تاپیک مقاله های مهندسی مواد

[ghasem motamedi]

در این تاپیک کاربران می توانند مقاله های خود را قرار دهند.

[ghasem motamedi]

عنوان مقاله :فولاد های آلیاژی

[ghasem motamedi]

در اين مقاله سعي شده كه شرحي بر مباحث زير اروده شود آشنایی با روش های آلیاژ سازی انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم انواع روش های تولید هاردنر ها : انواع کوره های ذوب آلومینیم : عملیات کیفی مذاب آلومینیم انواع فلاكس ها : تصفيه مذاب آلومينيم انواع آلياژ هاي آلومينيم ريخته گري آلياژ هاي آلومينيم مس : آلياژ هاي چند گانه با پايه آلومينيم : روش هاي قالب گيري آلياژ هاي آلومينيم : مس و آلياژ هاي مس انواع هاردنر ها در آلياژ هاي مس محاسبات سيستم راهگاهي آلياژ هاي منيزيم و خيلي ديگر عناوين ديگر كه به تفضيل بيان نگرديد آشنایی با روش های آلیاژ سازی خصوصیات آلومینیم: آلومینیم دارای هدایت قابلیت هدایت حرارتی بالایی می باشد که بعد از نقره و مس بهترین هادی حرارتی شناخته می شود و دارای دانسیته ای در حدود2.7 سانتی متر مکعب است . که به همین دلیل جزو آلیاژ های سبک محسوب می شود . این آلیاژ دارای مقاومت به خوردگی زیاد است که به علت ایجاد لایه پایدار اکسیدی متخلخل می باشد . دارای نقطه ذوب پایین در حدود 670 درجه سانتیگراد است و قابلیت انجام عملیات حرارتی دارد اما عملیات حرارتی آن اج هاردینگ یا پیر سازی می باشد و دارای قابلیت انجام کار مکانیکی و تغییر فرم سرد و گرم می باشد . و این الیاژ را می توان در قالب های دائمی و یا فورج نیز استفاده کرد . کاربرد آلومینیم : این آلیاژ به علت ویژگی های خاصی که دارد در بیشتر صنایع از جمله اتومبیل سازی غذاسازی ساختمان سازی بلوکه های سیلندر خودرو اسکلت سازی صنایع پتروشیمی و صنابع هوایی به کار می رود . آلیاژ های آلومینیم : به طور کلی آلیاژ های آلومینیم به دو دسته کلی تقسیم می شود : 1- آلیاژ های نوردی 2- آلیاژ های ریخته گی نکته : آلومینیم به علت داشتن ساختار FCC و تراکم زیاد در ساختار شبکه بلوری اش فرم کاری خوبی در درجه حرارت محیط دارد . 1- آلیاژ های نوردی : در آلیاژ های نوردی ابتدا آلیاژ به شکل شمش ریخته شده سپس با توجه به شرایط تولید هر یک از فرآیند های کار سرد شامل : نورد ، فورج ، سوراخ کاری برش و .... روی قطعه انجام می شود . روش های تولید شمش های نوردی : معمولا دو روش برای تهیه شمش نوردی استفاده می شود : 1-روش مداوم (countinus) 2- روش نیمه مداوم و یا تکباری ( non countinus) 1- روش مداوم : این روش که از سرعت تولید بالایی برخوردار است که به این صورت می باشد که ذوب ریزی به صورت مداوم ادامه پیدا می کند . به این صورت که محفظه ای از فولاد گرم که در زیر پاتیل مذاب قرار دارد مذاب را به صورت دائم دریافت می نماید ، مذاب پس از رها شدن از پاتیل وارد محفظه شده و در مرحله اول آب گرد هایی که در قسمت بالای محفظه قرار دارند مذاب را به مرحله خمیری می رساند در مرحله بعد مذاب به مرحله آب فشان رسیده و به طور کامل منجمد می شود و در پایان تیغه ای که در انتهای محفظه قرار دارد فلز را برش زده و بر روی صفحه نقاله می اندازد . 2- روش تکباری : این روش که در کارخانه ها و به وسیله قالب های ماسه ای انجام می شود به این صورت است که ابتدا کوره را به مقدار معینی شارژ کرده سپس شارژ آماده شده را در قالب های مورد نظر می ریزند . 2- تهیه آلیاژ های ریخته گی ( فرآیند شکل ریزی) هدف تولید : تولید شکل نهایی قطعه به صورت مذاب ریزی مستقیم انواع مواد شارژ جهت ریخته گری آلیاژ های آلومینیم 1- شمش اولیه : این شمش معمولا در کارخانه های ریخته گری تولید می شود و از درصد خلوص بالایی درحدود 99.9% برخوردار است که معمولا به صورت پوکه های مستطیل شکل با وزن 15 الی 20 کیلو گرم تهیه می شوند . که جهت آلیاژ سازی آن ها از شمش های منیزیم ، روی ، سیلیسیم استفاده می شود که معمولا از شمش های منیزیم و سیلیسیم درمواقعی استفاده می شود که بخواهیم درصد کمی منیزیم و سیلیسیم به مذاب اضافه کنیم در غیر این صورت از آلیاژ ساز ها یا هاردنر ها (hardner) استفاده می کنیم 2- شمش های ثانویه: این شمش ها معمولا از ذوب مجدد قراضه های و برگشتی ها تولیدمی شود و با توجه به اینکه عملیات تصفیه و تمیز کاری روی این شمش ها انجام می شود از لحاظ قیمت گرانتر از شمش های اولیه می باشد اما دارای درصد خلوص و کیفیت بالاتری نسبت به شمش های اولیه می باشد . 3-قراضه ها : که قیمت مناسبی داشته ولی قبل از استفاده باید عملیات تمیز کاری بر روی آن ها انجام شود . 4- برگشتی ها : این شمش ها انواع قطعات معیوب سیستم راهگاهی را شامل می شود که به جهت شارژ مجدد در ریخته گری استفاده می شود . 5-آلیاژ ساز ها و یا هاردنر ها ( آمیژن ها):این گروه از آلیاژ ساز ها هنگامی استفاده می شود که قرار باشد عناصری را با نقطه ذوب بالاتر یا نقطه ذوب پایین تر به مذاب اضافه کنیم به عنوان مثال اضافه کردن مس با نقطه ذوب 1080 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که این عمل باید به صورت آمیژن انجام شود . یا اضافه کردن روی با نقطه ذوب 420 درجه سانتیگراد به مذاب آلومینیم که باید به صورت آمیژن انجام شود . نكته به آمیژن آلومینیم سیلیسیم ( سیلومین)گفته مي شود نکته : آمیژن در اين بخش به معنی عنصری است که با آلومینیم آلیاژ سازی شده است . مانند آمیژن مس نکته : فلزاتی که دارای نقطه ذوب پایین هستند به علت فشار بخار زیاد در ریخته گری آلومینیم اگر به صورت خالص به مذاب اضافه شوند باعث پاشش مذاب می شوند . انواع روش های تولید هاردنر ها : روش اول : در این روش ابتدا مذاب آلومینیم را تهیه نموده سپس فلز مورد نظر را به صورت قطعات ریز و کوچک در داخل فویل های آلومینیمی قرار می دهیم و آرام و آرام به مذاب آلومینیم اضافه می کنیم روش دوم : آلومینیم و فلز مورد نظر را به صورت جداگانه ذوب کرده و سپس فلز با نقطه ذوب بالا را به صورت باریکه مذاب به مذاب آلومینیم اضافه کرده و هم می زنیم . مثال : اگر بخواهیم آلیاژی از آلومینیم بسازیم که دارای ترکیب 5% سیلیسیم 0.4 % منیزیم 1/2 % مس و بقیه نیز آلومینیم باشد . و مواد مورد استفاده نیز شامل شمش اولیه با خلوص 99/99 درصد 1- آمیژن سیلومین با 13 درصد سیلیسیم 2- آمیژن منیزیم با 10 درصد منیزیم 3- آمیژن مس با 50 درصد مس جهت تهیه 100 کیلوگرم از مذاب چه مقادیری از این مواد باید مصرف شود . تلفات استاندارد : سیلیسم 1% منیزیم 3% مس 1% آلومینیم 1% جواب سوال انواع کوره های ذوب آلومینیم : 1- کوره های زمینی 2- کوره های شعله ای و یا روربر 3- کوره الکتریکی که این کوره ها خود به دو دسته کوره های مقاومتی وکوره های القایی تقسیم می شوند مزیت های کوره های مقاومتی این کوره های از نظر اقتصادی هزینه سرمایه گذاری کمتری نسبت به کوره القایی می خواهد و باعث ایجاد مذابی یکنواخت می گردد 1- کوره های زمینی : در کوره های زمینی بوته به شکل ثابت و یا متحرک استفاده می شود و معمولا جنس بوته در این کوره ها از گرافیت و یا کاربید سیلیسیم می باشد 2- کوره های شعله ای : در این کوره ها شعله به صورت مستقیم با مواد شارژ برخورد می نماید این کوره ها معمولا به شکل اتاقک های مکعب مستطیل می باشد و معمولا در این کوره ها از سوخت های گازوئیل ، مازوت و یا گاز استفاده می شود . راندمان این کوره ها پایین بوده و ذوب فلز به صورت تششع شعله انجام می شود تناژ این کوره ها بسیار بالا می باشد و معمولا ظرفیت شارژ این کوره ها حداکثر تا 20 تن می باشد این کوره ها معمولا به دو صورت دیده می شود الف: نوع اول آن که بدون پیش گرم بوده و مواد شارژ به صورت مستقیم و سرد وارد کوره می شود . ب: نوع دوم آن کوره هایی با پیش گرم شارژ بوده که در این روش مواد شارژ در قسمت بالای کوره قرار می گیرند و تحت تاثیر دمای کوره پیش گرم می شوند در این کوره های معمولا راندمان بیشتر بوده و تلفات حرارتی کمتر می باشد 3- کوره های الکتریکی : این کوره ها معمولا در دو نوع مقاومتی و القایی می باشد الف : کوره های مقاومتی : این کوره ها از المنت های فنری تشکیل شده است که در جداره کوره قرار دارند و که برای گرم کردن جداره کوره استفاده می شود که حداکثر دمای این المنت ها 1200 درجه می باشد که با توجه به دمای ذوب آلومینیم که حداکثر 820 درجه سانتیگراد است لذا عملا نیازی به درجه حرارت های بالا و زیاد در ذوب نیست ب: کوره های القایی : معمولا این کوره ها از نظر کیفیت ذوب به علت تماس نداشتن مذاب با عوامل احتراق مناسب می باشند و برای آلیاژ سازی مناسب هستند . در این کوره ها ترکیب شیمیایی مذاب یکنواخت تر بوده و سطح سرباره خوبی در ذوب ریزی ندارند . کنترل درجه حرارت ، کنترل ترکیب شیمیایی مذاب ، یکنواختی ترکیب شیمیایی و انحلال گاز کمتر همگی باعث افزایش کفیت مذاب در این کوره ها شده است .

[ghasem motamedi]

