เนื้อหาวิชา : 3 : Engineering ceramics
61. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อผสมซีเมนต์กับน้ำคือปฏิกิริยาใด
1 : ปฏิกิริยา Hydration
2 : ปฏิกิริยา Oxidation
3 : ปฏิกิริยา Reduction
4 : ปฏิกิริยา Dehydration
เฉลย: 1
อธิบาย: เมื่อซีเมนต์ผสมกับน้ำ จะเกิดปฏิกิริยาไฮเดรชัน ทำให้ซีเมนต์เริ่มก่อตัวและแข็งตัว
Note: Hydration (ไฮเดรชัน) = ซีเมนต์ + น้ำ → แข็งตัว
62. การเติมแร่ยิปซั่ม (Gypsum) ลงในซีเมนต์มีวัตถุประสงค์อย่างไร
1 : เพื่อลดต้นทุนวัตถุดิบ
2 : เพื่อควบคุมเวลาการแข็งตัวของซีเมนต์
3 : เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้กับซีเมนต์
4 : เพื่อให้ซีเมนต์มีอายุการใช้งานที่นานขึ้น
เฉลย: 2
อธิบาย: Gypsum ช่วยหน่วงและควบคุมระยะเวลาการก่อตัวของซีเมนต์ ไม่ให้แข็งตัวเร็วเกินไป
63. ทำไมเซรามิกโดยทั่วไปมีสมบัติที่แข็ง (Hard) และเปราะ (Brittle) กว่าโลหะ
1 : การเคลื่อนที่ของ Dislocation เกิดขึ้นในเซรามิกได้ง่ายกว่าโลหะ
2 : เซรามิกทั่วไปยึดกันด้วยพันธะแวนเดอร์วาลส์ แต่โลหะยึดกันด้วยพันธะโลหะ
3 : ในเซรามิก ระนาบอะตอมเกิดการเลื่อน (Slip) ได้บางระนาบเท่านั้น
4 : เซรามิกมีความหนาแน่นสูงกว่าโลหะ
เฉลย: 3
อธิบาย: เซรามิก มีพันธะที่แข็งแรง ทำให้ การเลื่อนตัวของระนาบอะตอม เกิดได้ยาก จึงแข็งแต่เปราะ
Note: Ceramic (เซรามิก) = Slip ยาก (เลื่อนระนาบยาก) → Hard/Brittle (แข็ง/เปราะ)
64. ข้อใดไม่ใช่สมบัติของเซรามิก
1 : เป็นฉนวนทั้งทางความร้อนและไฟฟ้า
2 : ความต้านทานต่อแรงกระแทกต่ำ
3 : ทนต่อแรงดึงได้ดี
4 : เฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เฉลย: 3
อธิบาย: เซรามิกมักทนแรงอัดได้ดี แต่เปราะและทนแรงดึงหรือแรงกระแทกได้ไม่ดี
65. ข้อใดไม่ใช่ผลที่เกิดจากการเกิดรูพรุน (Porosity) ในเนื้ออิฐทนไฟ
1 : อิฐทนไฟเป็นฉนวนทางความร้อนที่ดีขึ้น
2 : อิฐทนไฟสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดีขึ้น
3 : อิฐทนไฟมีความต้านทานต่อการผุกร่อนดีขึ้น
4 : อิฐทนไฟมีความแข็งแรงลดลง
เฉลย: 3
อธิบาย:
รูพรุน → ช่วยลดการนำความร้อน และช่วยทน thermal shock (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ) ได้ดีขึ้น แต่ทำให้ความแข็งแรงและความทนต่อการกัดกร่อนลดลง
66. วัสดุในข้อใดเหมาะที่จะทำเป็นวัสดุขัดถู (Abrasive material)
1 : เหล็ก
2 : อะลูมินา
3 : พอลิเอทิลีน
4 : ไม้
เฉลย: 2
อธิบาย: Alumina มีความแข็งสูง จึงเหมาะสำหรับใช้เป็นวัสดุขัดถู เพราะแข็ง
