அடிப்படையில் ஒரே பொருளாக இருக்கும் வலிமையற்ற மண்ணை அதாவது களிமண்ணை கட்டிடத்தைத் தாங்கும் செங்கல்லாக மாற்ற முடியும். வெறும் மண் என்று நாம் நினைக்கும் களிமண் எத்தனையோ அற்புதங்களை நிகழ்த்துகிறது. இந்த மந்திரஜாலத்தின் பெயர்தான் பீங்கான் தொழில்நுட்பம். எதிர்காலப் பிரச்சனைகள் அனைத்தையும் தீர்க்கப் போவது இந்த மண்தான் என்று அறிஞர்கள் கருதுகிறார்கள். நமக்குத் தெரிந்த பீங்கான் பொருள்கள், கோப்பைகள், பொம்மைகள் தவிர பீங்கானுக்குப் பின்னால் ஒரு பெரிய பயன்பாட்டுப் பட்டியல் அடங்கியிருக்கிறது.
ஒரு குயவன் பானையாகச் செய்தபோது உடைந்த களிமண்ணைச் சுட்டுப் பயன்படுத்தத் தொடங்கியபோது அது இறுகி உறுதித்தன்மை அதிகமாகி மனிதனுக்குப் பலவிதங்களிலும் பயன்பட ஆரம்பித்தது. சாதாரணமாக ஒரு குயவன் செய்யும் பானையில் வான்டர்வால்ஸ் விசை என்ற ஒரு விசை மண் துகள்களுக்கு இடையே செயல்படுகிறது. இதே பொருளைச் சுட்டுப் பயன்படுத்தும்போது வான்டர்வால்ஸ் விசை மாறி சகபிணைப்பு அல்லது அயனிப் பிணைப்பு (covalent bonding அல்லது ionic bonding) உருவாகி அதன் கடினத் தன்மை அதிகரிக்கிறது. சாதாரண உப்பான சோடியம் குளோரைடு என்ற சேர்மம் அயணிப் பிணைப்பாலேயே உருவானது ஆகும். சோடியம் அணுவில் வழங்கப்படுவதற்கான ஒரு எலக்ட்ரான் இருக்கும்போது அதைத் தேவையாகக் கொண்டுள்ள குளோரின் அணு சோடியத்துடன் இணைந்து அயணிப் பிணைப்பை ஏற்படுத்துகிறது. சிலிகானில் இருக்கும் 4 எலக்ட்ரான்கள் மற்றொரு சிலிகானுடன் சேரும்போது 8 எலக்ட்ரான்களுடன் சேர்ந்து உறுதியான பிணைப்பை ஏற்படுத்துகிறது. களிமண்ணில் உள்ள ஒரு அலுமினா மூலக்கூறும், நான்கு சிலிகன் டை ஆக்சைடு மூலக்கூறுகளும், நீரும் சேர்ந்து சாதாரண பீங்கானை உருவாக்குகிறது. இது பீங்கான் அல்லது அலுமினியம் சிலிகேட். முன்பு செங்கற்களை விட வலிமையான பீங்கான் கற்கள் கட்டிடங்களில் பெருமளவில் பயன்படுத்தப்பட்டது. இதே பீங்கான் இன்று தரைக்கு செர்ராமிக் டைல்ஸ் என்று பயன்படுகிறது.
சிலிகானுடன் கார்பன் அல்லது கரி சேர்ந்து சிலிகான் கார்பைடு உருவாக்கப்படுகிறது. இரு கடினமான உலோகத்தை ஒரு சிறந்த பண்புடையதாக்க அதனுடன் ஒரு வலுவூட்டும் பொருளை (abrasive material) சேர்க்க வேண்டும். அப்போது அந்த உலோகத்தை ஒரு குறிப்பிட்ட வடிவமும், உருவமும் உடையதாக மாற்ற முடியும். சிலிகன் கார்பைடு இதற்குப் பயன்படுகிறது. சிலிகன் கார்பைடு தொழிற்சாலைகளில் உயர் வெப்பநிலையில் உலோகங்களை உருக்கும் வெப்பமூட்டியாகவும் (heating element) பயன்படுகிறது. வீடுகளில் சாதாரணமாக ஒரு இரும்புப் பொருளிற்கு வண்ணப்பூச்சுப் பூசுவதற்கு முன்னால் ஒரு காகிதம் பயன்படுத்தப்படும். இந்த காகிதம் சிலிகன் கார்பைடு வெவ்வேறு அளவுகளில் அமைந்த துகள்களால் ஆனது.