می تواند اتم های عناصری مثل کربن ،نیتروژن،بر ، هیدروژن و اکسیژن را به دلیل شعاع اتمی کوچک که دارد در خود به شکل محلول جامد بین نشین حل نماید.نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن 2750 درجه می باشد. آلومینیم را در دماهای 1000 درجه و بالاتر از آن استفاده نمی کنند به دلیل اینکه شدیدا اکسید شده و تلفات آن زیاد می باشد. ولی منیزیم و روی این مقدار بیشتری از آلومینیم تلفات دارند. وزن مخصوص 7/2 می باشد و در حالت مذاب 3/2 بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالت مذاب انبساط آن زیاد می باشد.در صد انقباض آن در فاز مایع 10% و در حین انجماد 8/6% است و به دلیل انقباض های زیاد به تغذیه در قعات آلومینیم ضرورت می یابد.مهمترین آیاژهای آلومینیم عبارتند از : آلیاژ آلومینیم با منیزیم – مس و سیلیسیم و یا آلیاژهای با ترکیب این سه عنصر لذا در اثر آلیاژ نمودن خواص مکانیکی مقاومت به خوردگی و ماشین کاری آلومینیم افزایش می یابد . به هر حال آلومینیم و آلیاژهای آن به دلیل نقطه ذوب پایین ، سیالیت زیادی که دارد افزایش خواص مکانیکی در اثر آلیاژ سازی و همچنین قابلیت عملیات حرارتی را دارد.منحنی سرد شدن تعادلی مواد فلزی با یکدیگر متفاوت است مثلا یک آلومینیم خاص را با یک آلیاژ دیگر در نظر بگیرید در فلز خاص در یک دمای خاص انجماد صورت می گیرد .در صورتی که در یک آلیاژ انجماد در یک فاصله در جه حرارتی صورت می گیرد.عملیات گاز زدایی با استفاده از گازهای فعال مثل کلر : اگر درجه حرارت 180 درجه برسد ترکیب فوق به شکل حباب در آمده ( فرار می باشد ) و هید روژن به داخل آن نفوذ می کند هر چه عمق مذاب بیشتر باشد گاز زدایی یا بازده ی آن بیشتر می شود. عملا باید 6/0 % گاز کلر مصرف شود که بستگی به نوع آلیاژ نوع کوره و شرایط وارد کردن گاز و روش تهیه قالب و رطوبت هوا دارد.گاز زدایی باکلر نسبت با ازت برتری دارد چون گاز کلر حباب کارید آلومینیم ریز و بیشتری تولید می کند . کلر معایبی هم دارد که عبارتست از : 1- سمی بودن کلر 2- تلفات آلومینیم عملیات با کلرید ها قدیمی ترین روش گاز زدایی می باشد و بر اساس واکنش کلر با فلز است . در این روش تر کیبات کلرید تجزیه شده و در انتخاب کلرید بایستی دقت شود تا ناخالصی وارد مذاب نشود.آلیاژ های Mg-Al که تا 2%Mg خالص به مذاب AL تولید می شود. بدیهی است که تلفات این عنصر زیاد می باشد و از این رو اغلب از آمیژن این عنصر با 10 % Mg استفاده می شود.سیالیت آلیاژهای Mg کم بوده و از این سیستم های راهگاهی معمولا از اندازه عادی بزرگتر انتخاب می گردد. آلیاژهای Si-Al-Mg دو عنصر آلیاژی Si و Mg قادر به ترکیب بوده و ترکیب بین فلزی را بوجود می آورند این عناصر به عنوان یک سیستم آلیاژی شبه دو تایی عمل می کند.این سیسیتم سه تایی سیستمی است که می توان آن را تحت عملیات حرارتی محلولی و پیر سختی قرار داد . آلیاژهای سه تایی دارای مزیت سیستم شبه دو تایی و همچنین اثرات مفید Si محلول درصد کم Mg تا حدود 3/0 % و درصد های بالای Si یعنی 6-8 %می باشد.افزایش بیشتر Si باعث بهبود خواص ریخته گری این آلیاژ ها می شود . در بعضی از آلیاژها ترکیب سیلیسیم و منیزیم مضر هستند که در نتیجه به عنوان نا خالصی محسوب می شوند .به خاطر این که تمامی آلیاژ Al دارای Si می باشد افزایش سختی در اثر تشکیل می باشد و با افزایش این سختی آلیاژ ترد و شکننده می شود.از خواص قطعات ریخته گری Al می تواند به قابلیت ماشین کاری ، قابلیت پرداخت کاری ، جوش کاری، لحیم کاری و قابلیت عملیات سختی سطحی اشاره کرد . این آلیاژ دارای خواص دیگری مانند استحکام برشی ، استحکام فشاری و مقاومت به خوردگی نیز می باشد. وزن مخصوص كم: یك متر مكعب آلومینیوم خالص 8/2827 كیلوگرم وزن دارد و یك متر مكعب از سنگین‌ترین آلیاژهای آلومینیوم (یعنی آلیاژهای حاوی مس و روی) دارای وزنی در حدود 2953 كیلوگرم است. حتی این سنگین‌ترین آلیاژ‌های آلومینیوم نیز حداقل 1978 كیلوگرم در هر متر كعب سبك‌تر از وزن هم حجم سایر فلزات ساختمانی (بجز منیزیم) است. پوشش سخت دادن Hard Coating یكی از فرآیندهای آندایزه كردن است كه به تدریج اهمیت پیدا می‌كند و آن را آندایزه كردن سخت یا پوشش سخت دادن می‌نامند. این فرآیند گرچه در اساس مشابه آندایزه كردن معمولی است ولی از چند نقطه نظر با آن تفاوت دارد. در پوشش سخت، محلول مورد استفاده اسید سولفوریك و درجه حرارت عمل پایین‌تر است. فرآیند بقدری ادامه می‌یابد كه لایه اكسیدی به ضخامتی تا حدود 5 برابر ضخامت آندایزه كردن معمولی برسد. پوشش آلومینیومی دادن Alcladding بطور كلی آلیاژهای آلومینیوم با استحكام زیاد از نظر خوردگی كم مقاومترین آنها محسوب می‌گردند. این مطلب بخصوص در مورد آلیاژهای حاوی درصدهای زیاد مس یا روی صادق است. از طرف دیگر مقاومت به خوردگی آلومینیوم خالص بسیار زیاد است. پوشش آلومینیومی دادن یكی از روشهای افزایش مقاومت خوردگی به یك آلیاژ با استحكام زیاد است. در این فرآیند یك لایه آلومینیوم خالص به سطح آلیاژ مورد نظر متصل شده و در نتیجه مجموعه حاصل خواص مورد نظر حاصل می‌شود. این روش مخصوصاً در محصولات ورقه‌ای مناسب است. ریخته گری در قالبهای مختلف ریخته گری در قالب های فلزی – ریخته گری در قالبهای ماسه در قالبهای فلزی در رابطه با آلیاژهای آلومینیم – سیلیسیم با افزایش درصد سیلیسیم سختی پیوسته افزایش می یابد با افزایش در صد سیلیسیم تا حدود 12% استحکام کششی افزایش و بعد از آن کاهش می یابد و همچنین با افزایش آن تا حدود 6% از دیادطول کاهش می یابد.در رابطه با قالب های ماسه ای با افزایش درصد سیلیسیم تا حدود 22% استحکام افزایش و بعد از آن کاهش می یابد .افزودن سیلیسیم به مذابآلومینیم توسط آلیاژ ساز های آلومینیم-سیلیسیم که دارای 13 تا 23 % سیلیسیم می باشد صورت می گیرد این آلیاژ ساز به دلیل نقطه ذوب پایین یعنی 580 درجه سانتیگراد به راحتی در مذاب آلومینیم قابلیت حل شدن دارند. روش های مختلف قالبگیری آلیاژهای آلومینیم : آلیاژهای آلومینیم با کلیه روش های قالبگیری موقت ماسه ای ، گچی پوسته ای ، سرامیکی و قالب های فلزی و قالب های تحت فشار قابلیت ریخته گری دارند.ریخته گری در قالب های ماسه ای از انواع ماسه های سیلیسی ، زیرکنی ، کرومیتی استفاده می شود و در قالب های فلزی جنس قالب های فلزی از چدن خاکستری پر کربن بوده و سطح آن را با گرافیت پوشش می دهند. نرمی آلومینیم در حالت سرد اغلب عملیات شکل دادن آلومینیم در حالت سرد انجام می گیرد زیرا وقتی پوفیلیبا رویه نازک و روق های نازک حرادت داده می شوند امکان تاب خوردن آنها وجود داردنیروی لازم برای تغییر شکل آلومینیم کمتر از فولاد است نرمی آلومینیم به خود ماده ( نوع آلیاژ ) و حالت آن بستگی داردوضعیت آلومینیم مانند هر فلز دیگریدر اثر کار سرد تغییر می کند تاثیر کار سرد بر آلومینم از این قرار استماده مستحکم تر و سخت تر می شوددر قطعه تنش تولید میشوداگر تغییر شکل از ظرفیت تغییر شکل پذیری فلز بیشتر شود کار سردمممکن است باعث ترک خوردن آن شودراحت ترین ماده آلومینیمی از نظرتغییر شکل و نرمی آلویمینم حالص آلومینیم تصفیه شده و آلیاژ Al-Mn در حالت نرم آ« استآلومینیم خالص وآلیاژهای آلومینیم در حالت نیمه سخت و آلیاژهای پیر سختی پذیر در حالت نرم در حالکار پذیر هستند گر چه کارپذیری آن ها کمتر از موادبیشتر شاد شده استآلیاژ های آلومینیم در حالت سخت یا حالات کاملا پیر سهت شده به مقدارکمی کار پذیرند و به طور کلی کارپذیری آنها بسیار مشکل است . منابع وماخذ : جلال حجازی ( اصول ریخته گری ) - دانشگاه علم و صنعت ایران عملیات کارگاهی آلومینیم همگن ویلهام - ترجمه : اردشیر طهماسبی اصول علم مواد - تالیف : حسن تویسرکانی متالورژی فیزیکی - ترجمه : مهندس علی اکبر آهنی

[ghasem motamedi]

تقسیم بندی الیاف کربن برحسب نوع ماده اولیه به کار گرفته شده در تولید :
در حال حاظر سه نوع منبع برای تولید این الیاف وجود دارد :
-1 الیاف کربن ساخته شده از گیاهان یا سلولزی -2 الیاف کربن ساخته شده از قیر یاpitch
-3 الیاف کربن ساخته شده از پلی اکریل نیتریل (PAN)
به دلیل ساختمان مولکولی و اتمی و همچنین تولید مدول کششی قابل توجه با سایر انواع الیاف نوع سوم از اهمیت بیثشتری برخوردار بوده و کاربردهای متعددی در صنعت دارد . ما هم توجه خود را معطوف به این نوع کرده و به اختصار درباره روش تولید آن توضیحاتی را بیان می کنیم . شایان ذکر است که مطالب مربوط به تولید بسیار مفصل بوده و در این مقاله نمی گنجد .

PAN(PolyAcryloNitrile
پلی اکریل نیتریل یاPAN از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل یاAN بدست می آید . برای تهیه آکریل نیتریل نیز از فرایند معروف SOHIO که توسط ژاپنیها ابداع شده است ٬ استفاده می شود . در این فرایند از واکنش شیمیایی بین دو گاز پروپیلن و آمونیاک در حضور کاتالیزورهای مناسب که شدیداً هم گرمازا می باشد ٬ آکریل نیتریل به همراه HCN تولید می شود که همانطور که گفته شد از پلیمریزاسیون رادیکالهای آزاد آکریل نیتریل ٬ آکریل نیتریل بدست می آید . راکتور مورد استفاده برای پلیمریزاسیون از نوع بستر سیالی یا Fluid Bed می باشد . بعد از تهیه پلی اکریل نیتریل خام باید تعدادی از فرایندهای مناسب برای آماده سازی و هرچه حالص تر شدن آن مورد استفاده قرار گیرد. زیرا در غیر اینصورت الیاف کربن تولیدی مقاومت کششی مطلوب را نخواهند داشت .مهمترین این فرایندها filteration می باشد که ابعاد صافی های مورداستفاده در حد میکرون µ می باشند.

مراحل تولید :
شمای کلی خط تولید به صورت زیر می باشد :


ریسش یا Spining
در این مرحله همانطور که گفته شد یکی از مراحل آماده سازی PAN می باشد . که بعد از انجام filteration مناسب پلی اکریل نیتریلها را بصورت رشته ای یا به صورت تار در می آورند .سپس در دستگاههای ریسش مخصوص به صورت نوعی فیبر در خواهند آمد .

اکسیداسیون oxidation
دراین مرحله در کوره های مخصوص فیبرهای اکریلیک تحت درجه حرارتی در حدود 200 الی 300 درجه سانتیگراد ودر حضور هوا یا گازهای مناسب دیگر قرار می گیرند . تا آمادگی کامل برای طی و سپری کردن سایر مراحل تولید را بدست آورند. البته به این مرحله مرحله تثبیت سازی نیز گفته می شود . فیبرهای آکریلیک باید زمانی در حدود 2 ساعت را دراین کوره ها طی کنند.

کربونیزاسیونCarbonization
درجه حرارت در این مرحله بین 1000تا 1700 درجه سانتیگراد میباشد . این فرایند باید در یک محیط راکد و معمولا در حضور گاز نیتروژن صورت می گیرد. خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :
مدول کششی :200-300GPa
مقاومت فشاری :3GPa
مدول برشی:15GPa

گرافیتاسیون Graphitization
این فرایند نیز درون کوره های مخصوصی دریک محیط راکد و در درجه حرارتی بین 2500تا3000 درجه سانتیگراد صورت می گیرد. البته این مرحله در مورد فیبرهایی که باید مدول کششی بالایی داشته باشند اجرا می شود . خواص فیبرهای کربن بعد از طی این مرحله بصورت زیر می باشد :
مدول کششی :500-600GPa
مقاومت فشاری : 16GPa
مدول برشی:10GPa
بعد از طی این مرحله قطر الیاف کربن به 5 الی 7 میکرون می رسد .

عملیات سطحی و اندازه ای surface treatment and sizing
در این مرحله سطح الیاف کربن را با باندها و نوارهای شیمیایی وبرای اینکه در هنگام استفاده از رزین در تهیه مواد کامپوزیتی چسبندگی بهتری داشته باشد ٬ آغشته می کنند. و همچنین در مرحله اندازه بندی علاوه بر بسته بندی الیاف کربن و تعیین چگونگی روش بارگیری آن ٬ برای محافظت فیبرهای کربن در طی انجام مراحل بعدی از یک اپوکسی نیز استفاده می شود .

انواع الیاف کربن با توجه به مقدار مدول الاستیسیته :
1- مدول کم (Low Modulus)
مدول الاستیسیته در این مرحله تا 200GPa می رسد و درجه حرارت فرایند کربونازیسیون تا 1000 درجه سانتیگراد خواهد بود.
2-مدول استاندارد(Standard Modulus)
مدول الاستیسیته در این مرحله بین 200-250GPa و درجه حرارت کربونازیسیون بین 1000-1500 درجه سانتیگراد می باشد .
3- مدولهای متوسط(Intermediate Modulus)
مدول الاستیسیته در این مرحله به 250-325GPa ودرجه حرارت کربونازیسیون بین 1500تا 2000 درجه سانتیگراد می باشد .
4- مدولهای زیاد(High Modulus)
مدول الاستیسیته در این مرحله به 350-600GPa ودرجه حرارت کربونازیسیون بیش از 2000درجه سانتیگراد به همراه مرحله گرافیتازیسیون می باشد .
5- مدولهای بسیار زیاد(Ultra High Modulus)
مدول الاستیسیته در این مرحله به بیش از 600GPa ودرجه حرارت کربونازیسیون درحدود 3000درجه سانتیگراد به همراه مرحله گرافیتازیسیون می باشد .

کاربردهای الیاف کربن :

با یک مقایسه سریع بین خواص این الیاف و فولاد می توان به اهمیت این مواد پی برد :
فیبر کربن استاندارد :
مقاومت کششی :3.5GPa مدول کششی230GPa وچگالی 1.75g/ccm
فولاد با مقاومت خیلی زیاد:
مقاومت کششی:1.3GPa مدول کششی210GPa و چگالی 7.87g/ccm
با توجه به جدول پر واضح است که الیاف کربن مقاومت کششی بالاتری نسبت به فولاد دارند در حالی که وزن تقریبا یک چهارم آن را دارا می باشند . به همین دلیل امروزه در صنایع مختلفی بویژه هوا فضا سعی می شود از این الیاف به جای فلزات استفاده شود . حتی در تهیه ابزارالات ورزشی نیز ( چوب گلف و راکت تنیس) نیز امروزه از این الیاف استفاده می شود . در ساخت اسکلت بتنی پلها و ساختمانهای بزرگ نیز از این الیاف برای بالا بردن استحکام و کاهش وزن سازه نیز استفاده می شود . در صنایع نفت و گاز و نظامی و... کاربردهای متعددی از این الیاف وجود دارد. تنها مشکل و ایراد وارد براین الیاف بدون توجه به مسئله زیستی و محیطی مقاومت پایین این کامپوزیتهای در برابر ضربه می باشد که برای جبران این نقص از سایر انواع کامپوزیتها به عنوان مکمل مثل فیبر شیشه استفاده می شود .
10 سال آینده را می توان دهه حکومت این الیاف در تمامی جنبه های صنعتی پیش بینی کرد

[ghasem motamedi]

پليمرها ، ابرمولکول هايي با وزن مولکولي بسياربالا هستند .که از واحدهاي تکرار شونده تشکيل شده اند .پليمرها ممکن است آلي (organic ) ،غيرآلي (inorganic)يا آلي ـ فلزي (organometallic )باشند .و ازديدگاه نحوه ي به وجود آمدن ممکن است مصنوعي يا طبيعي باشند .پليمرها ازجمله ي مواد ضروري براي بسياري از صنايع از جمله :چسب ها (adhesives ) ، مصالح ، ساختماني ، کاغذ، لباس ، الياف ، پوشش ها ، پلاستيک ها ، سراميک ، بتون ، کريستال مايع ، مقاومت هاي نوري و ...هستند .پليمرها درعلومي همچون :تغذيه ،مهندسي ، بيولوژي ، داروسازي ، کامپيوتر ،اکتشافات فضايي ، بهداشت و محيط زيست اهميت دارد .
پليمرهاي غيرآلي که به صورت طبيعي وجود دارند شامل :الماس ها ، گرافيت ، آزبست (پنبه ي نسوز )،شن،عقيق ، فلدسپار ،ميکا ،کوارتز ،تالک و ... مي شوند .
پليمرهاي آلي که به صورت طبيعي يافت مي شود عبارت اند از :پلي ساکاريدها (پلي کربوهيدرات ها )مانند :نشاسته و سلولز ،نوکلئيک اسيدها و پروتئين ها .
پليمرهاي غيرآلي ،مصنوعي عبارت اند از :نيتريد بور (Boron nitride )، بتون (Concrete )،بسياري از ابر رسانه هاي دما بالا و شماري از شيشه ها .
پلي سيلوکسين ها (Polysi loxanes )که به سيلوکسين نيز معروف اند .نمونه اي از پليمرهاي آلي ـ فلزي محسوب مي شود که به صورت مصنوعي تهيه مي گردد .
پليمرهاي مصنوعي که براي در ساختار برخي وسايل استفاده مي شود به طور قابل ملاحظه اي از فلزات سبک ترند .اين مواد به کاهش ميزان مصرف سوخت در وسايل نقليه و سفينه هاي فضايي کمک مي کند .زماني که به نسبت برابر وزني ازپليمر به جاي فلز استفاده کنيم مواد پليمري حتي از فلز نيز بهتر کار مي کنند .مثلاً http://iran-eng.com/images/smilies/frown.gifدرمورد کشش ).مواد پليمري باپيشرفت هاي انجام شده توانايي استفاده براي اهداف مهندسي به عنوان مثال :يراق آلات ، بلبرينگ ها و غشاهاي ساختاري را پيدا کرده اند .



http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(1).jpg
شکل 1 : به سیاره ي پلیمر خوش آمدید

نام گذاري (Nomenclature ):

بسياري از پليمرها هم داراي نام معمولي ()و هم نام برپايه ي ساختارشان هستند .نام گذاري بر پايه ي ساختار به وسيله ي سازمان بين المللي شيمي محض و کاربردي (International Union of Pure and Applied Chemistry )که به اختصار IUPAC ناميده مي شود .پايه گذاري شده است .
بعضي از پليمرها به وسيله ي علامت اختصاري شان (واژه اي که از حروف اول چند واژه ايجاد شده )شناخته مي شوند .بعضي از شرکت هاي توليد کننده ي مواد پليمري ،نام هاي تجاري را براي توليدات پليمري خاصي که خود توليد کرده اند تعريف مي کنند .براي مثال پلي استر فرترل ( FortreL@polyester)شامل الياف پلي اتيلن کرفتالات ( PET)است .پليمرها معمولاً با نامگذاري سنتي ديده مي شوند .مثلاً دايون ، پلي استر ، نايلون و ...