67. Glass transition temperature คืออะไร
1 : อุณหภูมิจุดหลอมเหลว (Melting point) ของแก้ว
2 : อุณหภูมิที่แก้วมีสภาพการนำไฟฟ้า
3 : อุณหภูมิที่แก้วเปลี่ยนจากสภาพที่มีความหนืดสูงเป็นสภาพที่แข็งและเปราะ
4 : อุณหภูมิที่แก้วกลายเป็นไอ
เฉลย: 3
อธิบาย: Glass transition temperature (อุณหภูมิแก้วทรานซิชัน) = จุดเปลี่ยนจากหนืด → แข็งเปราะ
68. ข้อใดไม่ใช่เซรามิกวิศวกรรม (Engineering ceramic)
1 : พอร์ซิเลน (Porcelain)
2 : อะลูมินา (Alumina)
3 : ซิลิกอนไนไตรด์ (Silicon nitride)
4 : เซอร์โคเนีย (Zirconia)
เฉลย: 1
อธิบาย: Porcelain เป็นเซรามิกดั้งเดิม ส่วน alumina, silicon nitride และ zirconia เป็นเซรามิกวิศวกรรมที่ใช้ในงานสมรรถนะสูง
พอร์ซิเลน (Porcelain) คือเซรามิกประเภทหนึ่งที่จัดอยู่ในกลุ่ม เซรามิกดั้งเดิม (Traditional Ceramics)
● ทำจากวัตถุดิบธรรมชาติ เช่น ดินขาว (Kaolin), เฟลด์สปาร์ (Feldspar) และควอตซ์ ผ่านการเผาที่อุณหภูมิสูงจนเกิดเนื้อแก้ว (Vitrification) ทำให้เนื้อมีความแน่น แข็ง และไม่ดูดซึมน้ำ
● ไม่ได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นเพื่อเน้นสมบัติทางกลที่สูงมากในงานอุตสาหกรรมหนักเหมือนพวก อะลูมินา หรือ เซอร์โคเนีย
69. เซรามิกลักษณะใดที่ไม่เหมาะสมสำหรับการนำมาใช้ทำเป็นกระดูกเทียม
1 : เซรามิกที่มีสมบัติต้านทานการผุกร่อนที่ดี
2 : เซรามิกที่มีความหนาแน่นสูง
3 : เซรามิกที่มีความแข็งแรงสูง
4 : เซรามิกที่สามารถยึดติดกับเนื้อเยื่อได้ดี
เฉลย: 2
อธิบาย: วัสดุกระดูกเทียมควรเข้ากันได้กับร่างกาย แข็งแรง และยึดติดกับเนื้อเยื่อได้ดี ความหนาแน่นสูงไม่ใช่คุณสมบัติที่ต้องการเป็นหลัก
70. ทำไมปัจจุบันนิยมนำเซรามิกวิศวกรรม เช่น อะลูมินา (Alumina) มาใช้ทำหัวเทียนแทนโลหะ
1 : เซรามิกมีความแข็งแรงมากกว่าโลหะที่อุณหภูมิสูง
2 : เซรามิกเป็นวัสดุเปราะกว่าโลหะ
3 : เซรามิกมีการนำไฟฟ้าที่ดีกว่าโลหะ
4 : เซรามิกมีความหนาแน่นต่ำกว่าโลหะ
เฉลย: 1
อธิบาย: หัวเทียนต้องทนความร้อนสูงและเป็นฉนวนไฟฟ้า Alumina จึงเหมาะกว่าโลหะในตำแหน่งฉนวนของหัวเทียน
Note: Spark plug (หัวเทียน) = Alumina (อะลูมินา) เพราะทนร้อนและเป็นฉนวน
71. ข้อใดกล่าวถูกต้อง
1 : การขึ้นรูปแก้วจะทำขณะที่แก้วมีสภาพเป็นของเหลวที่มีความหนืดสูง
2 : การขึ้นรูปแก้วจะเกิดปฏิกิริยา Sintering
3 : แก้วโดยทั่วไปเป็นของแข็งที่มีผลึก
4 : หลังจากขึ้นรูปแก้วแล้วต้องนำแก้วไปอบและเผา
เฉลย: 1
