سرامیکها معمولا به استثنای فلزات و آلیاژهای فلزی و مواد آلی ، شامل تمام مواد مهندسی می‌شوند که از نظر شیمیایی جزو مواد معدنی هستند و بعد از قرار گرفتن در دمای بسیار بالا ، شکل اولیه خود را حفظ کرده و مقاوم‌تر می‌شوند. ظروف سفالی ، چینی و چینی‌های بهداشتی و غیره ، جزو این گروه میباشند.
به عبارت دیگر: بر تمامی مصنوعاتی که از کانی های غیر فلزی ساخته می شوند سرامیک اطلاق می گردد.
سرامیکها را بر اساس نوع بدنه آنها که ممکن است متراکم یا متخلخل باشد نیز تقسیم بندی میکنند.
· از نظر واژه: سرامیک به کلیه جامدات غیر آلی و غیر فلزی گفته میشود.
· از نظر ساختار شیمیایی: کلیه موادی که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دمای بالا بدست می‌آیند و توسط توده شیشه مانندی انسجام یافته و بسیار سخت و غیر قابل حل در حلال‌ها و تقریبا گداز ناپذیر میباشند، سرامیک نامیده می‌شوند.
از زمانی که انسان غارنشینی را به قصد یافتن مکان زیست بهتر ، پشت سر گذاشت، با مصالح ساختمانی سر و کار پیدا کرده بود. بدیهی است که این مواد از نوع موجود در طبیعت بود، مانند پوست برای بنا کردن خیمه و یا گل و سنگ برای تهیه مسکن دائمی. بعدها بشر آموخت که از قطعات چوب و تخته و میخ و پیچ برای استحکام بنا استفاده کند و موادی مانند آهک ، ساروج و سیمان را برای اتصال محکم‌تر قطعات سنگ و یا چوب به یکدیگر بکار بگیرد، ولی خاک رس مهمترین ماده اولیه تهیه بسیاری از مصالح ساختمانی است. خاک رس به صورت ناخالص در تهیه کوزه ، گلدان هاى گلی ، ظروف سفالی ، اشیا و لوله‌هاى سفالی ، سرامیک ، سیمان و به صورت خالص ، در تهیه ظروف چینی و ... مصرف میشود.
مواد اولیه سرامیکها :سرامیکها ، از سه ماده اولیه خاک رس ، فلدسپارها و ماسه تهیه میشود. خاک رس ، همان سیلیکاتهای آلومینیوم هیدراته است که به صورت کانیهای مختلفی یافت می‌شوند.
مهمتری مواد اولیه بدنه سرامیک ها خاک رس ، آلکالی فلدسپات و سیلیس است.
در سرامیکهای ویژه مانند سرامیک های الکتریکی از تالک ، ترکیبات سرب ، تیتانیم و عناصر فلزی استفاده می شود.
آلکالی فلدسپات به دو صورت فلدسپات پتاسیک و سدیک است.
فلدسپات سدیک خالص در دمای 1118 درجه سانتیگراد به طور کامل ذوب میشود.
فلدسپات پتاسیک در دمای 1150 درجه شروع به ذوب شدن می کند. ذوب شدن فلدسپات پتاسیک غیر متجانس است. زیرا هنگام ذوب شدن مایعSiO2 آزاد می شود و جامد لوسیت باقی میماند. ذوب کامل پتاسیم فلدسپات در دمای 1580 درجه صورت می گیرد . فلدسپات پتاسیک بیشتر در بدنه سرامیک به کار میرود . درصورتی که فلدسپات سدیک در شیشه و لعاب به مقدار کم در بدنه استفاده می شود. آلکالی فلدسپات در بدنه دو نقش مهم ایفا می کند. 1- کاهش دمای ذوب 2- ایجاد سختی
سیلیس : نقش سیلیس در بدنه ،ایجاد فاز شیشه و افزایش مقاومت آن است .
خاک رس : بیشترین بخش سرامیک را تشکیل می دهد. کانی های رسی به گروه کائولینیت ، اسمکتیت ، و ورمیکولیت تقسیم می شود که بیشترین مصرف را کائولین دارد. در مثلث فلدسپات- خاک رس – سیلیس ، انواع فراورده های سرامیکی نشان داده شده است . گلهایی که در سرامیک سازی استفاده می شوند عبارتند از گل چینی ، گل سفال گری و گل توپی (گل بال)
گل چینی از کائولین ،آلکالی فلدسپات و سیلیس تشکیل شده است .گل چینی سفید،حاوی 50درصدکائولین،30درصد فلدسپات و20درصد سیلیس است.(بصیری،1363).چنانچه شکل پذیری گل کم باشد به جای50درصدکائولین از40درصد همراه با10درصد گل توپی می توان استفاده نمود.گل توپی،بیشتر از مونتموریونیت و کائولین دانه ریز و موادآلی تشکیل شده است و خاصیت چسبندگی آن بسیار خوب است.گل سفالگری بیشتر از خاک رس تشکیل شده و بیشترین مصرف آن در تهیه آجر است.