பீங்கான் பொருள்களில் நீர்மூலக் கூறுகள் இருப்பதால் அது உயர் வெப்பநிலைக்குக் கொண்டு செல்லப்படும்போது நீர்மூலக் கூறுகள் ஆவியாகிறது. இதனால் பீங்கானின் அடர்த்தி 1% குறைகிறது. பீங்கான் அல்லது சிலிகனுடன் கோபால்ட்டைச் சேர்க்கும்போது அது நிறத்தைக் கொடுப்பதுடன் அடர்த்தி குறையாமலும் இருக்க உதவுகிறது. பீங்கான் மின்கடத்தாப் பொருளாகவும் குறைக் கடத்தியாகவும் பயன்படுகிறது. ஒரு மின்சாதனத்தை வடிவமைக்கும்போது அதன் அளவை பூஜ்யத்தில் இருந்து 5 கனசெ.மீ அளவுக்கு அதிகரிக்கும்போது அதில் எலக்ட்ரான்களின் மாற்றம் அதிகமாக நிகழும். இதே நிகழ்வின்போது ஒரு உலோகக் கடத்தியில் ஒரே சமயத்தில் எலக்ட்ரான்கள் அணைத்தும் ஒரு முனையில் இருந்து மற்றொரு முனைக்குக் கொண்டு சேர்க்கப்படுகிறது. இதனால் பீங்கான் பொருட்கள் மின் கடத்தாக் காப்புப் பொருட்களாகப் பயன்படுகின்றன. உயர் மின் அழுத்தக் கம்பங்களில் கம்பிகளை இழுத்துப் பிடிப்பதற்கு பீங்கான் ஒரு முக்கிய பகுதிப் பொருளாகப் (forcelein) பயன்படுகிறது.
அலுமினா அல்லது அலுமினியம் ஆக்சைடின் உதவியுடன் ஒரு அச்சுப்பிரதி மின்சுற்றை (printed circuit) தயாரிக்கும்போது அங்கு சிலிகான் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கணினியில் சிலிகான் படிவடிவத்தில் மாற்றப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுகிறது. அலுமினாவின் மீது சிலிகானைப் படருமாறு செய்து அதைக் கொண்டு தேவையான மின்னணு சாதனங்கள் தயாரிக்கப்படுகிறது. இந்த வகையில் செராமிக் பயன்பாட்டுடன் கூடிய மின்னணு சுற்றுகள் பெருமளவில் தயாரிக்கப்படுகிறது. இதில் பீங்கான் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.
செராமிக் பண்புகளை வைத்து பல சாதனங்களும் உருவாக்கப்படுகின்றன. மீள்கடத்தும் திறன் (super conductivity) பற்றி உலகம் முழுவதும் ஆய்வுகள் நடைபெறுகிறது. விண்வெளிக்குச் செல்லும்போது, திரும்பி வரும்போது இப்பொருட்கள் மிக உயர் வெப்பத்தைத் தாங்கி எரிந்துவிடாமல் பாதுகாப்பாக பயணம் செய்ய உதவுகிறது. இதற்கு மாலிப்டினம் டை சல்பைடு மற்றும் செராமிக் பயன்படுகிறது. பொதுவாக செராமிக் என்பது அலுமினியம் ஆக்சைடு, சிலிகன் ஆக்சைடு போன்ற ஆக்சைடுகளே. தற்போது ஜிர்கோனியம் ஆக்சைடு என்ற பொருள் பல்வேறு சாதனங்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இவற்றைக் கொண்டு உயர் மின்கடத்திகள் உருவாக்கப்பட்டன. சுவிட்சர்லாந்தில் ஐ.பி.எம் ஆய்வகத்தில் 1988ல் உயர் கடத்துத் திறன் பற்றி ஆய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. 77 கெல்வின் வெப்பநிலையில் கால்நடைகளின் விந்தணுக்கள் பாதுகாக்கப்படுகிறது. ஏறக்குறைய 120 டிகிரி கெல்வின் வெப்பநிலையில் உயர் கடத்தும் திறன் இந்த ஆக்சைடுகளுக்கு ஏற்படுவதாகக் கண்டறியப்பட்டது. இதற்கு முக்கிய காரணியாக விளங்கியது யுட்ரியம் பேரியம் காப்பர் ஆக்சைடு (YVCo) என்ற பொருளே ஆகும். இது ஒரு செராமிக் என்பது அப்போது அறியப்பட்டது. வளர்ந்த நாடுகளில் மெல்லிய இழை வடிவத்தில் செராமிக் பொருள்களை மாற்றியமைத்து உயர் மின்கடத்தும் திறனை அதிகரித்து, அதன் மூலம் மின்னாற்றல் பெறப்படுகிறது.