ساختار (Composition):

ساختارهاي پليمري را مي توان به وسيله ي ساختارهاي ساده تر که در کل پليمر تکرار مي شوند، معرفي کرد .اين ساختارهاي شبيه به هم که در طي زنجيره ي پليمري تکرار شده اند را واحد تکرار شونده گويند .اين واحدهاي تکرار شونده را مونومريتر گويند .مونومرها با هم واکنش داده و پليمررا توليد مي کنند .واحد تکرار شونده ي پلي پروپيلن در شکل 2 نشان داده شده است .



http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(2).jpg
شکل 2 : مونومر پلی اتیلن
به جز درپايان زنجيره هاي پليمري ، پلي پروپيلن از واحدهاي کاملاً تکرار شونده و شبيه به هم تشکيل شده اند .
عدد واحدها (The Namber of units )دريک زنجيره ي پليمري درجه ي پليمريزاسيون (degree of polymerization )ناميده مي شود که با DP نمايش داده مي شود .

ساختار ابتدايي (Primary Structure ):

ترتيب واحدهاي تکرار شونده در يک پليمرساختار ابتدايي Primary Structure ناميده مي شود .عوامل واکنش دهنده ي نامتقارن ، به عنوان مثال جانشيني مونمرهاي وينيل ، صرفاً توليداتي به صورت سر به ته ( head-to-tail)مي دهد ،که عامل جانشيني R ، بر روي کربن هاي يکي در ميان (متناوب )قرار مي گيرد .هراتم کربن داراي عامل R ، مرکز چيرال (Chiral center )با احتمال ژئومتري مختلف است .(هراتم در مولکول با 4 اتم واکنش مي دهد ).
آرايش هاي جايي که جانشين بر روي کربن چيرال به صورت رندوم است ساختارهاي اتاکتيک (Atactic structures )ناميده مي شود .
ساختارهايي که دراطراف کربن چيرال هستند .هندسه ي يکساني دارند که به آنها ايزوتاکتيک (Isotactic )يا استرورگيولر (Stereo regular)گويند.
ـ پليمرها مي توانند خطي (Linear )يا شاخه اي ( Branched )با مقدار طول شاخه ي متفاوت باشند .که اکثر پليمرها شامل تعدادي شاخه مي شوند .
ـ کوپليمرها (Copolymers )ازدو نوع مختلف مونومر مشتق شده اند .که ممکن است به صورت نمادهاي AوB نمايش داده بشوند .براين اساس ساختارهاي مختلفي در کوپليمرها رخ مي دهد که هرساختار خواص خاص خود را دارد .اين تنوع در نحوه ي قرارگيري مونومرهاي مختلف در کوپليمر شامل :يکي در ميان (Alternating )،راندوم ( Random )، بلوک (block )و گرافت (graft )مي شود .

ساختارثانويه (Secondary Structure ):

ساختار ثانويه به شکل محلي پليمر برمي گردد .که معمولاً برآيند و حاصل پيوند هيدروژني است .بيشتر زنجيره هاي پليمرهاي خطي انعطاف پذير تا نيمه انعطاف پذير منجر به ايجاد دو ساختار مارپيچ (helical ) و چين دار (pleated skirt )مي گردد .براي هردو نوع قطبي و غير قطبي از زنجيره هاي پليمري ، تمايل به گرفتن حالت مارپيچ با اجتماع مرکزدار وجود دارد که در داخل آن ها نيروهاي پيوند ثانويه وجود دارد .

سومين ساختار (Tertiary Structure ):

سومين ساختاريک پليمر به شکل سرتا سر يک پليمر اشاره دارد .به عنوان مثال در هم گيرکردن پلي پپتايد (poly peptide ).پروتئين هاي کروي شبيه گوي هاي ناهموارند که علت آن ترکيب پيچيده ي محيطي و محدوديت هاي مولکولي و فرصت هاي پيوندي است .
خيلي از پليمرهاي طبيعي و مصنوعي داراي ابرساختارند (Super structures )،به عنوان مثال :پروتئين هاي کروي و تجمع زنجيره هاي پليمري ، که ايجاد کلاف و دسته بندي هايي مي کند .

چهارمين ساختار (Duaternary structune ):

چهارمين ساختار به نحوه ي قرارگيري درفضاي دو يا بيشتر زير واحدهاي پليمر است .که اغلب از تجمع سومين ساختار حاصل مي شود .براي مثال : هموگلوبين (چهارمين ساختار )ترکيبي ضروري از چهار واحد ميوگلوبين ( سومين ساختار )است .بسياري از پليمرهاي مصنوعي به حالت کروي فورم مي گيرند .

توليد (Synthesis ):

براي اينکه پليمريزاسيون اتفاق بيفتد ، مونمرها بايد حداقل 2 نقطه ي واکنش پذير يا گروه هاي عاملي داشته باشند .دو راه اصلي در ايجاد پليمرهاي مصنوعي وجود دارد که يکي از روش ها ، روش افزايشي و ديگري روش تراکمي است .در سينتيک شناسي نوع زنجيري ،آغاز واکنش با ترکيب يک سري از مونومرها شروع مي گردد که نتيجه ي آن مخلوطي از تعداد زيادي مونومر واکنش نداده و پليمر است .
پليمرهاي وينيلي (Vinil Polymers )ازمونومرهاي وينيل مشتق مي شوند .و دراسکلت اصلي آنها فقط اتم کربن وجود دارد .مثال هايي از پليمرهاي وينيلي شامل پلي استيرن (Polystyrene ) ، پلي اتيلن (Polyethylene )، پلي بوتادي ان (Poly buta diene )، پلي پروپيلن (poly propylene )و پلي وينيل کلرايد (Poly vinid choloride )است .



http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(3).jpg
شکل 3 : پلی اتیلن با دانسیته ی پایین (LDPE)
دومين روش عمده ي پليمريزاسيون مرحله اي (step - wise polymerization )است .پليمريزاسيون در مراحل داراي شکل جهت داراتفاق مي افتد .که موجب ايجاد يک ميانگين اندازه ي زنجيره اي مي گردد .
که امکان دارد از مخلوط واکنش يک عدد يا درجه ي پليمريزاسيون سر تاسري 2 ، سپس 5 ، سپس 10 و به همين منوال داشته باشيم تا همه ي مخلوط به پليمرهاي بزرگ تبديل شوند که تعداد مونومرهاي موجود اندک يا اصلاً وجود ندارد .پليمرهايي که به طورخاص از اين روش ايجاد مي شوند .شامل : پلي کربنات ها ( polycarbonates )،پلي استرها ( polyesters )و پلي يوريتان ها (polyurethanes )هستند . شکل 4



http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(4).jpg
شکل 4 : پلی کربنات
زنجيرهاي پليمري که به روش تراکمي تهيه شده اند داراي اين خاصيت اند که اتم هاي غيرکربن نيز در ساختار آنها وجود دارد .براي پلي آميد ، نيتروژن در ساختار اصلي پليمر وجود دارد .درحالي که براي پلي کربنات ها اکسيژن در ساختار اصلي اضافه شده است .
پليمرهاي تراکمي درحالت مذاب توليد مي شوند (يعني اينکه واکنش دهنده ها حرارت داده مي شوند تا مذاب گردند ).يا اينکه در حالت محلول هستند ( يعني واکنش دهنده ها درحلال حل شده اند )و درحالتي ديگر واکنش بين فازي است (يعني اينکه واکنش دهنده ها در حلال هاي متفاوت از لحاظ امتزاج حل شده اند ).

خواص مولکولي (Molecular Properties ):

اين بخش براي اين مورد استفاده قرارگرفته تا کمک به فهم ساختار و رفتار پليمرها بکند وزن مولکولي يک زنجير پليمر خاص به وسيله ي مجموع وزن مولکولي واحدهاي تکرار شونده ايجاد مي شود .درميانگين آماري پليمرها را توصيف مي کند که يکي از آنها (وزن مولکولي ميانگين شماره اي است و ديگري وزن مولکولي ميانگين وزني است .)
اندازه مهمترين خاصيت پليمرهاست که به آنها اجازه ي انبارکردن اطلاعات را مي دهد .(پروتئين هاي و نوکلئيک اسيدها )،مواد پليمري هر عملي را که زنجيره هاي پليمري يا اجزاي پليمر را کج و راست کند به خاطر مي آورند . مثلاً خم کردن ،کشيده شدن ها ويا ذوب شدن ها.
اندازه ي همچنين به عنوان يک تجمع درون زنجيري ثانويه به شمار مي آيد که توسط نيروهاي واندروالس ايجاد گشته اند .براي پليمرهاي غيرقطبي ، مثلاً پلي اتيلن ، نيروي جاذبه براي هر واحد تکرار شونده کمتر از پليمرهاي قطبي است .پلي وينيل کلرايد که يک پليمر قطبي است .شامل نيروهاي جاذبه اي که منشا آنها گسيختگي ساختار و نيروهاي دو قطبي ، است که مجموع اين نيروها از نيروهاي موجود در پلي اتيلن کمتر است .پليمرهاي حاوي پيوند هيدروژني (مثلاً پلي ساکاريدها ، پروتيئن ها و نوکلئيک ها اسيدها و نايلون است ). نيروهاي جاذبه ي حتي بزرگتري نسبت به حالات قبل دارند .پيوند هيدروژني به قدري در سلولز قوي است که موجب عدم حلاليت آن درآب تا حدي که پيوندهاي بين زنجيري هيدروژني شکسته نشوند است .



http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(5).jpg
شکل 5 : مونومر وینیل
پليمرها معمولاً ترکيبي از مناطق با آرايش منظم و نواحي بدون آرايش منظم هستند .
به نقاط با آرايش منظم بخش هاي کريستالي شده و به نواحي بي نظم بخش هاي آمورف گفته مي شود .نواحي کريستالي زيادي صلب اند و به پليمرها استحکام و مقاومت در برابر نيروهاي خارجي را اعطا مي کنند .نواحي آمورف، نيز به پليمر خاصيت انعطاف پذيري مي دهد .
اکثر پليمرهاي تجاري داراي تعادل در ميزان نواحي آمورف و کريستالين هستند که به پليمرخاصيتي مي دهند که هم انعطاف پذير و هم مستحکم باشند .
پليمرها مواد ويسکوالا هستند .پليمرهاي نرم ، مثلاً پلي اتيلن و پلي پروپيلن داراي تحمل در برابر کشيدگي بالاي دارند و درهنگام کشيدگي مقاومت و جهت گيري زنجيره اي پيدا مي کنند .
پليمرهاي ترد ،مثلاً پلي استيرن ، استقامت کافي ندارند .و درکشش هاي کمتر شکسته مي شوند .



http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/05/145001%20(6).jpg
شکل 6 : مونومر استیرن
ـ ليف (fiber )،يک ماده ي پليمري است که بسياربلند است و طول آن از ابعاد ديگرآن بسيار بزرگ تر است ، يک ليف يا رشته ي مقاومت کششي بالا ، سختي بالا و افزايش طول کمي درحين کشش دارد .

مواد (materials ):

الياف(fibers )مواد پليمري هستند که در يک جهت بسيار محکم اند و بيش از 100برابر عرضشان کوچکتر است .
ـ الاستومرها (elastomers )که به آنها رابرتير مي گويند مواد پليمراند که درهنگام اعمال نيرو بر آنها تغيير شکل داده و هنگامي که نيرو برداشته شود .به شکل اوليه باز مي گردند .
ـ پلاستيک ها ، موادي اند که خواصشان ميان الياف و الاستومرهاست .آنها سخت و انعطاف پذير هستند .پوشش ها و چسب ها عمدتاً از مشتقات مواد پليمري اند .البته از گروه هاي ديگر نيز مي توانند کمک بگيرند به عنوان مثال ، پلي سيلوکسان (polysiloxanes )الاستومراست در حالي که به عنوان چسب نيزاستفاده مي شوند .
چسب ها و پوشش هاي مورد استفاده درصنعت شامل :لامينات ها ( laminates )
ـ مواد لايه مانند ، درزگيرها و بتونه ها (Sealants and Caulks )، کامپوزيت ها (composites )،غشاها ( films)، کريستال هاي مايع (liquid crystals )، سراميک ها ، سيمان ها و مواد *مي شود .

افزودني ها (additives ):

مواد پليمري مورد استفاده معمولاً ترکيبي از يک پليمر و يک يا چند جزء ديگر است .که به پليمر اضافه شده اند .و نقش بهبود و خواص ، کمک به پروسه ي توليد و ايجاد خواص جديد را دارد .
مواد افزودني مي توانند جامد ، مايع و گاز باشند .افزودني هاي جديد نيز مانند :پلاستيسايزها (plasticizers )، آنتي اکسيدان ها ( antioxydants )،مواد افزودني رنگ زا ( colorants )، پرکننده ها (fillers )و تقويت کننده ها (reinforce ments )هستند .

بازيافت (Recycling ):

بسياري از پليمرها ترموپلاست (Thermoplastics )هستند. ازاين جهت اين مواد را مي توان پس از کاربرد دوباره ذوب و شکل دهي کرد .و با گرم کردن و فشار آنها دوباره محصولات جديد توليد کرد .بازيافت پليمرهاي ترموست (Thermosets)مشکل تر است .زيرا اين پليمرها ذوب نمي شوند و پيش از نرم شدن تخريب مي شوند .اين مواد در اکثر موارد آسياب شده و به پودر نرم تبديل مي شوند .اين پودر نرم با افزودني ها (معمولاً چسب ها ، باندها (Binders )آميخته شده و سپس شکل دهي مي شوند.

[ghasem motamedi]

معرفی:
انواع مختلفی از مواد همچونفروالکتریک­ها (که در میدان الکتریکی کرنش می­کنند)، آلیاژهای حافظه­دار (که درواکنش به تغییرات دما، دچار تغییر شکل ناشی از تبدیل فاز می­شوند) و مواد منعطفمغناطیسی (که در میدان مغناطیسی کرنش می­کنند)، قابلیت­های حسگری و تحریک­پذیری ازخود نشان می­دهند. این پدیده­ها برعکس یکدیگر عمل می­کنند و بنابراین می­توان اینمواد را، جداگانه یا با هم، به کار برد و قابلیت حسگری و تحریک پذیری را برایپاسخگویی به شرایط محیطی با یکدیگر ترکیب کرد. هم اکنون از مواد یاد شده درچاپگرهای جوهرافشان، درایوهای دیسک مغناطیسی و وسایل ضد لختگی خون استفاده بسیارگسترده می­شود.

کامپوزیت­ها با پایه سرب- تیتان- روی (PZT) و سایر موادفروالکتریک که دارای حساسیت زیاد، واکنش چندگانه فرکانسی و فرکانس متغیر هستند، بخشمهمی از مواد هوشمند به شمار می­روند. مثلاً کامپوزیت PZT فرستنده- گیرنده­ای استکه در محفظه­ای به شکل هلال جاسازی می­شود و پاسخ را به گونه­ای پایدار تقویتمی­کند. نمونه دیگر، کامپوزیت­های باریم- استرونتیم- تیتان و مواد غیر فروالکتریکهستند که واکنش­های پرس فرکانسی و پرس میدانی نشان می­دهند. مصرف این کامپوزیت­هادر حسگرها و تحریک­کننده­هایی است که می­توانند برای­هماهنگی با سیگنال یارمزگشایی آن، فرکانس خود را تغییر دهند. هم اکنون از فروالکتریک­ها در اجزایحافظه­ای غیر متغیر، کارت­های هوشمند و اجزای فعال اسکی­های هوشمند- که در واکنش بهتنش تغییر شکل می­دهند- استفاده می­شود.