อธิบาย: แก้วขึ้นรูปขณะอ่อนตัวและมีความหนืดสูง ไม่ใช่โครงสร้างผลึกเหมือนเซรามิกทั่วไป ✔
● ปฏิกิริยา Sintering เป็นกระบวนการที่ใช้ในการขึ้นรูป เซรามิกทั่วไป
● แก้วจัดเป็นวัสดุประเภทไม่มีผลึก
● หลังจากขึ้นรูปแก้วเสร็จ เราจะนำไปเข้ากระบวนการที่เรียกว่า “การอบอ่อน” (Annealing) เพื่อลดความเค้นภายใน (Internal Stress) ที่เกิดจากการเย็นตัวไม่สม่ำเสมอ ไม่ใช่การนำไป “เผา”
72. การเพิ่มความแข็งแรงให้กับแก้วโดยวิธีเทมเปอร์ (Temper) หรือ Chemical treatment มีหลักการอย่างไร
1 : ทำให้เกิดความเค้นแรงดึงที่ผิวและความเค้นแรงอัดภายในเนื้อแก้ว
2 : ทำให้เกิดความเค้นแรงอัดที่ผิวและความเค้นแรงดึงภายในเนื้อแก้ว
3 : ทำให้เกิดความเค้นแรงอัดในเนื้อแก้ว
4 : ทำให้เกิดความเค้นแรงดึงในเนื้อแก้ว
เฉลย: 2
อธิบาย: แก้วเทมเปอร์แข็งแรงขึ้นเพราะผิวมี compressive stress ช่วยต้านการเริ่มร้าวจากผิว
Compressive stress (ความเค้นแรงอัด) คือความเค้นที่เกิดขึ้นเมื่อวัสดุได้รับแรงกระทำในทิศทางที่ “ผลักเข้าหา” หรือ “กด” ตัววัสดุ
การสร้าง Surface compression (ความเค้นแรงอัดที่ผิว) คือการทำให้ชั้นผิวภายนอกของวัสดุถูก “บีบ” ไว้ตลอดเวลา
ประโยชน์: เมื่อวัสดุถูกบีบอยู่ที่ผิว รอยร้าว (Crack) จะเกิดขึ้นได้ยากมาก เพราะแรงดึงที่จะทำให้รอยร้าวขยายตัวนั้นต้องเอาชนะแรงอัดมหาศาลที่ผิวให้ได้ก่อน
สรุป: แรงอัด (Compression) ช่วยให้วัสดุที่เปราะอย่างแก้วหรือเซรามิก “แข็งแรงขึ้น” และแตกยากขึ้นอย่างมาก
73. เซรามิกประเภทใดมีความเหนียว (Toughness) ดีที่สุดที่อุณหภูมิห้อง
1 : ซิลิกอนไนไตรด์ (Silicon nitride)
2 : ซิลิกอนคาร์ไบด์ (Silicon carbide)
3 : อะลูมินา (Alumina)
4 : Partially stabilized zirconia
เฉลย: 4
อธิบาย: (PSZ) Partially stabilized zirconia (เซอร์โคเนียเสถียรบางส่วน) = Tough ceramic (เซรามิกเหนียว) ช่วยต้านการเติบโตของรอยร้าว
74. Glass-ceramic แตกต่างจาก แก้ว (Glass) อย่างไร
1 : แก้วโปร่งใสแต่ Glass-ceramic ไม่โปร่งใส
2 : แก้วไม่นำไฟฟ้า แต่ Glass-ceramic นำไฟฟ้า
3 : แก้วนำความร้อนได้ไม่ดี แต่ Glass-ceramic สามารถนำความร้อนได้
4 : แก้วทนการเปลี่ยนแปลงความร้อน (Thermal shock) ได้ แต่ Glass-ceramic ทนไม่ได้
เฉลย: 1
อธิบาย: Glass-ceramic มีผลึกเล็ก ๆ กระจายอยู่ในเนื้อแก้ว ทำให้สมบัติต่างจากแก้วทั่วไปและมักไม่โปร่งใสเท่าแก้ว
75. Pyroelectric ceramic มีสมบัติเด่นในข้อใด
1 : สามารถเปลี่ยนสมบัติทางกลให้เป็นสมบัติไฟฟ้า
2 : สามารถเปลี่ยนสมบัติทางไฟฟ้าให้เป็นสมบัติทางกล