வெறும் களிமண் என்று நாம் நினைக்கும் இந்த செராமிக் பொருட்கள் அறிவியலின் பல மர்மக் கதவுகளைத் திறக்க உதவியுள்ளது. விண்வெளி சார்ந்த தொழில்நுட்பம், அணுக்கரு தொழில்நுட்பம் போன்றவற்றில் செராமிக்ஸ் எனப்படும் பீங்கான் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாடு உள்ளது. குறிப்பிட்ட ஒரு தனிமத்துடன் கோபால்ட் தனிமத்தை சேர்த்தால் அது செர்மெட் என்று அழைக்கப்படுகிறது. இந்தப் பொருள் கண்ணாடியின் பண்போடு (glassy nature) இருந்தாலும் இதில் கோபால்ட் கலந்திருப்பதால் இதன் கடினத் தன்மை மிக அதிகமாக இருக்கும். நாம் அதன் மீது அமர்ந்துகூட செல்லும் அளவுக்குக் கடினமானது.
நாம் அன்றாடம் பயன்படுத்தும் பல பொருட்களிலும் டான்டலம் கலந்திருக்கிறது. உதாரணமாக கைக் கடிகாரத்தில் பளபளப்பான தங்கமுலாம் போல ஒன்று பூசப்பட்டிருக்கும். இது உண்மையில் தங்கமுலாம் இருக்க வேண்டும் என்பது அவசியம் இல்லை. ஏனென்றால் தங்கமுலாம் பூசுவது அதிக செலவு பிடிக்கக்கூடிய ஒன்று. துருப்பிடிக்கக் கூடிய இத்தகைய பொருட்கள், (உலோகக் கைப்பிடி உள்ள கதவுகள் போன்றவற்றில்) டான்டலம் கார்பைடு அல்லது சிலிகன் நைட்ரேட் பயன்படுத்தப்படுகிறது. நைட்ரஜனின் அளவு, அதன் அடர்த்தியைப் பொறுத்து, சிலிகன் நைட்ரேட்டின் நிறமும் மாறும். செராமிக் நிலையில் இவை நடத்தப்படுகிறது. பிளாஸ்மாசிஸ் பூச்சு (plasmosis coating), மெல்லிய படலப் பூச்சு (thin flim deposition) போன்றவை சிலவகைப் பூச்சுகள். இந்தப் பூச்சுத் தொழில்நுட்பம் செராமிக் தொழில்நுட்பத்தின் உதவியுடன் மேற்கொள்ளப்படுகிறது. பொருட்களின் பண்புகளை மாற்ற இப்பூச்சுகள் பயன்படுகின்றன.
மண்ணில் இருந்த உலோகங்களை காடுகளை அழித்து பெற்று வருகிறோம். மறுசுழற்சியின் மூலமும் உலோகங்கள் மறுபயன்பாட்டிற்குக் கொண்டு வரப்படுகின்றன. இதற்குப் பதிலாக இப்போது செராமிக் பொருட்கள் அதிகமாகப் பயன்படுத்தப்பட்டு வருகின்றன. வாகன உற்பத்தி தொழிலில் ஒரு காலத்தில் உலோகங்கள் அதிகமாகப் பயன்படுத்தப்பட்டு வந்தன. இன்று 30 முதல் 40% வரை உலோகமே இல்லாத கார்கள் உற்பத்தி செய்யப்படுகின்றன. இதற்கு செராமிக் தொழில்நுட்பமே காரணம். செராமிக் கூட்டுப்பொருள்கள் உயர் வெப்பநிலையைத் தாங்கக் கூடியவை. அதனால் என்ஜின் உற்பத்தி போன்றவற்றிலும் இதன் கூட்டுப்பொருட்கள் பயன்படுகின்றன. முப்பரிமான அச்சுத் தொழில்நுட்பம் (3d printing) மூலம் உலோகத்தின் பயன்பாடு குறைக்கப்படுகிறது. 5 கிராம் உலோகம் ஒரு இன்ஞின் உதிரிப்பாகம் செய்யத் தேவைப்படுகிறது என்றால் செராமிக் தொழில்நுட்பத்தால் இதை 5 மில்லிகிராம் அளவுக்குக் குறைத்துப் பயன்படுத்த முடியும். மீதம் செராமிக் பொருளால் ஆக்கப்படுகிறது. உலோகங்களின் பயன்பாடு உலகளவில் அதிகம் தேவைப்படுவதால் இவ்வாறு செய்யப்படுகிறது.