بخش مهم دیگری از این مواد، پلیمرهای هوشمند هستند (مثلاً ژل­های جدیدی کهدر واکنش به میدان الکتریکی تغییر شکل می­دهند). از پلیمرهای الکترواکتیو در ساخت "ماهیچه­های مصنوعی" نیز استفاده شده است.پلیمرهای موجود کنونی قدرت مکانیکی محدودیدارند، اما حوزه پلیمرها حوزة تحقیقاتی بسیار پویایی است و کاربردهای بالقوه­ای درروبات­های کاوشگر فضایی، ماموریت­های بسیار خطرناک و تجسس را نوید می­دهد. همچنینمی­توان هیدروژل­هایی ساخت که در واکنش به تغییرات ph و دما منبسط و منقبض شوند. این هیدروژل­ها (به شکل کپسول) قادر خواهند بود در واکنش به تغییرات شیمیایی،داروهایی در بدن ترشح کنند (مثلاً ترشح انسولین بر پایه تمرکز گلوکز). روند دیگر دررهاسازی کنترل شده دارو در بدن، مواد با هسته­های هیدروفوبیک و پوسته هیدروفیلیکاست.
چشم انداز آینده:
جهانی که از تحریککننده­ها و حسگرهای شبکه شده (مثلاً روی دیوارها، لباس­ها، لوازم منزل، وسایل نقلیهو محیط پیرامونی) اشباع باشد، نوید دهنده بهبود، بهینه­سازی و مشتری­گراییسیستم­های حسگر از طریق دسترسی بیشتر به اطلاعات و تحریک­پذیری هر چه مستقیم­تراست. ارتباطات قابل دسترس مستمر، فهرست بندی و مکان­یابی اقلام شخصی برچسب­دار (برچسب­های الکترونیکی، شیمیایی و غیره) و هماهنگی کارکردهای پشتیبان، دستاوردهاییهستند که تا سال 2015 به تدریج تحقق خواهند یافت.

توسعه مداوم حسگرهایبیومتریک پنهان و ریز، همراه با تحقیق پیرامون شناسایی صدا و دست­خط و اثر انگشت،به اثربخشی سیستم­های ایمنی فردی می­انجامد. از این سیستم­ها می­توان برای مقاصدپلیسی، نظامی، سازمانی، شخصی و تفریحی استفاده کرد. با ترکیب این سیستم­ها وتکنولوژی­های اطلاعات امروزی، بسیاری از دغدغه­ها پیرامون مسائل امنیتی و حریمخصوصی افراد مرتفع خواهد شد. همچنین کاربردهایی برای ایمن­سازی بهتر اسلحه کمری (بانصب قفل­های تشخیص هویت مالک واقعی) و دزدگیر وسایل نقلیه ایجاد خواهد شد.

سایر کاربردهای مواد هوشمند که احتمالاً تا سال 2015تحقق خواهند یافت عبارتند از:
- لباس­هایی که به شرایط مختلفآب و هوایی حساس­اند، با سیستم­های اطلاعات تعامل دارند، علائم حیاتی را کنترلمی­کنند، قادر به ترشح مواد دارویی هستند و جراحات را به طور خودکار محافظتمی­کنند.

- ایرفویل­هایی که خود را با شرایط آب و هوایی سازگار می­کنند.

- ساختمان­هایی که خود را با شرایط آب و هوایی سازگار می­کنند.

- پل­ها و جاده­هایی که ترک را احساس و آن را مرمت می­کنند.

- آشپزخانه­هاییکه با دستورات بی­سیم آشپزی می­کنند.

- تلفن­ها و مراکز تفریحی که ازتکنیک­های "واقعیت مجازی" استفاده می­کنند.

- تشخیص پزشکی شخصی ( احتمالاًدر تعامل مستقیم با مراکز درمانی)

البته سطح پیشرفت و عجین شدن اینتکنولوژی­ها با زندگی روزمره بیشتر به میزان استقبال مشتریان بستگی دارد تا بهتوسعه­ها و پیشرفت­های فنی.

علاوه بر عملکردهای تجسس و شناسایی که ذیل موادهوشمند تشریح شد، توسعه روبات­ها منجر به حسگرهای نو و قوی­تری برای کشف و تخریبمواد منفجره و قاچاق و عملیات در محیط­های بسیار خطرناک خواهد شد. افزایش عملکردمواد، چه در منابع انرژی (مثل باتری­ها) و چه قابلیت­های حسگری و تحریک­پذیری وهمچنین یکپارچه­سازی این عملکردها با قدرت محاسبات کامپیوتری، راه ظهور کاربردهاییاد شده را هموارتر خواهد ساخت.

این روندهای بالقوه، دغدغه­ها و تنش­هایینیز به همراه خواهد داشت. اطلاعات حسگری و دسترسی به پایگاه­های داده­ای،نگرانی­هایی را پیرامون حریم خصوصی افراد ایجاد می­کنند. سرانجام اینکه، آهنگ توسعهمواد هوشمند احتمالاً به سطوح سرمایه­گذاری و پیشران­های بازار بستگی خواهد داشت. در بسیاری موارد منافع و صرفه­جویی­های آنی ناشی از کاربرد مواد هوشمند، پیشرانتوسعه خواهند بود، اما نباید تردید داشت که تحقیقات نامتعارف مواد، نیازمند حمایتافکار عمومی و ایمان به سرمایه­گذاری­های بلند مدت­تر است.
تحلیل:
چنانکه ملاحظه می­شودتکنولوژی مواد هوشمند، تکنولوژی کم اهمیت و با کاربردهای محدودی نیست. اینتکنولوژی، برحسب آنکه چه زمانی به مراحل رشد سریع خود در بازار برسد، تحولات وسیعیرا در کاربردهای مختلف خود به همراه خواهد داشت. به عنوان نمونه در بعد نظامیمی­تواند بسیاری از روش­ها و تاکتیک­های عملیاتی را دست­خوش تحول کند.

سؤالمهم در این رابطه آن است که: "در کشور ما تا چه میزان به این تکنولوژی توجه شده وحتی شناخت لازم از آن وجود دارد؟"

اگر با همکاری کلیة کارشناسان وتحلیلگران کشور، به تدریج گزارش­های بیشتری راجع به این تکنولوژی و وضعیت آن درکشور در شبکه ارائه شود، می­توان پاسخ دقیقتری به این سوال دارد.

[ghasem motamedi]

ابررسانایی و مغناطیس:

بر طبق یکی از قوانین بنیادی الکترومغناطیس ماکسول، یک هادی مطلق(فوق هادی) اجازه نخواهد داد هیچ تغییری در میدان مغناطیسی داخلیش صورت پذیرد.
(در مواد غیر ابررسانا میدان مغناطیسی بدون ذره ای انحراف از ماده عبور می کند ولی در یک ابررسانا خطوط میدان مغناطیسی به هیچ وجه در آن وارد نمی شود و اگر در مسیر میدان مغناطیسی وارد شود میدان مسیر خود را تغییر داده و ماده ابررسانا را دور می زند. به عبارت دیگر خطوط میدان وارد ابررسانا نشده و میدان مغناطیسی داخل ابررسانا بدون تغییر باقی می ماند)
یعنی اگر آهنربایی نزدیک یک فوق هادی بیاوریم، خطوط نیرو وارد آن نخواهد شد، زیرا اگر وارد فوق هادی می شدند، میدان مغناطیسی مانند قبل نبود و تغییر می کرد.
فوق هادیها میدان مغناطیسی را که به آنها اعمال شده را باز می گردانند. در نتیجه آهنربا را دفع می کنند و ضد مغناطیس ( دیا مغناطیس ) هستند.
حتی اگر بخواهیم ماده ای را در حضور میدان مغناطیسی آنچنان سرد کنیم که ابررسانا شود، وقتی آن ماده ابررسانا شد، میدان مغناطیسی که در ابتدا در آن بوده را بیرون می راند. لذا می توان گفت که فوق هادی صرفا یک هادی مطلق نیست، بلکه یک ضد مغناطیس مطلق نیز هست، یعنی همواره میدان های مغناطیسی را دفع می کند.

یک مغناطیس قرار داده شده بر روی سطح ابررسانا، شناور ( معلق ) می گردد. یعنی آن در وسط هوا معلق می شود.
میدان مغناطیسی مربوط به مغناطیس نمی تواند در ابررسانا یا مغناطیس نفوذ نماید. در عوض ، آن جریانی را در ابررسانای مقاومت صفر القا می کند که یک تصویر آیینه ای از میدان مغناطیسی مغناطیس، ایجاد می نماید.
به خاطر اینکه این دو میدان با هم جفت می گردند، معلق شدن پایدار حاصل می شود.
تا زمانی که ماده به اندازه کافی خنک بماند تا ابررسانایی وجود داشته باشد، مغناطیس معلق باقی خواهد ماند. این پاسخ مغناطیسی فوق هادی ها به اثر میزنر(Meissner Effect) شهرت داشته و در حقیقت مبنای اثر لنز نیز همین است.
اثر میزنر یک وسیله سریع و قطعی برای تعیین اینکه یک ماده یا قسمتی از یک ماده ابررسانا هست یا خیر، می باشد.

این دو اثر، یعنی هدایت مطلق و ضد آهنربایی از مشخصات بارز ابررسانایی هستند.
کاربردهای مختلف ابررساناها:


کل فروش مواد ابررسانا در سال 1986 بالغ بر حدود 20 میلیون دلار برآورد شده است. بیشتر این مربوط به سیم و نوار از جنس NbTi یا Nb3Sn مورد استفاده برای مغناطیس ها بوده است.
کاریردهای دیگر عبارت است از اسکوئیدها ( وسایل تزاحمی کوانتومی) و پوشش و غلاف های حفاظتی می باشد. کاربردهای دما پایین با خنک کاری در هلیوم شامل وسایل الکترونیکی با محل اتصال Josephson ، مغناطیس سنج ها، دستگاه های اندازه گیری و کنترل، تصادم کننده های ابررسانا، جداسازی مغناطیسی، ذوب محدود مغناطیسی، پرتاب کننده های ( لانچرهای) مغناطیسی و هیدرولیک های مغناطیسی می باشد.

از ابررسانایی می توان در ساخت آهن رباهای ویژه طیف سنج های رزونانس مغناطیسی هسته و عکسبرداری تشدید مغناطیسی هسته و تشخیص طبی استفاده نمود و همچنین چون با حجم کم جریان های بالا را حمل می کنند می توان از آنها در ساخت موتورهای الکتریکی ( ژنراتورها-کابلها) استفاده نمود که حجمشان 4 تا 6 برابر کوچکتر از موتورهای فضا پیمای امروزی هستند.
می توان از آهنرباهای ابررسانا در ساختمان ژیروسکوپ برای هدایت فضاپیما استفاده نمود.

همچنین از ابررساناها می توان در ساخت قطارهای شناور استفاده نمود. مانند قطار سریع السیر ژاپنی که در سال 2000 میلادی ساخته شد و با سرعت 581km/h حرکت می کرد(ترن شناور).

(بزارید بیشتر توضیح بدم: همان طور که در بالا بیان شد یکی از خصوصیات بارز ابررساناها این است که میدان مغناطیسی در آن نفوذ نمی کند. با کمک این خاصیت و به کار گیری آن در ساخت ترن، به طوری که مواد خنک کننده برای رساندن دما به زیر دمای ابررسانایی تعبیه گردیده و مثلا در قسمت ریل ماده ابررسانا و در قسمتی از ترن که روی ریل قرار می گیرد مغناطیس تعبیه گردد. بدین ترتیب ترن با تمام عظمت و بزرگی اش در قسمت بالای ریل شناور شده و عبور جریان تنظیم شده ای از داخل ابررسانا هدایت می گردد).

ابررساناهای جدید سرامیکی دما بالا ( هرچه دمای ابررسانایی بالاتر باشد مطلوب تر است چرا که دردسر کاهش دمای بسیار پایین کم می شود) امیدها برای کاهش هزینه کاربردهای ذکر شده قبلی و برای کاربردهای اضافی دیگر نظیر آنتنها، وسایل میکروویو، موتورها، حفاظت کننده های مغناطیسی، انتقال برق، ذخیره انرژی و اتصالات داخلی برای کامپیوترها را افزایش داده است.
قدرت ابررسانایی:


ابررسانایی بسیار ناپایدار است و این حالت به راحتی از بین می رود. ابررسانایی تحت تاثیر دو عامل جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی خراب می شود.

فوق هادی ها تنها در حدی قادر به تحمل جریان الکتریکی یا مغناطیسی هستند که مشخصات منحصر به فرد خودشان را از دست ندهند.
بدین ترتیب می توان گفت تا وقتی که از مرز جریان بحرانی و میدان بحرانی نگذرند، خاصیت خود را حفظ می کنند.
شاید به نظر برسد چون مقاومت فوق هادیها صفر است، لذا هر جریانی می تواند از آن بگذرد، ولی عملا این طور نیست و برای سیم های فوق هادی مانند سیم های معمولی یک حداکثر چگالی جریان معینی وجود دارد که چگالی جریان عبوری بیشتر از آن نباید شود( چگالی جریان: مقدار جریانی که از سطح مقطع معین از سیم عبور می کند). ولی مزیت فوق هادی نسبت به سیم های معمولی در این است که:
اولا عبور جریان به علت عدم وجود مقاومت هیچ حرارتی تولید نمی کند
ثانیا حد جریان به مراتب بزرگتر از بیشترین جریانی است که از سیم معمولی می گذرد.

با توجه به مطالب بالا حتی برای فوق هادیها هم حداکثر جریان قابل انتقال وجود دارد ولی فرآیند تخریب سیم متفاوت است و سیم به تدریج گرم نمی شود تا کارایی خود را از دست دهد بلکه ابررسانایی ناگهان از بین می رود.

جریانی که در آن این پدیده اتفاق می افتد، جریان بحرانی نام دارد و میدانی که متناسب با این جریان در اطراف سیم ایجاد می گردد، میدان بحرانی نامیده می شود.
حال اگر میدان مغناطیسی قویتر از میدان بحرانی به ابررسانا اعمال کنیم، میدان ابررسانا قادر به دفع میدان اعمالی نبوده و میدان اعمالی ناگهان به درون ابررسانا نفوذ کرده و با تغییر میدان مغناطیسی درون ابررسانا، ابررسانایی را تخریب می کند.
جریان بحرانی در دماهای مختلف متفاوت است و با تغییر دما جریان بحرانی نیز تغییر خواهد نمود.

هر چه دما از دمای بحرانی کمتر باشد، مقدار جریان بحرانی بیشتر و در نزدیکی دمای بحرانی مقدار آن کمتر خواهد بود.
در حقیقت در دمای بحرانی برای تمامی فوق هادیها ، جریان بحرانی بسیار اندک است و در نتیجه میدان بحرانی هم ناچیز است.
زمانی که تا نصف دمای بحرانی پایین رویم، جریان بحرانی، میدان بحرانی و تعدادی از دیگر خواص ابررسانایی تقریبا به حداکثر ممکن می رسد. به عبارت دیگر در این دما ابررسانایی به حداکثر ممکن خواهد رسید.
مکانیزم ابررسانایی:


در سال 1972، یک تئوری ارائه گردید که دربردارنده ی جنبه های اصلی ابررسانایی مواد مورد بررسی تا آن زمان برشمرده می شد.
این تئوری توسط John Leon Cooper, Bardeen, J.Robert Schieffer کشف گردید و تحت نام تئوری BCS نامیده می شود. آنها جایزه نوبل فیزیک را در سال 1972 برای این تئوری به خود اختصاص دادند.