· خاک رس: موجب نرمی و انعطاف و تشکیل ذرات بلوری سرامیک میشود.
· ماسه: قابلیت چین خوردن ، پس از خشک و گرم شدن و تشکیل ذرات بلوری سرامیک را کاهش می‌دهد.
· فلدسپار: در کاهش دادن دمای پخت و تشکیل توده شیشه‌اى و چسباننده ذرات بلوری سرامیک موثر است
موادی که برای بهبود کیفیت به خاک افزوده می شوند عبارتند از:
اگر گل دارای خاصیت نسوز باشد یعنی در دمای پایین ،ذوب و سخت نشود باید مواد کمک ذوب همچون تالک، آهن یا فریت به آن افزود .
اگر گل در دمای پایین ذوب می شود و حالت شکنندگی دارد باید مواد دیر گداز نظیر کائولین ، گل بال ، خاک نسوز یا سیلیس اضافه کرد.
اگر گل دارای چسبندگی زیاد باشد و هنگاه خشک شدن با افزایش حجم همراه گردد باید سیلیس یا کائولن به آن افزود .
چنانچه گل ترد باشد و چسبندگی کم داشته باشد باید گل بال یا بنتونیت به آن افزود.
اگر گل نیاز به تغییر رنگ داشته باشد می توان مواد رنگی به آن افزود (بصیری 1363)
طبقه‌بندی کانیهای رس
کانیهای سیلیکاتی دو لایه‌ای
· کائولینیت : بررسی پراش اشعه ایکس ، وجود دو لایه را در کائولینیت نشان می‌دهد. لایه اول شامل واحدهای 2-(Si2O5) چهار وجهی است و لایه دوم از واحدهای هشت وجهی 2-Al2(OH)4 تشکیل شده است. از اتصال دو لایه ، یک لایه واحد بوجود می‌آید که تکرار آن ، لایه کائولینیت را می‌سازد.
· هالوی‌سیت : کانی دیگر ، هالوی‌سیت است که در مقایسه با کائولینیت کاربرد کمتری دارد.
کانیهای سیلیکاتی سه لایه‌ای
· مونت موری لونیت : مونت موری لونیت دارای سه لایه ، دو لایه به صورت چهاروجهی‌های سیلیکاتی و لایه وسط به صورت گروه‌های هیدروکسی آلومینات است. به علت توانایی گیر انداختن سیستمهای مولکولی مختلف ، اغلب به عنوان کاتالیست مصرف دارند.
· ایلیت : ساختمان ایلیت ، تقریبا شبیه مونت موری لونیت می‌باشد و چون همیشه همراه با مخلوط کانیهای دیگر است فرمول دقیقی نمی‌توان برای آن در نظر گرفت.
ترکیبات ثانوی خاک رس و تاثیر آن بر سرامیکها
ترکیبات ثانوی ، شامل ترکیبات آهن ، ماسه ، کربناتهای کلسیم و منیزیم ، میکا و مواد آلی است که مقادیر آنها در انواع خاک رس متغیر می‌باشد. ترکیبات آهن موجود در خاک رس مثل پیریتها و هیدروکسیدهای آهن و . . . باعث پایین آمدن نقطه ذوب و تغییر رنگ سرامیک قبل از پخت به زرد متمایل به قهوه‌ای و بعد از پخت به صورتی متمایل به قرمز تیره می‌شوند. ماسه ، باعث کم شدن حالت پلاستیته و کاهش قدرت چسبندگی میشود.
کربناتهای کلسیم و منیزیم به عنوان ناخالصی باعث آسیب دیدگی محصول شده و بعد از پخت ، باعث افزایش خلل و فرج و کاهش قدرت مکانیکی و خواص نسوزی محصول می‌شوند. نمکهای سولفات و کربنات و کلریدهای فلزات قلیایی خاک رس و وانادیوم ، قابل حل در خاکهای رس هستند و موجب پخش مواد در توده خاک رس می‌شوند. ترکیبات وانادیوم لکه‌های زرد متمایل به سبز ، روی محصول ایجاد میکنند. ترکیبات آلی موجود در خاک رس ، باعث ایجاد رنگ خاکستری می‌شوند.
انواع سیلیکا
دی‌اکسید سیلیکون ، معمولا به سه صورت سنگ ، گرانول و پودر وجود دارد. دی‌اکسید سیلیکون در حالت سنگ به صورت کوارتز یافت میشود که در این حالت خیلی کمیاب است. به علت خالص بودن بهترین نوع سیلیکا برای مصرف در سرامیکها است. نوع گرانول در صنعت سرامیک سازی خیلی رایج می‌باشد. این نوع سیلیکا را معمولا قبل از مصرف ، دانه‌بندی کرده ، می‌شویند. نوع پودر سیلیکا معمولا خالص نبوده و در ساخت سرامیک چندان مصرف ندارد.