மின்னணுச் சுற்றுகளும், மின்னணு சாதனங்களும் செராமிக் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தியே இன்று மேற்கொள்ளப்படுகிறது. விண்வெளி ஆராய்ச்சியிலும், அறுக்கும் இயந்திரத் தொழிலிலும் (cutting meachine tools industry) செராமிக் பயன்படுகிறது. மனித உடலின் ஒரு பாகமாகவும் செராமிக் பொருள்கள் இருக்கின்றன. எலும்பு, பற்கள், மண்டையோடு ஆகியவை செராமிக் பொருள்களால் ஆக்கப்பட்டவையே. பற்களில் ஹைடிராக்சி ஹெப்படைடு என்ற பொருள் சார்ந்த செராமிக் அடங்கியுள்ளது. இதை ஆய்வுக்கூடங்களில் தயாரித்துப் பக்குவப்படுத்தி மருத்துவத் துறையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
நம் விரலில் இருக்கும் ஒரு எலும்பின் கடினத் தன்மையும், முதுகெலும்பில் இருக்கும் எலும்பின் கடினத் தன்மையும், பற்களின் கடினத் தன்மையும், மண்டையோட்டின் கடினத் தன்மையும் மாறுபட்டது. சுண்டுவிரலின் நுனியில் இருக்கும் எலும்பின் கடினத் தன்மையும், அது உள்ளங்கையில் இணையும் இடத்தில் இருக்கும் எலும்பின் கடினத் தன்மையும் மாறுபட்டது. ஹைடிராக்சி ஹெப்படைடில் இருக்கும் அடர்வு வேறுபாடு (concentration ratio difference) காரணமாக இந்தக் கடினத் தன்மையில் மாற்றங்கள் ஏற்படுகின்றன. இதற்கேற்ப அந்தந்த இடங்களில் இருக்கும் எலும்புகளின் பயன்பாடும் அமைகிறது. 20 வருடங்களுக்கு முன்பு வரை வயதானவர்கள் மூட்டுவலியால் அவதிப்பட்டால் அவர்களுக்கு உலோகத் தகடுகளே பொருத்தப்பட்டு வந்தன. ஆனால், இப்போது டான்ட்டலம் அல்லது டைட்டானியம் அடிப்படையில் அமைந்த பொருட்கள் கொண்டு உருவாக்கப்பட்ட தகடுகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. செராமிக் மற்ற உலோகங்களுடன் சேர்ந்து உருவாக்கப்பட்டப் பொருட்களே கூட்டுப்பொருள்கள் (composits) என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இதனால் உலோகத் தகடுகளால் ஏற்படும் பிரச்சனைகள் ஏற்படுவதில்லை. மருத்துவத் துறையிலும் செராமிக் தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாடு அதிகமுள்ளது.
கார்போரேன்டம் யூயென்சில்ஸ் என்பது சென்னையில் உள்ள முருகப்பா கம்பெனியின் செராமிக் தயாரிப்பு. கிராம்ட்டன் வீல்ஸ் என்ற கம்பெனி சிலிகன் கார்பைடு என்ற வெப்பமூட்டியைத் (heating element) தயாரிக்கிறது. இதுபோல ஏராளமான செராமிக் அடிப்படையான தொழில்நுட்பத்தின் பயன்பாடுகள் நாளுக்கு நாள் வளர்ந்து வருகின்றன. ஒரு குயவன் செய்த மண்பாண்டங்களில் இருந்து போர்சலீன் என்ற தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் இன்று பல பொருள்களும் கண்ணாடி நிலைக்குக் கொண்டு வரப்பட்டு பயன்படுத்தப்படுகிறது. பிளாஸ்மா பூச்சு என்ற எளிமையான தொழில்நுட்பத்தின் மூலம் இது சாத்தியமாகிறது. இந்தப் பூச்சுக்கு அடிப்படையாக டான்ட்டலம் கார்பைடு அல்லது சிலிகன் நைட்ரேட் என்ற செராமிக் சார்ந்த பொருட்கள் உள்ளன. செயற்கை வைரங்கள் சிர்கோனியம் என்பதை க்யூபிக் சிர்கோனியமாக மாற்றி தயாரிக்கப்படுகின்றன. இதனால்தான் இன்று செயற்கை வைரங்கள் விலை மலிவாகக் கிடைக்கின்றன. ஒரு தேநீர்க் கோப்பையில் தொடங்கி விண்வெளிக்குச் செல்லும் ராக்கெட் வரை பீங்கான் தொழில்நுட்பம் இன்று கற்பனைக்கு எட்டாத விதத்தில் நமக்குப் பயன்படுகிறது.
- சிதம்பரம் இரவிச்சந்திரன்