در یک بیان ساده، زمانیکه ارتعاشات حرارتی به اندازه کافی پایین باشد، الکترونها با یکدیگر به صورت زوج هایی در می آیند که قادر خواهند بود در میان ماده تحت اعمال یک میدان الکتریکی، بدون اینکه واکنش و تاثیر متقابل داشته باشند یا به الکترونها و یا به اتم ها برخورد نمایند، حرکت کنند. این زوج ها همگی در یک فاز با سایر زوج ها حرکت می نمایند.

تفاوت ما بین هدایت عادی و ابررسانایی می تواند با یک جمعیت از افراد شبیه سازی گردد. اگر هیچگونه نظمی وجود نداشته باشد و اگر هر فرد در جمعیت به صورت منفرد حرکت نماید، با در نظر گرفتن حرکت تصادفی، حرکت های کلی جمعیت خیلی آهسته خواهد بود.
این مورد می تواند با هدایت عادی مورد قیاس قرار گیرد. با این وجود، اگر جمعیت سازمان یافته باشد و کلیه افراد در حرکت پله ای در یک جهت خاص حرکت کنند، حرکت های کلی جمعیت ( برآیند های حرکت) بصورت روان و سریع می باشد. این حالت با ابررسانایی مورد قیاس قرار می گیرد.
همان طور که اشاره شد الکترونها در درون یک ابررسانا به نحوی با یکدیگر ارتباط دارند. آنها مایل به رفتاری هماهنگ می باشند. حال سوال این است که چه چیزی این الکترونها را به هم مرتبط می کند.

ارتباط الکترونها به یکدیگر نیاز به یک فرآیند به خصوص دارد، زیرا آنها ذراتی با بار منفی هستند و طبیعت آنها اقتضا می کند که یکدیگر را دفع کنند.
در یک ابررسانا، یک الکترون از نزدیکی یونها می گذرد و در این فرآیند به نحوی عمل می کند که بخشی از اندازه حرکتش را به شبکه منتقل می کند . چنین انتقال اندازه حرکت، اثر فیزیکی جابجایی شبکه را به دنبال دارد، به نحوی که تعدادی از بارهای مثبت محلی را متمرکز می کند. الکترون دوم، اثر این هم سویی یونها را احساس کرده و به سوی این بار مثبت تشدید شده کشیده می شود. وضعیتش به نحوی تغییر می کند که اندازه حرکتی را که توسط الکترون اول داده شده بود، بر می دارد.
این فرآیند دو مرحله ای باعث جاذبه ی اندک بین دو الکترون می گردد.

نظریه BCS این فرآیند را جدی تر گرفته و نشان می دهد که چنین جاذبه ای می تواند بر نیروی دافعه بین الکترونها غلبه کرده و حالتی مقید را که به عنوان جفت کوپر معروف است را تولید کند. چنین جفت هایی آنقدر ضعیف به یکدیگر پیوسته اند که پی در پی شکسته و با شریک های دیگر ترکیب می گردند.
در واقع هر جفتی یک ناحیه بزرگ فضایی را اشغال می کند. ناحیه ای که شامل تعداد بسیار دیگری الکترون است که می توانند در فرآیند جفتیدگی شرکت نمایند. اگر بیشترین تعداد الکترون در فرآیند جفتیدگی شرکت نمایند، سیستم به قویترین پیوستگی دست خواهد یافت( کمترین انرژی را خواهد داشت ). با صرفه ترین رخداد آن است که تمام جفت ها دارای اندازه حرکت مشابه و صفر باشند.

به طور خلاصه ایده اصلی تئوری BCS این است که در زیر دمای بحرانی ، واکنش های الکترون - الکترون ناشی از تبادل الکترونهای بین دو الکترون با اسپین ها و ممانهای مختلف یک زوج الکترون ( زوج الکترون کوپر ) را ایجاد نمایند که برآیند اسپین خالص آنها صفر است.
تحت یک میدان الکتریکی، این زوج ها به صورت هم فاز با سایر زوج ها، بدون اینکه تداخلی رخ دهد حرکت می کنند. بنابراین مقاومت ویژه صفر در این حالت حاصل می شود.

تئوری BCS در توجیه بسیاری از جنبه های ابررسانایی در ابررساناهای متداول نظیر NbTi, Nb3Sn, V3Ga که برای اکثر کاربردهای ابررسانایی امروزی بکار می روند، موفق بوده است. با وجود این، کاربرد آن برای ابررساناهای دما بالا( ابررساناهایی که دمای انتقال به حالت ابررسانایی آنها بالاتر از 95 درجه کلوین است) مورد پرسش است.

[ghasem motamedi]

مقدمه :

ساخت و بهبود مواد عایق از روزهای نخستین پیشرفت و تکامل بشر ادامه داشته است . انسان های نخستین با پوست حیوانات گرمایش خود را تضمین می کردند و مدت طولانی زمان برده تا انسان توانست منسوجات مصنوعی را تولید کند . امروزه نیز بشر به دنبال عایق های بهتر می گردد . عایق هایی که با وزن و حجم کمتر اتلاف گرما را مینیمم کنند . ایرژل ( Aerogel ) یکی از فوق عایق هایی است که کاربردهای فراوان در زمینه های مختلف دارد .
امیدوارم که با مطالعه این مقاله دید گسترده ای نسبت به این ماده ی ارزشمند در پیش چشم شما باز شود.
تعریف ایرژل ( Aerogel ) :

ایرژل ( Aerogel ) یک ماده ی جامد و با دانسیته ی خیلی خیلی پایین است .
که از ژل مشتق می شود . در ایرژل اجزای مایع ژل با گاز جایگزین می گردد و نتیجه ی کار ماده ای جامد با دانسیته ی پایین و دارای چندین خاصیت استثنایی است .
مهمترین خاصیت ایرژل عایق بودن آن است .
ایرژل با القاب دود فریز شده ( frezen smoke ) ، دود جامد ( solid smoke ) ، یا دود آبی ( blue smoke) شناخته می شود . که علت این نامگذاری به خاطر طبیعت نیمه شفاف این ماده و نحوه ی تفرق نور در آن است .
ایرژل شبیه فوم استیرن ( styro foam) است .
تاریخچه :

استیون کیاستلو ( steven kistler) در سال 1931 این ماده را تهیه کرد . جالب است بدانید که تهیه ی این ماده نتیجه ی شرط بندی بین کیستلر و چارلز لرند ( charles learned) بود .
آن دو می خواستند بدانند که چه کسی می تواند مایع داخل یک ماده ی ژلاتینی ( ژل مانند ) را بدون اینکه انقباض پیدا کند با گاز جایگزین کند . اولین نتیجه ایرژل سیلیکا ( silica aerogel) بود .
ایرژل را از مواد مختلفی می توان تهیه کرد . کیستلر کار خود را بر روی سیلیکا ( ) ، آلومینا ( ) کرومیا ( ) و اکسید قلع پایه گذاری کرد .
ایرژل کربن ( corbon aerogel) اولین بار در اوایل دهه ی 1990 تولید شد .
http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/5779%20(1).jpg
عکس 1: یک آجر 2/5 کیلوگرمی را می توان تنها با 2/38 (گرم ) ایرژل جانشین کرد .
تعریف فنی ( technical definition):

ایرژل طبقه ای از مواد مزوپورس با ساختار باز است . که بیش از 50 % حجمی آن را تخلخل تشکیل می دهد . به طور نمونه ، ایرژل هایی که از 90 ـ 8/99% هوا تشکیل شده اند . با دامنه ی دانسیته ی 109 ـ 150 میلی گرم بر سانتیمتر مکعب ساخته شده است .
نام ایرژل به ماده ی خاصی نسبت داده نمی شود . در حقیقت ایرژل ها از مواد گوناگون مانند : سیلیکا ( ) ، آلومینا ( ) ، اکسیدهای فلزاتی چون لانتانیدها مانند CdSe ، CdS ، پلیمرهای آلی و غیر آلی و کربن تشکیل و تهیه می شوند .
به هر حال کلمه ی « ایرژل » غالباً برای اشاره خاص به ایرژل سیلیکا استفاده می شود .
خواص ( property) :

http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/5779%20(2).jpg
عکس 2 : خواص عایق کاری ایرژل
ایرژل شبیه یک دود شفاف اما جامد و سفت است . چیزی بین فوم استیرن ( Styrofoam peanut) و فوم های فلورال سبز ( green floral foam) که برای نگه داشتن گلهای مصنوعی استفاده می شده است . بر خلاف برداشتی که از نام ایرژل می شود این ماده ماده ای کاملاً خشک است . و از لحاظ خواص فیزیکی شبیه ژل نیست . ( نام ایرژل از این حقیقت مشتق گشته که این ماده از ژل مشتق شده است ) . به عنوان مثال : فشار دادن به نرمی یک ایرژل برجستگی ایجاد نمی کند . فشار دادن محکم تر ایجاد یک فرورفتگی دائمی می کند و فشار به اندازه ی کافی و محکم باعث یک شکستگی دامی و فاجعه مانند در ساختار پرآکنده می شود و موجب شکستگی شبه شیشه ای در آن می گردد . به این خاصیت تردی ( friability ) گویند . بر خلاف این حقیقت که ایرژل مستعد شکستن است از نظر ساختار خیلی قوی است و توانایی نگه داشتن 2000 برابر وزن خود را دارد .
ساختار ایرژل شبیه یک فرکتال است که تخلخل هایی کوچکتر از 100 نانومتر دارد . سایز متوسط و دانسیته تخلخل ها را در طی فرآیند تهیه می توان کنترل کرد .
اینکه عایق حرارتی عالی است . به دلیل اینکه این ماده از سه حالت انتقال گرما جلوگیری می کند . یعنی ایرژل هم رسانایی کم دارد . هم از همرفت جلوگیری می کند و هم به دلیل ساختارش تابش را نیز کنترل می کند .
به دلیل اینکه هوا توانایی چرخش در ساختار ایرژل را ندارد انتقال گرما از طریق همرفت صورت نمی گیرد .
همچنین سیلیکا به دلیل نارسانایی خوب ، ایرژل هایی تهیه شده از سیلیکا ( ) نارساناهای خوبی اند . و از انتقال گرما به روش رسانش جلوگیری می شود. البته ایرژل های فلزدار عایق های مناسبی نیستند .
http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/5779%20(3).jpg
عکس 3 : جمع آوری غبارات فضایی با بلوک های ایرژلی
ایرژل های کربن یک عایق مناسب در برابر تابش است . زیرا کربن مادون قرمز را جذب می کند . بهترین ایرژل عایق ، ایرژل سیلیکا است . که کربن به آن اضافه کردیم . به دلیل طبیعت نم گیر و ظاهر خشک آن این ماده به عنوان عامل خشک کن مورد استفاده قرار می گیرد .
ایرژل به خودی خود یک ماده ی هیدوفیل است . اما عوامل شیمیایی آن را هیدورفوب می کد . اگر ایرژل رطوبت جذب کند معمولاً تغییرات ساختاری می دهد و منقبض می شود .
انواع ( Types) :

ایرژل سیلیکا ( silica aerogel ) :

ایرژل سیلیکا معمولاً ساده ترین نوع ایرژل است . و به طور گسترده مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته است . این ماده بر پایه ی سیلیکا است . و از ژل سیلیکا مشتق می شود .
کم دانسیته ترین جامد جهان ایرژل سیلیکا است . ( آخرین و سبک ترین نوع از این جامد تنها دانسیته ی 1 الی ( ) آب دانسیته دارد ) .
http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/5779%20(4).jpg
عکس 4 : ایرژل عایقی فوق العاده
ایرژل آلومینا ( Alumina aerogels ) :

ایرژلی که به وسیله ی اکسید آلومینیوم تهیه شود به ایرژل آلومینا معروف است . این ایرژل برای کاربرد کاتالیزور مورد استفاده قرار می یگرد . به خصوص هنگامی که یک فلز ذوب شده در آن استفاده شود . ایرژل نیکل ـ آومینا معمولی ترین ترکیب از این گروه است .
ایرژل آلومینا همچنین به وسیله ی ناسا برای محاسبه ی سرعت ذرات سریع استفاده گشته است .
ایرژل های دیگر ( other aerogels) :

سی ژل ( SEA gel ) شبیه یک ایرژل آلی است که از آکار ( agar) ساخته می شود .
استفاده ها ( uses) :

کاربردهای متنوعی برای ایرژل ایجاد گشته است . به صورت تجاری ، ایرژل به صورت تکه های گر انول برای پنجره های سقفی در ماده های دیگر استفاده می شود .
یک گروه تحقیقاتی ، پس از بررسی های مختلف ( گروه تحقیقاتی و میت کامت Vomit Comet ) با روشهای خاص ، با بهبود خواص نوری ، ایرژل شفاف ساختند .
ایرژل شفاف یک کاده ی مناسب برای مواد عایق کاری برای پنجره است . به خصوص که انتقال گرما را کاهش می دهد .
به خاطر سطح زیادش کاربردهای فراوانی یافته است . به عنوان مثال : جاذب های شیمیایی برای جمع آوری مایعات ریخته شده بر روی سطوح است . این خاصیت همچنین پتانسیل بالایی به این ماده می دهد . مثلاً : به عنوان کاتالیزور یا محل کاتالیزور ( catalyst carrier ) استفاده می گردد .
ذرات ایرژل همچنین استفاده می شود به عنوان عامل زخیم کننده ( thichening agent ) در بعضی از رنگها و وسایل آرایشی .
تولیدات تجاری پتوهای ایرژل از سال 2000 آغاز شد . یک پتوی ایرژل یک کامپوزیت از ایرژل سیلیکا و تقویت کننده های الیافی است . که ایرژل ترد را با با دوام می کند . همچنین به آن خاصیت انعطاف پذیر می دهد .
خواص مکانیکی و گرمایی تولیدات بر اساس انتخاب الیاف تقیوت کننده متنوع می گردد . همچنین ایرژل زمینه نیز بر این خواص موثر است . این خواص به مواد افزودنی نیز وابسته اند .
ناساس ( NASA) از ایرژل برای تمیز کردن اجزای گرد و غبار فضایی روی سفینه های فضایی مورد استفاده کرد . اجزاء تحت ضربه و فشار بخار می شوند . و از میان گازها می گذرد ، اما ایرژل گازها را در خود حبس می کند . ناسا همچنین از ایرژل برای عایق حرارتی مارس روور ( Mars Rover ) و وسایل فضایی استفاده می کند .
و ...
این ماده همچنین در خازن ها استفاده می شود که حجم خازن ساخته شده توسط این ماده 2000 تا 5000 بار کوچکتر از مشابه آن با مواد دیگر است .
و ...
تولید ( production) :

ایرژل سیلیکا به وسیه ی خشک کردن یک ترکیب کلوئیدی از سیلیکا در یک محیط خاص تولید می شود . به طور خاص ، پروسه به وسیله ی حل یک ماده ی مثلاً ( ) در یک الکل مثلاً اتانول آغاز می شود . ( ایجاد یک ژل سیلیکا ) سپس به وسیله ی یک پروسه ای که به خشک کردن فوق بحرانی ( supercritical drying ) معروف است . الکل از ساختار ژل خارج شده و بدون ایجاد انقباض ساختار به حالت ایرژل در می آیند . البته روشهای متنوع و جالبی جدیداً کشف شده است که با کاهش هزینه تولید ایرژل مقدور می شود .
http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/5779%20(5).jpg
عکس 5 : خاصیت عایق کاری ایرژل
نتیجه گیری :

با توجه به رشد سریع مصرف انرژی و نیاز به کاهش و صرفه جویی انرژی تولید مواد عایق بهبود یافته مد نظر قرار گرفته است . همچنین به خاطر کاربردهای فوق العاده گسترده در زمینه های مختلف از جمله الکترونیک ، ساختمانی و ... تولید این ماده می تواند سهم گسترده ای در زمینه ی پیشبرد اهداف دولت در زمینه ی صرفه جویی در مصرف انرژی است . همچنین از ایرژل برای تولید خازن های فوق العاده استفاده می شود . ولی اینجانبان نتوانستند نحوه ی این کار را در مقالات پیدا کنند . البته با توجه به اینکه این ماده می تواند شبیه یک ماده ی فروالکترویک عمل کند کار کردن بر روی ایرژل هایی که به وسیله ی فلزات دپ شده اند . ( آلیاژ شده اند ) می تواند دید وسیعی نسبت به این ماده ایجاد نماید . البته بخش نتیجه گیری ، بخشی کاملاً تئوری است و پایه های علمی ندارد .