3 : สามารถเปลี่ยนสมบัติทางไฟฟ้าให้เป็นสมบัติทางเคมี
4 : สามารถเปลี่ยนสมบัติทางความร้อนให้เป็นสมบัติทางไฟฟ้า
เฉลย: 4
อธิบาย: Pyroelectric ceramic สร้างสัญญาณไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยน จึงใช้ในอุปกรณ์ตรวจจับความร้อน
76. เซรามิกประเภทแก้วต่างจากเซรามิกโดยทั่วไปอย่างไร
1 : แก้วไม่มีผลึก แต่เซรามิกโดยทั่วไปเป็นโครงสร้างที่มีผลึก (Crystalline)
2 : แก้วสามารถดึงยืดได้ แต่เซรามิกโดยทั่วไปมีสมบัติเปราะ
3 : แก้วทนแรงดึงได้ดี แต่เซรามิกทนแรงอัดได้ดี
4 : แก้วทนทานต่อสารเคมีได้ดี แต่เซรามิกโดยทั่วไปเกิดปฏิกิริยาได้ง่าย
เฉลย: 1
อธิบาย: Glass (แก้ว) = Amorphous (ไม่มีผลึก), Ceramic ทั่วไป = Crystalline (มีผลึก)
77. ผลิตภัณฑ์ใดต่อไปนี้ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุเซรามิก
1 : กระสวยอวกาศ
2 : เตาเผา
3 : ลูกถ้วยไฟฟ้า (Electrical insulator)
4 : มีดผ่าตัด
เฉลย: 4
อธิบาย: กระสวยอวกาศ เตาเผา และลูกถ้วยไฟฟ้าต้องการสมบัติทนร้อนหรือฉนวน ซึ่งเซรามิกเหมาะมาก ส่วนมีดผ่าตัดไม่จำเป็นต้องใช้เซรามิกโดยทั่วไป
Note: Ceramic use (งานเซรามิก) = Heat/Insulation (ทนร้อน/ฉนวน)
78. ข้อใดไม่ช่วยทำให้วัสดุที่ผลิตจากอะลูมินา (Alumina) มีสมบัติโปร่งแสง (Translucent) ได้
1 : อะลูมินาที่ใช้มีความบริสุทธ์สูงมาก
2 : เป็นวัสดุผลึกเดี่ยว (Single crystal)
3 : การจัดเรียงตัวของผลึกมีทิศทางใกล้เคียงกันมาก
4 : ขอบเกรน (Grain boundary) มีความหนามาก
เฉลย: 4
อธิบาย: ขอบเกรนหนาหรือมีสิ่งเจือปนจะกระเจิงแสง ทำให้โปร่งแสงลดลง
ขอบเกรน (Grain Boundary) คือ บริเวณรอยต่อระหว่างผลึก (Crystal) ของวัสดุ
เมื่อแสงเดินทางผ่านวัสดุและไปเจอ “ขอบเกรนที่หนา” อาจหนาเพราะมีสิ่งเจือปน (ซึ่งมีดัชนีหักเหของแสงต่างจากตัวเกรนหลัก) แสงจะเกิดการหักเหและกระเจิงออกไปในทิศทางต่างๆ ทำให้แสงไม่สามารถทะลุผ่านไปได้
79. กระถางปลูกต้นไม้ โอ่งดิน อิฐมอญ จัดเป็นเซรามิกประเภทใด
1 : Stoneware
2 : Earthenware
3 : Porcelain
4 : Bone China
เฉลย: 2
อธิบาย: กระถาง โอ่งดิน และอิฐมอญเป็นผลิตภัณฑ์ดินเผาอุณหภูมิไม่สูงมาก จัดเป็น earthenware
Note: Earthenware (เครื่องดินเผา) = กระถาง โอ่ง อิฐมอญ
80. วัสดุทนไฟที่ใช้ในเตาเผาอุณหภูมิสูงมักทำจากวัสดุในข้อใดต่อไปนี้
1 : CaO
2 : Feldspar
3 : Cement
4 : Mullite
เฉลย: 4
อธิบาย: Mullite เป็นเซรามิกทนไฟที่ทนอุณหภูมิสูงและมีความเสถียรดี จึงเหมาะกับวัสดุบุเตาเผา