفته شد. براساس اين نظريه برنز در شمال امريكا كشف نشده است به دليل اينكه سنگهايي كه در برگيرنده مس و قلع باشند در اين قاره به ندرت يافت مي‌شوند.

در حدود 3000 قبل از ميلاد به ايران باستان راه يافت و از در ساخت اسلح و ساير وسايل استفاده گرديد و در حدود 2000 سال قبل به مصر و چين راه يافت.

روميان با افزودن روي، سرب و نقره الياژهاي ديگر برنز را توليد و در ساخت اسلحه و ساير ابزار از اين الياژها استفاده نمودند.

با تغيير در تركيب مواد تشكيل دهنده برنز مي‌توان به الياژهاي با مشخصات فيزيكي متفاوتي دست يافت كه كاربردهاي متفاوتي دارند.

سراميكها اغلب از تركيب يك فلز و يك غير فلز كه به توسط باندهاي (Bond) بين اتمي يا به صورت  كاملا يوني يا نسبتا يوني به يكديگر متصل شده‌اند.

تا 50 سال گذشته مهمترين مواد در اين گروه (سراميكهاي سنتي) را سفالها، چيني و شيشه تشكيل مي‌دادند. در سالهاي اخير پيشرفتهاي شگرفي در شناخت پايه‌اي مشخصات اين مواد و پديده‌هاي مسبب اين مشخصات حاصل شده است. به دنبال اين مواد جديدي در اين دسته‌بندي قرار گرفت و نام سراميك شامل حيطه وسيعتري از مواد گرديد كه تغييرات مهمي در زندگي روزمره ما ايجاد كرده است و  اين مواد در الكترونيك، كامپيوتر، مخابرات و پروژه‌هاي فضايي كاربردهاي مهمي يافته‌اند.

ساختار سراميك‌ها

به دليل اينكه سراميك‌ها اغلب از دو ماده (در برخي موارد بيشتر) تشكيل شده‌اند ساختار كريستالي آنها اغلب از ساختار فلزات پيچيده‌تر است. اتصال ميان اتمهاي سراميكها مي‌تواند از حالت كاملا يوني تا كاملا كووالانت متغير باشد.

براي تشكيل يك سراميك پايدار نسبت شعاع اتمي يون منفي و يون مثبت (r_C/r_A) نقش اساسي دارد. شكل كريستالي سراميك‌ها نقش به سزايي در شناخت مشخصات سراميكها دارد و به همين دليل جداولي در برگيرنده شكل كريستالي كريستالها تهيه شده است كه به شناخت ساختار مواد سراميكي و در نهايت شناخت مشخصات آنها كمك فراواني مي‌نمايد.

مشخصات الكتريكي

امروزه سراميكها طيف وسيعي از مشخصات را دارا هستند. به عنوان مثال مي‌توان سراميكهاي كاملا عايق (مانند مقره‌هاي اتصال كابلهاي فشار قوي)، نيمه هادي (مانند آنچه در ترانزيستور يافت مي‌شود) و يا كاملا هادي(مانند اكسيد كرم كه هدايت الكتريكي آن مانند فلزات مي‌باشد) توليد نمود.

برخي از سراميكها در دماهاي متفاوت مشخصات الكتريكي كاملا متفاوتي از خود نشان مي‌دهند. و به عنوان مثال پورسلين در دماهاي پايين عايق ولي در دماهاي بالا هادي الكتريسته مي‌باشد (اين مشخصه برخلاف رفتار فلزات و ساير هاديها مي‌باشد كه در دماي پايين هدايت بهتري دارند و در ماي بالا مقاومت الكتريكي بيشتري از خود نشان مي‌دهند.

برخي از سراميك‌ها خاصيت ابر رسانايي(Superconductivity) دارند به عبارتي ديگر مقاومت الكتريكي آنها در دماهاي پايين (بالاتر از صفر مطلق) صفر مي‌گردد. اخيرا توانسته اند سراميكهايي بسازند كه در دماي 148- سيلسيوس نيز خاصيت ابررسانايي دارند (قبلا اين پديده تنها در دماهاي حدود 250- سليسيوس قابل دستيابي بود كه تهيه اين دما بسيار پر هزينه مي‌باشد). اميد مي‌رود در آينده بتوان سراميكهايي توليد نمود كه در دماهاي بالاتر نيز از اين خاصيت برخوردار باشند. دستيابي به چنين موادي به تحولات شگرفي در زندگي روزمره ما خواهد انجاميد كه پرداختن به آنها خارج از حوصله اين تحقيق مي‌باشد.