[ghasem motamedi]

معرفي تكنولوژي سوپرآلياژ و ميزان كاربرد آن در جهان و ايران

معرفي وكاربردها
سوپرآلياژها در واقع آلياژهايي مقاوم در برابر حرارت، خوردگي و اكسيداسيون مي­باشند كه به لحاظ تركيب شيميايي شامل سه گروه پايه نيكل، نيكل-آهن و پايه كبالت مي­باشند. اولين استفاده از سوپرآلياژها در ساخت توربين­هاي گازي، طرح­هاي تبديل ذغال‌سنگ، صنايع شيميايي و صنايعي كه نياز به مقاومت حرارتي و خوردگي داشته­اند بوده است.
امروزه تناژ وسيعي از قطعات مصرفي در توربين­هاي گازي از جنس سوپرآلياژها مي­باشند. در ذيل به بعضي از مصارف اين قطعات اشاره شده است:
- توربين­هاي گازي هواپيما
- توربين­هاي بخار نيروگاه‌هاي توليد برق
- ساخت قالب‌هاي ريخته­گري و ابزارهاي گرمكار
- مصارف پزشكي و دندانپزشكي
- فضاپيماها
- تجهيزات عمليات حرارتي
- سيستم­هاي نوتروني و هسته­اي
- سيستم­هاي شيميايي و پتروشيمي
- تجهيزات كنترل آلودگي
- تجهيزات و كوره­هاي نورد فلزات
- مبدل­هاي حرارتي تبديل ذغال سنگ


http://matink64.persiangig.ir/untitled.jpg
به منظور انتخاب سوپرآلياژها جهت مصرف در كاربردهاي فوق لازم است خواص فني نظير شكل­پذيري، استحكام، مقاومت خزشي، استحكام خستگي و پايداري سطحي در نظر گرفته شوند.
تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب روش توليد
با توجه به نحوة توليد مي­توان سوپرآلياژها را به چهار گروه كلي تقسيم‌بندي نمود كه عبارتنداز:
1) سوپرآلياژهاي كارپذير
سوپرآلياژهاي كارپذير در حقيقت گروهي از سوپر آلياژها هستند كه قابليت كار مكانيكي دارند و از روش­هاي مكانيكي مي­توان به آنها شكل­داد. به منظور توليد مقاطع معيني ازسوپرآلياژهاي كارپذير، اولين گام آن است كه شمش­هاي سوپرآلياژها به دليل حضور عناصر فعال(عناصري كه سريع در مجاورت هوا اكسيد مي­شوند) در شرايط خاصي تهيه شوند. فرايندهاي ذوب در خلاءدر مورد تهيه سوپرآلياژهاي پايه نيكل و پايه آهن جزء ضروريات مي­باشد. اما در مورد سوپرآلياژهاي پايه كبالت امكان ذوب در هوا وجود دارد.
پس از تهيه شمش­ آلياژهاي كارپذير به يكي از روش‌هاي فوق عمليات شكل­دهي صورت مي­گيرد. عمليات شكل­دهي سوپرآلياژها نيز مي­تواند توسط عمليات متداول كليه آلياژهاي فلزي انجام پذيرد. سوپرآلياژهاي پايه آهن، كبالت و نيكل را مي­توان به صورت مفتول، صفحه، ورق، نوار، سيم و اشكال ديگر توسط فرايندهاي نورد، اكستروژن و آهنگري توليد نمود. معمولاً عمليات شكل­دهي در دماي بالا صورت مي­گيرد و تعداد كمي از سوپرآلياژها را مي­توان به صورت سرد شكل‌دهي نمود. ساختارهاي يكنواخت و ريزدانه­اي كه از شكل‌دهي سرد حاصل مي­شود نسبت به ساختارهاي شكل­دادن گرم ارجحيت دارند.
عمليات ترموديناميكي بر روي سوپرآلياژها معمولاً در حدود 1000-950 درجه سانتي­گراد انجام مي­شود كه به اين ترتيب در حين شكل دادن عمليات حرارتي نيز صورت مي­گيرد.

2) سوپرآلياژهاي متالورژي پودر
بسياري از انواع آلياژهاي كارپذير از طريق فرايندهاي متالورژي پودر توليد مي­گردند. امروزه قطعات متالورژي پودر از جنس سوپرآلياژ با دانسيته كامل از طريق روش‌هاي اكستروژن يا پرسكاري ايزواستاتيك گرم (HIP) توليد مي­گردند. مهمترين اين قطعات قيچي­ها و سوزنهاي جراحي مي­باشند.
فرايندهاي متالورژي پودر به‌دليل داشتن مزاياي زير بر فرايندهاي ريخته­گري ترجيح داده مي­شوند هر چند كه معايبي را نيز به همراه خواهند داشت:
- يكنواختي در تركيب شيميايي و ساختار كريستالي
- ريز بودن اندازه دانه­هاي كريستالي
- كاهش جدايش­ها
- راندمان بالاتر از نظر مصرف مواد
اما مشكلاتي نظير حضور گاز باقيمانده، آلودگي كربني و آخال‌هاي سراميكي باعث مي­گردد كه در برخي موارد نيز فرايندهاي شمش‌ريزي و ترمومكانيكي متداول صورت پذيرند.

3) سوپرآلياژهاي پلي‌كريستال ريختگي
وجود محدوديت‌هاي تكنولوژيكي سبب محدود شدن رشد صنعت سوپرآلياژ مي‌گردد و بنابراين با پيدايش فرايندهاي جديد توليد، اين صنعت نيز روز به روز توسعه مي­يابد.
تعداد زيادي از فرايندها را مي­توان در توليد قطعات سوپرآلياژ با اندازه نزديك به قطعة نهايي مورد استفاده قرار داد اما اساساً اين قطعات توسط فرايند ريخته­گري دقيق توليد مي­گردند.
محدوده تركيب شيميايي سوپرآلياژهاي ريختگي بسيار گسترده­تر از سوپرآلياژهاي كارپذير بوده و بنابراين خواص متنوع­تري نيز از اين طريق قابل حصول خواهند بود هر چند كه انعطاف‌پذيري و مقاومت به خستگي در فرآيندهاي كار مكانيكي بهتر از ريخته­گري خواهد بود، اما امروزه با توسعه فرآيندهاي جديد ريخته­گري و انجام عمليات حرارتي متعاقب، خواص سوپرآلياژهاي ريختگي نيز افزايش يافته است.

4) سوپرآلياژهاي تك­كريستالي انجماد جهت­دار
به‌منظور توسعه توربين­هاي گازي مصرفي در هواپيماها و افزايش دماهاي كاري و كارآيي موتورها، به‌طور مداوم روش­هاي توليد سوپرآلياژها در حال بهبود است.
قسمت‌هاي بحراني توربين­ها معمولاً شامل پره­هاي تحت فشار بالا، هواكش­ها و ديسك­ها مي­باشند. در طول 15 سال گذشته تحقيقات بسياري در زمينه افزايش راندمان توربين­ها صورت گرفته است و عمده اين تحقيقات بر امكان افزايش دماي ورودي، فشاركاري و كاهش هزينه­هاي توليد استوار بوده است. توسعه فرايند انجماد جهت­دار به‌منظور توليد تك‌كريستالي‌هاي ريختگي سبب شده تا بتوان از اين طريق پره­هاي توربين را با دانه­هاي جهت­دار در راستاي اعمال تنش توليد نمود و به اين ترتيب علاوه بر خواص پايدار حرارتي، استحكام خستگي، استحكام خزشي و انعطاف‌پذيري نيز افزايش يابند.
با توسعه اين تكنولوژي، امروزه در توربين­هاي مصرفي در نيروگاه‌هاي برق نيز از قطعات تك‌كريستال از جنس سوپرآلياژها استفاده به‌عمل مي­آيد.
در سال­هاي اخير شركت هواپيمايي PWA يكي از پيشگامان توليد سوپرآلياژها مي‌باشد و توليد آلياژهاي PWA 1480 به صورت تك‌كريستال توسط اين شركت، سبب افزايش عمركاري هواپيماي جنگي F-100 گرديده است.
تقسيم‌بندي سوپرآلياژها برحسب تركيب شيميايي
به طور كلي اين آلياژها شامل سه گروه پايه نيكل، پايه آهن و پايه كبالت مي­باشند كه بسته به درجه حرارت كاربردي مورد استفاده قرار مي­گيرند .

1) سوپرآلياژهاي پايه نيكل
امروزه آلياژهاي نيكل در حالت‌هاي "تك‌فازي"، "رسوب سختي شده" و "مستحكم‌شده توسط رسوبات اسيدي و كامپوزيت­ها" در مصارف صنعتي مختلف مورد استفاده قرار مي­گيرند.
سوپرآلياژ­هاي پايه نيكل پيچيده­ترين تركيباتي مي­باشند كه در قطعات دماي بالا به كار مي­روند. در حال حاضر 50 درصد وزن موتورهاي هواپيماهاي پيشرفته از جنس اين آلياژها مي­باشد. خصوصيات اصلي آلياژهاي نيكل، پايداري حرارتي و قابليت مستحكم شدن مي­باشد.
بسياري از اين آلياژها حاوي 10 الي 20 درصد كرم، حداكثر 8 درصد آلومينيوم و تيتانيم، 5 تا 15 درصد كبالت و مقادير كمي موليبدن، نيوبيم و تنگستن مي­باشند.
دو گروه اصلي از آلياژهاي آهن- نيكل كه ميزان نيكل آنها بيشتر از مقدار آهن است عبارت از گروهIncoloy 706 و Inconel 718 مي­باشند.
اين آلياژها معمولاً حاوي 3 تا 5 درصد نيوبيم مي­باشند و در رديف آلياژهاي پايه نيكل قرار مي­گيرند. آلياژهاي پايه نيكل معمولاً تا دماي 650 درجه سانتي­گراد استحكام خود را حفظ مي­كنند. اما در دماهاي بالاتر به سرعت استحكام خود را از دست مي­دهند.

2) سوپرآلياژهاي پايه آهن
سوپرآلياژهاي پايه آهن نشات گرفته از فولادهاي زنگ نزن آستينتي مي­باشند كه داراي زمينه­اي از محلول جامد آهن و نيكل بوده و براي پايداري زمينه نياز به حداقل 25 درصد نيكل است.
- گروه‌هاي متعددي از اين آلياژها تاكنون مشخص گرديده­اند كه هر يك با مكانيزم­هاي خاصي مستحكم مي­­شوند. برخي از اين آلياژها نظير 57-V و 286-A حاوي 25 تا 35 درصد وزني نيكل مي­باشند و استحكامشان به دليل حضور آلومينيوم و تيتانيم مي‌باشد.
- گروه دوم آلياژهاي پايه آهن كه آلياژهايX750 و Incoloy901 نمونه­هاي آن مي­باشند، حداقل 40 درصد وزني نيكل داشته و همانند گروه­هاي با نيكل بالاتر استحكام بخشي توسط سختي رسوبي صورت مي­گيرد.
- گروه ديگر اين آلياژها بر پايه آهن- نيكل- كبالت مي­باشند و استحكام اين گروه در محدوده 650 درجه سانتي­گراد مناسب بوده و ضريب انبساط حرارتي آنها پايين مي­باشد. اين آلياژها شامل Incoloy با شماره­هاي 903، 907، 909، 1-1- PyrometCTX و 3-PyrometCTX و غيره مي­باشند.

3) سوپرآلياژهاي پايه كبالت
سوپرآلياژهاي كارپذير پايه كبالت برخلاف ساير سوپرآلياژها مكانيزم استحكام بخشي متقاوتي دارند و خواص حرارتي خوبي در دماي حدود 1000 درجه سانتي­گراد خواهند داشت.
سوپرآلياژهاي پايه كبالت حاوي كرم، مقاومت به خوردگي و اكسيداسيون خوبي داشته و هم چنين قابليت جوشكاري و مقاومت به خستگي حرارتي آنها نسبت به آلياژهاي پايه نيكل بالاتر مي­باشد. از طرف ديگر امكان ذوب و ريخته­گري اين آلياژ، در هوا با اتمسفر آرگون مزيت ديگري نسبت به ساير سوپرآلياژها كه نياز به خلاء دارند مي­باشد.
سه گروه اصلي آلياژهاي پايه كبالت را مي­توان به صورت ذيل در نظر گرفت:
- آلياژهايي كه در دماهاي بالا در محدودة 650 تا 1150 درجه سانتي­گراد مورد استفاده قرار مي­گيرند كه شامل آلياژهايS-816، 25HAYNES، 188 25HAYNES، 55625HAYNES، 50UMCO مي­باشند.
- آلياژهايي كه تا حدود 650 درجه سانتي­گراد به كار مي­روند نظيرTN3MP، 159 MP
- آلياژ مقاوم به سايش B 6 Stellite
آلياژ 2525HAYNES بيشترين كاربرد را در ميان آلياژهاي كارپذير پايه كبالت داشته اشت و در ساخت قطعات گرمكار نظير توربين­هاي گازي، اجزاء راكتورهاي هسته­اي، ايمپلنت‌هاي جراحي و غيره مورد استفاده قرار گرفته­اند. آلياژهاي گروه پايه كبالت كه شامل كرم- تنگستن- كربن مي­باشند معروف به آلياژهاي Satellite بوده كه به شدت مقاوم به سايش مي­باشند.
اين گروه معمولاً در مواردي كه مقاومت سايشي در درجه حرارت‌هاي بالا مورد نياز باشد به كار مي­روند. در واقع سختي اين مواد در دماي بالا حفظ شده و در مواقعي كه نمي­توان در حين كار روغنكاري انجام داد به خوبي مورد استفاده قرار مي­گيرند.

بازار سوپرآلياژها
شايد بتوان گسترش بازار سوپرآلياژها را در دنيا مربوط به صنايع هوا _ فضا در نظر گرفت كه با توجه به رشد روزافزون اين صنعت و قطعات يدكي آن در سطح جهان پيش بيني مي­گردد كه تنها بازار قطعات يدكي هواپيماها بالغ بر 4،5 ميليارد دلار باشد، بررسي­ها حاكي از آنست كه تا سال 2015 تعداد 16000 فروند هواپيماي جديد با موتورهاي توربين گازي وارد بازار مي­شوند كه نيمي از وزن اين موتورها از جنس سوپر آلياژ خواهدبود .
بر اساس آمارهاي تخميني موجود در ايران، سوپرآلياژها سالانه به ميزان 80 ميليون دلار در سه وزارت­خانة نفت، نيرو و دفاع مورد استفاده قرار مي­گيرند.

يک سوپرآلياژ ،يا آلياژ با کارايي بالا يک آلياژاست که خواص کششي مکانيکي و مقاومت خستگي بالايي در دماي بالا دارد .همچنين مقاومت سطحي خوب و مقاومت خوردگي و اکسيداسيون بالايي دارد.
سوپرآلياژها به طورخاص ساختار کريستالي مکعبي مرکز وجوه (FGG)دارد .عناصرآلياژي پايه براي سوپرآلياژها معمولاً نيکل ،کبالت يا آهن ـ کبالت هستند .توسعه ي سوپرآلياژها به طور وسيعي بر دو عامل شيميايي و پروسه هاي نوآوري وابسته است و در ابتدا به وسيله ي صنايع قدرت و فضاپيما مشتق و ساخته شد .کاربردهاي خاصش در فضاپيماها ، توربينهاي گازطبيعي و صنايع توربين هاي دريايي به عنوان مثال براي پره هاي توربين براي قسمتهاي موتورجت استفاده مي شود .
نمونه هاي سوپرآلياژها:

ـ آلياژهاست (Hastelloy )
ـ آلياژ اينکونل (Inconel )
ـ آلياژ واسپالي (Wast paloy )
ـ آلياژ رنه الوي (Rene alloys )مانند (رنه 41 ،رنه 80 ، رنه 95)
ـ آلياژهاي هانيس (Hagnasalloys )
ـ آلياژ انيکلوي (Incolog )
ـ آلياژ ام پي (mp98t)T98)
ـ آلياژهاي تي ام اس (TMS)
ـ آلياژهاي کريستال (CMSX)
مقدمه (Introduction ):

سوپرآلياژها مواد فلزي هستند که در دماهاي بالا کار مي کنند .به طورخاص درنقاط گرم توربين هاي گازي اين چنين موادي به توربين اجازه ي بالا بردن بازده را مي دهند با استفاده از کار کردن موتور در دماهاي بالاتر .دماي لوله ي موتور(TIT)،که شاخصي مستقيم از بازده موتورتوربين گازي است ، در قابليت و ظرفيت دمايي اولين پره ي توربين در مرحله ي فشار بالا وابسته است که از جنس سوپرآلياژ پايه نيکل ساخته مي شود .
يکي از مهمترين خواص سوپرآلياژهاي مقاومت خزشي در دماي بالاست . يکي ديگر از خواص حياتي اين مواد مقاومت و دوره ي خزش آنهاست . استقامت فازي ،مانند مقاومت خوردگي و اکسيداسيون بالا است .
سوپرآلياژ مقاومت در دماهاي بالا را ايجاد مي کنند .به واسطه ي سخت کاري محلول جامد مقاومت خوردگي و اکسيداسيون نيز به خاطرلايه ي اکسيدي است که درسطح ماده شکل گرفته است .وقتي فلز با اکسيژن ترکيب شده و ماده را در بر مي گيرد .بنابراين از باقيمانده ي ماده محافظت مي کند .و مقاومت خوردگي و يا مقاومت اکسيداسيون به وسيله ي موادي چون آلومينيوم و کروم ايجاد مي گردد.
مهمترين مکانيزم سخت کاري ، در بين ايجاد رسوبها در فاز ثانويه مثلاً َ لا ( گاها پرايم )و کربايد ها است که ايجاد سختي رسوبي مي کنند .

http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/57781.jpg
عکس (1):موتورجت از نوع سوپرآلياژ پايه نيکل

پيشرفت هاي شيميايي (Chemical evelopment ) :

مقاومت خزش وابسته به آهسته کردن سرعت حرکت نابجايي ها در ساختار کريستالي فاز َلا [(Ni3(Al,Ti)]موجود در نيکل و نيکل ـ آهن ، سوپر آلياژها موجب ايجاد يک مانع در برابر نابجايي هاست .
افزودني هاي شيميايي همچون آلومينيوم و تيتانيم باعث گسترش فاز َلا مي گردد.اندازه ي فاز َلا را مي توان با دقت به وسيله ي نحوه ي حرارت دهي در سختکاري رسوبي با دقت کنترل کرد .
سوپرآلياژهاي پايه کبالت فازثانويه ي مقاومت زا مانند َلا را ندارد .خيلي از عناصر ديگر ،هم معمولي ها و هم کم نظيرها شامل (نه تنها فلزات بلکه شبه فلزات و نيم فلزات )مي توانند موجود باشند .کروم ، کبالت ، موليبدن ، تنگستن ، تانتاليم ، آلومينيم ، تيتانيم ، زيرکونيم ، نيوبيوم ،رونيوم ، کربن و برن و هافنيم مثالهايي از آنهاست .
پيشرفت هاي پروسه اي (Process development ) :

توسعه هاي تاريخي درتوليد سوپر آلياژها سبب افزايش قابل ملاحظه اي در دماي کار کردن سوپرآلياژها شد .سوپر آلياژها در ابتدا در پايه ي آهن ساخته شدند البته تا پيش از سالهاي دهه ي 1940.
در دهه ي 1940 ، انيوستمنت کستينگ (investment costing)آلياژهاي پايه کبالتي به خوبي دماي کار را بالا برد . توسعه ي ذوب کردن در خلع دردهه ي 1950 موجب کنترل بهتر ترکيب شيميايي سوپرآلياژها و کاهش ناخالصي و موجب انقلابي در تکنولوژي هاي توليد سوپر آلياژها مانند :انجماد جهتدار آلياژها و سوپر آلياژهاي تک کريستال گشت .
سوپرآلياژها تک کريستال (SG Superalloys )تشکيل شده است از تک کريستال هاي که استفاده گشته است از يک ورژن اصلاح شده از تکنولوژي انجماد جهتدار ، بنابراين در ماده هيچ مرزدانه وجود ندارد . خواص مکانيکي بسياري ديگر از آلياژها وابسته است به وجود مرزدانه ،اما در دماهاي بالا ،آنها درخزش مشارکت کرده و بايد به وسيله ي ديگر مکانيزمها جايگزين گردد .درخيلي از چنين آلياژهايي ، جزايري از فازهاي بين فلزي منظم در زمينه اي از فاز نامنظم قرار مي گيرد .همه با يک شبکه ي کريستالي.
تشابه رفتار درگيري نابجايي ها در مرزدانه ها بدون توليد هيچگونه جامد آمورف درداخل ساختار است .
کاربردها (Application ):

سوپرآلياژها درجاهايي که نياز به مقاومت گرمايي و مقاومت به اکسيداسيون و خوردگي نيازباشد استفاده مي گردد .
بيشترين کاربرد سوپرآلياژها در موارد زير است :هواپيماها و توربين هاي گازي صنعتي ،موتورهاي الکتريکي نظامي ،فضاپيماها ، زيردريايي ها ، رآکتورهاي اتمي ، مجاري فرآيندهاي شيميايي ، مجاري تبادل گرمايي
بسياري از سوپرآلياژهاي پايه نيکل شامل عناصر آلياژي از جمله :کروم ، آلومينيوم ،تيتانيوم ،انواع موليبدن ، تنگستن ، نپوبيوم ،تانتاليم و کبالت است .

http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/57782.jpg
عکس (2):کاربرد سوپرآلياژها درموتورهاي جت

متالوژي سوپرآلياژها :

سوپر آلياژهاي توليدي در ابتدا براي کار در دماهاي بالا تا 700 درجه سانتيگراد ساخته شدند .سوپرآلياژهاي امروزي نسل 4ام مورد استفاده قرار مي گيرند به صورت تنها يا تک کريستال و به وسيله ي عناصرديگر همچون روتنيم آلياژ مي گردند .آنها مي توانند تا دماي 1100 درجه ي سانتيگراد را تحمل کنند .ساختار اکثر سوپر آلياژهاي پايه نيکل که سخت کاري رسوبي مي گردند .شامل فاز زمينه ي َلا است .و رسوبات َلا ميان فلزي است
فاز َلا يک محلول جامد با يک شبکه ي کريستالي FCC است .و به صورت راندوم به وسيله ي انواع ديگر ازاتمها توزيع گشته است .
در مقايسه ، فاز َلا يک شبکه ي کريستالي منظم از نوع LI2 دارد .در فاز خالص Ni3Al ، اتمهاي آلومينيوم در فاصله ي واحد شبکه و زير شبکه ي A قرار مي گيرند .
اتمهاي نيکل درمرکز وجوه و به حالت زير شبکه اي B قرار مي گيرند .
فاز به طور دقيق حالت اتوکيلومتري ندارد .علت آن اين است که در ساختار فضاي خالي وجود دارد .زير شبکه ي AوB ي فاز َلا مي تواند به طورقابل ملاحظه اي محلول باشد .درمقايسه با ديگر عناصر ،عناصر آلياژي به خوبي در فاز َلا حل مي شوند .فاز َلا آلياژ را سخت مي کند .به طريق يک مکانيزم غير عادي که کرنش تسليم نام دارد .
نابجايي ها در فاز َلا مجزا گشته که منجر به ايجاد يک مرزدانه هاي فازي مي گردد .اين موجب اين مي گردد که در رده هاي بالا ، انرژي آزاد به اين مرزدانه هاي ضد فازي که کاهش مي يابد اگرمنجر به بخش هاي خاص گردد وابسته مي گردد .که به وسيله ي يک مکان مناسب که سطح خواب نام دارد انجام شود .
يک سري از ناکاملي ها نابجايي مي شوند .که به صورت مرزدانه هاي APB در عرض خطوط APB در مکان هاي کم انرژي تشکيل مي شوند و از آنجا که اين مکان هاي کم انرژي مجاز براي مکان هاي خواب نابجايي هايي ايجاد مي کنند .به صورت مؤثر درهم گير مي کنند .با اين مکانيزم ، مقاومت تسليم فاز َلا Ni3Al به طور واقعي افزايش يافته وقتي دما به 1000 درجه ي سانتيگراد مي رسد که به سوپر آلياژهاي مقاومت دمايي بالا مي دهد .
به علاوه ،اين اغلب پرخاصيت است براي يک مرزدانه شامل آلياژ پايه نيکل براي ايجاد کربايد براي بهبود درمقاومت خزش و جاهايي که کربايد (به عنوان مثال :MC که M در آن يک فلز و C کربن است )رسوب مي کند .در محلهاي مرزدانه .آنها که در داخل مرزدانه ها مانند پين عمل کرده و مقاومت به لغزش و مهاجرت ايجاد مي کند در طي نفوذ خزش اتفاق مي افتد .
به هرحال اگر آنها دريک دانه رسوب کنند و يا اگرآنها به عنوان يک فيلم مرزدانه اي مداوم ايجاد شوند ، تافنس شکست آلياژ با هم افزايش مي يابد با انعطاف پذيري و مقاومت گسستگي .

http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/08/57783.jpg
عکس (3):کاربرد سوپر آلياژها درموتورهاي جت

پوشش هايي از جنس سوپر آلياژ (Cooting of superalloys ):

توليدات سوپرآلياژ که براي کارهاي دردماي بالا و محيط هاي خورنده مثل : (مناطق تيغه اي توربين هاي موتور جت )مورد استفاده قرار مي گيرند . به وسيله ي انواع مختلفي از پوشش ها ،پوشش داده مي شوند .عمدتاً دو نوع مختلف از روشهاي پوشش دهي نمايش داده شده است.
پروسه ي پک کردن و پوشش دهي فاز گازي هر دو گونه اي از روش GVD هستند.دراکثر مواد ،بعد ازمرحله ي پوشش دهي در نزديک نواحي سطحي از آلومينا غني مي گردد .زمينه ي پوشش از نيکل آلومينايد است .ورود يک روش جديد تحقيقاتي در تهيه ي آلياژها و سوپرآلياژهاي اين چنين از روش تهيه به وسيله ي فاز ذرات است.
اين پروسه يک روش کلي تهيه نانو ذرات است .با توسعه ي دانستنيهايمان در زمينه ي علم مواد توليد نانو ذرات مواد توسعه مي يابد .سپس ما مي توانيم تحقيقاتمان را در جنبه هاي توليد سوپرآلياژهاي ،شبيه آلياژهاي پايه نيکل توسعه دهيم

[ghasem motamedi]

ساخت و تولید قطعات سوپر آلیاژی

قطعات سوپرآلیاژی کاربردهای متنوع و وسیعی در صنایع مختلف از جمله ایمپلنتها، صنایع زیردریایی، هوافضا و غیره دارند، اما كاربرد عمده سوپر آلیاژها، در پره های توربینهای گازی است. این توربینها در سه وزارتخانه دفاع، نفت و نیرو دارای اهمیت فوق العادهای میباشند. ساخت پرههای این توربینها نیاز به توانایی بالایی از لحاظ تكنولوژی دارد

روشهای تولید

قطعات سوپرآلیاژی، به دو روش عمده تولید می شوند:

الف) روش ریخته گری دقیق: این روش، عمدتاً برای تولید پرههای ثابت و متحرک توربین استفاده می شود. به این دسته از محصولات، "قطعات سوپرآلیاژی ریختگی" (Cast Super alloy) می گویند.

ب) روش شکل دهی: این روش، شامل فرآیندهایی چون فورج و نورد است و محصولات آن از قبیل دیسک، ورق، میلگرد، لوله و مفتول میباشد. به این گروه از محصولات، "قطعات سوپرآلیاژی کارپذیر" (Wrought Super alloy) گفته میشود.

در روش ریخته گری، مهمترین تجهیزات مورد نیاز یک کوره تحت خلاء است، ولی در مورد روش شکلدهی، معمولاً تجهیزات پیچیده تر است. البته در حال حاضر امکانات وسیع شکلدهی در سطح کشور وجود دارد و مشکل اصلی در این بخش، ضعف در دانش فنی است.

تولید قطعات سوپرآلیاژی به روش ریخته گری

برای تولید یک قطعه سوپرآلیاژی به روش ریخته گری به خصوص پره توربین که مهمترین قطعه سوپرآلیاژی است، چهار مرحله باید انجام شود:

1- مهندسی معکوس (جهت تهیه نقشه و مشخصات فنی)

2- ساخت قالب و ریخته گری دقیق

3- ماشینکاری قطعات ریخته شده

4- پوششدهی

این چهار مرحله برای تولید پره، به خصوص "پرههای متحرک" ردیف اول و دوم باید انجام شوند. البته "پرههای ثابت" ممکن است بخش پوششدهی را نداشته باشند. همچنین پرههای متحرک در ردیفهای سوم و بالاتر در بعضی موتورها ممکن است از طریق فرایند فورجینگ تولید شده و پوشش نداشته باشند. همچنین برای ایجاد هر صنعت، سه عامل تجهیزات، نیروی انسانی ماهر و دانش فنی، لازم است كه با توجه به این سه عامل، میتوان به بررسی وضعیت کشور در مورد مراحل چهارگانه فوق و نیز مشکلات آنها پرداخت:

1- مهندسی معکوس

در اینجا منظور از مهندسی معکوس فرایندی است که در آن از تعدادی نمونه موجود، مشخصات فنی و نقشه های مورد نیاز برای تولید و ساخت نمونه های مشابه بدست آید.

این فرایند شامل اندازهگیریهای ابعادی به وسیله CMM و دستگاههای مخصوص دیگر و سپس تهیه نقشه میباشد. تجهیزات لازم، تقریباً در کشور موجود بوده و CMM و نرم افزارهای مورد نیاز نیز موجود است. نیاز اصلی به نیروی انسانی متخصصی است که توانایی Surface modeling با دقت کافی را داشته باشد.

مشکلی که در تولید پرههای توربین وجود دارد، این است که پره، محصول نهایی نیست بلکه محصول نهایی "توربین" است و پرهها باید طوری دقیق ساخته شوند، تا وقتی تعداد زیادی پره در توربین نصب میشوند شرایط لازم را ایجاد نمایند. ممکن است قطعه تولید شده چیزی شبیه به پره اصلی باشد، اما رعایت تلرانسهای مجاز، بالاخص در نقاط حساس پره، نیازمند تجربه کافی است. تلرانس های قسمتهای مختلف پره بالاخص در نقاط حساس بر توان خروجی موتور بویژه در موتورهای هوایی تا‌ثیر تعیین کنندهای دارد.