خواص شيميايي

به طور كلي سراميكها مقاومت بيشتري در مقابل خوردگي (Corrosion) نسبت به پلاستيكها و فلزات دارند. به طور عادي سراميكها با مايعات قليايي، اسيدي و گريسها واكنشي نشان نمي‌دهند. غالبا سراميكها داراي دماي ذوب بالايي هستند و جالب اينكه مي‌توان اين مواد را تا نزديكيهاي دماي ذوب به كاربرد (مشخصات خود را در دماهاي بالا حفظ مي‌نمايند). همچنين، در طول زمان طولاني بدون تغيير باقي مي‌مانند.

خواص مكانيكي و فيزيكي

سراميكها خواص مكانيكي، از قبيل قدرت تحمل كشش و فشار، بسيار بهتري از فلزات دارند و اين خواص را در دماهاي بالا نيز حفظ مي‌نمايند. سراميكها داري مقاومت زيادي در مقابل سايش مي‌باشند به همين دليل كاربردهاي فراواني در اين زمينه دارند (مانند توليد كاغذ سمباده از اكسيد الومينيوم).

سراميك بسيار سخت، شكننده مي‌باشند و در مقابل تغييرات ناگهاني دما حساس مي‌باشند.

تغيير طول در مقابل دما در سراميكها در مقايسه با فلزات اغلب كمتر بوده و اين امر از مزيتهاي كاربرد سراميكها در صنعت مي‌باشد.

سراميكهاي مانند Fe₂O₃ داراي خواص مغناطيسي مشابه آهن مي‌باشد. به اين دسته از سراميكها كه با اهن ساخته مي‌شوند فريتها گفته مي‌شود. سراميكهاي مغناصيس در موتورهاي الكتريكي كاربرد دارند و خاصيت مغناطيسي آنها به سختي از دست مي‌رود.

روش توليد و ساخت

سراميكها به روشهاي مختلفي توليد و ساخته مي‌شوند كه از آن جمله مي‌توان به روشهاي قالب گيري، تزريق، اكستروژن اشاره نمود. روشهاي توليد براي كاربردهاي متفاوت به كاربرده مي‌شود و مزايا و معايب خاص خود را دارند.

كاربردها

همانگونه كه در مشخصات سراميكها مشاهد شد، به دليل خواص منحصر به فرد سراميكها، اين مواد كاربردهاي بسيار فراواني دارند و با پيشرفت توليد اين مواد روز به روز كاربردهاي جديدي نيز افزوده مي‌شود. امروزه سراميكها در بلبرينگ چرخ اسكيت تا پوشش محافظ سفينه شاتل فضايي كاربرد يافته‌اند و نفوذ آنها در زندگي روزمره ما از شيشه پنجره گرفته تا پروسسور اصلي كامپيوتر گسترش يافته است.

افزون بر سراميكها ياد شده فوق، امروزه دسته جديدي از سراميكها كه به سراميكهاي پيشرفته مشهور شده‌اند در حال توليد است كه خواص بسيار جالب توجهي دارند اين سراميكها در ساخت قطعات مكانيكي ميكروسكوپيي مانند چرخ دنده‌هاي بسيار كوچك، پيزو الكتريك (كريستالهايي كه در ساعتها كوارتز، ميكرفنهاي كوارتزي، چاپگرهاي جوهر افشان مانند Epson و …) فيبر نوري و بلبرينگهاي سراميكي (در اين بلبرينگها از ساچمه‌هاي سراميكي استفاده مي‌شود كه به دليل مقاومت در مقابل سايندگي، عدم تغيير شكل، حفظ مشخصات در زمان طولاني، حفظ مشخصات در دماهاي بالا، وزن كمتر و عدم تركيب با گريس و روغن طول عمر و كيفيت بسيار بهتري نسبت به ساچمه‌هاي فلزي دارند).