برای حل این مشکلات و تربیت نیروهای ماهر، باید انتقال دانش فنی لازم انجام شود و این دانش فنی باید از شرکتهایی انتقال یابد که دارای اعتبار بین المللی در این زمینه هستند. معمولاً شرکتهایی توانایی این کار را دارند که از اطلاعات OEM بهرهمند باشند؛ یعنی با طراحی موتور آشنا بوده و تلرانسها را بدانند، حساسیتها را بشناسند و با پارامترهایی که باید از نظر ابعادی کنترل شوند، آشنایی داشته باشند.

با توجه به مطالب بالا شاید این تصور پیش آید که بحث مهندسی معکوس منتفی است، چون نیازمند دانش طراحی و ساخت توربین است. اما باید توجه کرد که در قطعات با حساسیت كم و نیز توربین هایی که قدرت پایینی دارند، براحتی می توان مهندسی معکوس را پیاده كرد. برای قطعات بزرگ و حساس و به خصوص پرههای هوایی این نکات قابل چشم پوشی نیست و باید با شرکتی که توان کافی را دارا باشد، همکاری شود. فعالیتی که در این بخش در کشور انجام شده روی پرههای کوچک و ساده بوده که در آنها حفرههای خنک کننده وجود ندارد.

2- ریخته گری دقیق

در ریخته گری دقیق، ابتدا قالب موم ساخته شده و سپس قطعات از جنس تزریق شده و پس از مونتاژ روی خوشه مومی پوسته سرامیک ایجاد میشود. در مرحله بعد موم تبخیر شده و پوسته سرامیكی به عنوان قالب عمل كرده و ریخته گری انجام میگردد.

برای ساخت قطعات کوچک، دو کوره دوچمبره (Double chamber vim) موجود است. اما برای ساخت قطعات بزرگتر نیاز به کورههایی با ظرفیت بالاتر است. در حال حاضر برای ظرفیتهای بالا، در داخل كشور فقط دستگاه تکچمبره وجود دارد که معمولاً برای تولید شمش به صورت نیمه صنعتی بکار میرود. تاکنون چند قطعه به صورت آزمایشگاهی ریخته گری شده است. در این راستا چند بازدید انجام شده و امکاناتی نیز وارد شده است ولی این امکانات جهت تولید انبوه جوابگو نیست.

موضوع حایز اهمیت دیگر این است که در فرایند ریخته گری پارامترهای بسیاری از جمله پارامترهای محیطی مثل رطوبت، دما و غیره دخیل است که تجهیزات خاصی را جهت كنترل نیاز دارد. در شرکتهای معتبر این پارامترها از طریق سیستم کنترل مرکزی تنظیم میشوند که باید روی این موارد کار شود. از نظر دانش فنی قلب فرایند ریخته گری ساخت قالب سرامیکی بویژه برای پرههای نازک و ماهیچه خور است.

از نظر نیروی انسانی، در این 10 سال خوب عمل شده است اما از نظر دانش فنی باید روی قطعات مورد نظر با دقت کار شود، چون تولید قطعات به این روش دشواری خاص خود را دارد.

البته برای تولید قطعات ساده و با ضخامتهای زیاد (توربینهای قدیمی و صنعتی) که از نظر تلرانس های ابعادی حساسیت کمتری دارند، مشکل چندانی وجود ندارد. اما در مورد قطعات نازك و قطعات ماهیچه خور و سوراخدار پیچیدگیها و حساسیتهای خاص وجود دارد. از آنجا که در ریخته گری دقیق، دانش پایه آن موجود است، در بحث دانش فنی باید بیشتر به نکات پیچیده و ظریف توجه شود. یعنی بعد از این باید برای کسب دانش فنی قطعات نازک، قطعات پیچیده و قطعات بزرگ دارای حساسیت بیشتر، تلاش شود. قطعات پس از ریخته گری معمولاً باید تحت عملیات HIP قرار گیرند. به دلیل عدم وجود تجهیزات مورد نیاز در حال حاضر قطعات ریختگی در خارج از کشور HIP میشوند.

3- ماشین‌كاری

قطعات سوپرآلیاژی بعد از ریخته گری باید ماشینکاری شوند که نقشه ها و دستورالعملهای لازم از طریق مهندسی معکوس آماده میشود. ماشین‌كاری سوپرآلیاژها صنعت مربوط به خود را دارد. سوپرآلیاژها و به خصوص آنهایی كه ریخته گری می‌شوند، بسیار سخت و محكم میباشند. در 10 سال گذشته برای تراشكاری‌های ساده، تجهیزات خوبی خریداری شده است و دانش فنی آن در حال تکمیل و توسعه می‌باشد و تقریباً در تراشكاری پره ریخته شده، مشكلی وجود ندارد.

اما تكنولوژی بعدی مورد نیاز در این قسمت، تکنولوژی سوراخكاری پرهها به روش الکتروشیمیایی جهت ایجاد سوراخهای خنک کننده هوا روی پرهها می‌باشد. در این بخش فعلاً دانش فنی و تجهیزات لازم موجود نیست و وزارت نیرو در حال وارد كردن تكنولوژی آن است. در حال حاضر شركت‌های داخلی برای سوراخكاری قطعات، آنها را به خارج از كشور ارسال می‌كنند.

4- پوشش‌دهی

برای پوشش‌دهی در كشور، دو مركز خوب موجود است. یك مركز در "صها" است كه پوشش‌دهی پره‌های هوایی را انجام می‌دهد و با استانداردهای 30 سال پیش كار می‌كند. مشكل این مركز، قطع ارتباط با صنعت مادر خود و عدم به روزكردن استانداردهای خود است. مركزی نیز در کرج وجود دارد که روی پوششدهی پره‌های صنعتی وزارت نیرو مشغول فعالیت است.

مطلب قابل توجه در اینجا، حرکت به سمت پوشش‌های جدید است. در حال حاضر قطعاتی در داخل کشور وجود دارند که با "پلاسما اسپری" تحت خلاء، پوشش داده می‌شوند. هرچند که تجهیزات آن قبلاً خریداری شده است، ولی به طور متمرکز روی آن کاری صورت نگرفته است، لذا برنامه ریزی در این زمینه نیز ضروری است.

وضعیت كنونی كشور در رابطه با تولید توربین گازی

اقداماتی توسط وزارتخانه های نیرو و نفت، جهت تمركز تولید توربین در حال انجام است. یكی از مشكلات مهم در بحث ساخت و تعمیر توربینها، تنوع آنها میباشد كه در نتیجه توجیه اقتصادی از بین میرود. بنابراین در این وزارت خانه ها تصمیم گرفته شد كه تنوع، پایین آورده شود و انتقال دانش روی موتورهای خاصی انجام گیرد.

در این رابطه وزارت نیرو برای تولید 30 عدد توربین گازی "زیمنس" که با استفاده از شرکتهای داخلی ساخته خواهد شد، قراردادی با شرکت Ansaldo ایتالیا منعقد کرده است كه در این راستا شرکت "توگا" تأسیس شده است. در این قرارداد، تکنولوژی تمامی بخشهای توربین بجز پرههای آن انتقال داده میشود و اخیراً برای تولید پرههای این توربینها با شرکتهای Non-OEM ارتباط برقرار شده است.

وزارت نفت نیز قراردادی با "Alstom" جهت ساخت 50 دستگاه توربین، برای انتقال دانش فنی به داخل کشور منعقد کرده است که البته در اینجا نیز پرهها جزء قرارداد نیست.

در بخش هوایی اطلاعات دقیقی در مورد برنامه کلان ساخت موتورهای توربین گازی در دسترس نیست. اما رشد صنعت پرههای هوایی در کشور نیاز مبرم به برنامه ریزی کلان و تعیین اهداف درازمدت در این زمینه دارد.

[ghasem motamedi]

مواد اولیه : الیاف ، رزین ها ، و دیگر پرکننده ها

لوله های FRP با استفاده از تقویت کننده های الیاف شیشه ، رزین های گرما سخت ، مواد linerviel و انواع دیگر افزودنی ها ساخته می شوند . الیاف تقویت کننده معمولا ً از جنس الیاف شیشه E است . مشخصات اسمی الیاف شیشه E عبارتند از سفتی کششی در حدود 72400 مگا پاسکال ، استحکام کششی در حدود 3450 تا 3800 مگا پاسکال و درصد افزایش طول در حدود 4 تا 5 درصد . انواع دیگری از الیاف در این رده عمومی وجود دارند که نیازهای گوناگون مقاومت به خوردگی را برطرف می کنند اما الیاف شیشه E تا حدودی تمام بازار را تحت سلطه خود درآورده است . الیاف تقویت کننده دیگری برای کاربردهای ویژه و شرایط خورنده منحصربه فرد وجود دارد مانند FCR ، C ، AR و جز آن . الیاف تقویت کننده بسته به فرآیند ساخت لوله و تحمل بار مورد نیاز ، تغییر می کنند . الیاف تک جهته تابیده شده ، الیاف کوتاه ، تقویت کننده های رشته ای ، نمد ، الیاف بافته شده و انواع دیگر الیاف درساخت لوله های FRP کاربرد گسترده ای دارند .
درصد وزنی الیاف به طراحی محصول نهایی وابسته خواهد بود . جهت الیاف ، شیوه چیدمان لایه ها روی هم و تعداد لایه های تقویت کننده ، ویژگی های مکانیکی ، سفتی و استحکام واقعی لوله را تعیین می کند . رزین مورد استفاده در ساخت لولۀ FRP ویژگی های خاص خود را دارد . درحالی که ویژگی های استحکام و سفتی رزین چندین بار کم تر از الیاف است ، رزین نقش اساسی را ایفا می کند . رزین های گرما سخت گروه عمده ای هستند که در ساخت لوله FRP به کار می روند . رزین به عنوان چسب عمل کرده و الیاف را در ساختار لایه ای محصول پخت شده به هم متصل می کند . رزین در برابر خوردگی ناشی از عبور گازها و سیالات از درون لوله مقاومت می کند . مشخصات فیزیکی و شیمیایی رزین ، مقاومت حرارتی که به شکل یک مشخصه که دمای انتقال شیشه ای ، Tg ، نامیده می شود و ویژگی های روش ساخت نقشی کلیدی در طراحی لوله ایفا می کنند . درحالی که رزین های پلی استر ، وینیل استر و اپوکسی قصد تسلط بر بازار لوله های FRP را دارند ، رزین های دیگری نیز وجود دارند که مقاومت به خوردگی منحصر به فردی ایجاد می کنند . پلی استرها اغلب برای تولید لوله هایی با قطر زیاد استفاده می شوند . وینیل استرها مقاومت به خوردگی بیشتری معمولا ً در برابر مایعات خورنده قوی مانند اسیدها و سفیدکننده ها دارند . رزین اپوکسی معمولا ً برای لوله هایی با قطر کم تراز 750 میلی متر و فشارهایی در حدود 8/20 مگا پاسکال تا 6/34 مگا پاسکال استفاده می شوند .

طراحی و تولید لوله های FRP اغلب به اجزای افزودنی نیز نیاز دارد . بیشترین افزودنی ها به شکل دهی رزین های گرما سخت کمک می کنند و همچنین ممکن است برای تکمیل واکنش های شیمیایی و پخت چند لایی مورد نیاز باشند . کاتالیزورها و سخت کننده ها در این دسته قرار می گیرند . پرکننده ها ممکن است به علت مسایل اقتصادی و یا افزایش کارایی استفاده شوند . بعضی از لوله ها به ویژه لوله های گرانشی به شدت به سفتی خمشی بالایی نیاز دارند . در مورد لوله های زیر خاک ، سفتی خمشی با عامل EI اندازه گیری می شود که حاصل ضرب سفتی چندلایی کامپوزیتی E و ممان اینرسی سطح مقطع لوله I است . سفتی چندلایی E را می توان با تغییر جهت الیاف و افزایش حجم الیاف و موارد دیگر افزایش داد . از آنجایی که ممان اینرسی I با توان سوم ضخامت دیوار نسبت دارد ؛ هرگونه کوششی برای افزایش ضخامت دیواره ، ممان اینرسی را به طور چشمگیری افزایش می دهد . در نتیجه بعضی از لوله های گرانشی با افزودن شن در مرحله تولید ساخته می شوند . افزایش شن مایۀ افزایش ضخامت دیواره و در نتیجه افزایش ممان اینرسی و افزایش عامل EI می شود . این کار افزایش سفتی با استفاده از ماده نسبتا ً ارزان مانند شن نامیده می شود . بنابراین شن می تواند یک افزودنی مهم در ساخت لولۀ FRP باشد .

چندین روش برجسته در صنعت

لوله های FRP به دو روش اصلی ساخته می شوند : ریخته گری گریز از مرکز و پیچش الیاف . با این وجود روش های بسیار متغیر و بهبود یافته ای در این سالها ایجاد شده است . در روش ریخته گری گریز از مرکز ، الیاف درون یک لولۀ فولادی قالب قرار داده می شوند . مواد تقویت کننده خشک هستند و در این مرحله به رزین آغشته نمی شوند . لایه چینی ویژه مواد در لوله فولادی به وسیله مهندس طراح و با توجه به کارآیی نهایی مورد نیاز ، مشخص می شود . هنگامی که الیاف در سر جای خود قرار گرفتند ، لوله فولادی با سرعت بالایی آغاز به چرخیدن می کند . رزین مایع در مرکز لوله پاشیده می شود و با توجه به نیروی گریز از مرکز ، تقویت کننده خشک را آغشته می کند . پوسته کامپوزیتی در حال چرخش با استفاده از گرما به لوله ای با سطح داخلی و خارجی صاف تبدیل می شود . سطح داخلی ، اغلب یک سطح هموار و غنی از رزین است .
روش شرح داده شده ، روش ریخته گری گریز از مرکز معمولی و متداول است . الیاف بافته شده ، پارچه و نمدهای سوزنی از مواد ساختاری این روش هستند . درصد وزنی الیاف دراین روش ساخت ، معمولا ً بین 20 تا 35 درصد است . می توان با استفاده از بافت های متراکم تر با افزایش سرعت چرخش برای دست یابی به فشردگی بیشتر به درصد وزنی الیاف بالاتری دست یافت .
برای ساخت لوله های گرانشی با قطرهای زیاد که سفتی لوله یک عامل بحرانی است و به سختی حاصل می شود ، اغلب اوقات از روش بهینه شده ای به نام ریخته گری گریز از مرکز Hobas استفاده می شود . روش Hobas شبیه به ریخته گری گریز از مرکز معمولی است ، افزون براین که برای افزایش عامل EI ، شن نیز به مواد اولیه افزوده می شود . این روش اغلب در قطرهای بزرگ تر از 500 میلی متر استفاده می شود و شن بخش عمده ای از سازه خواهد شد . درصد وزنی الیاف حدود 20 درصد است . درصد وزنی رزین 35 درصد و مقدار شن 45 درصد وزنی است . بنابراین درصد بالای شن باعث افزایش سفتی مقطع I می شود ولی سفتی الاستیک E را افزایش نمی دهد . به خاطر اینکه شن یک ماده ساختاری نیست ، از لولۀ Hobas به عنوان لوله گرانشی استفاده می شود نه لوله فشاری . در فرآیند پیچش الیاف ، پوسته ای پیرامون یک سنبه چرخان با قطری برابر با قطر داخلی لوله به طور پیوسته پیچیده می شود و به طور کلی در این روش ، تغییراتی ایجاد شده است . در فرآیند پیچش الیاف دو جهته یا مارپیچی ، الیاف تحت زاویه و به صورت مارپیچی روی سنبه پیچیده می شود ، تا هنگامی که تمام سطح پر شود و تعداد لایه های درست روی هم چیده شود . زاویه پیچش معمولا ً در محدوه زاویه بهینه تئوری و بین 55 تا 75 درجه است . طراحی ، زاویه پیچش مناسب را مشخص می کند . این روش بیشترین سفتی E و استحکام را ایجاد می کند ؛ چون الیاف پیوسته هستند نه بریده شده و می توان به درصد وزنی الیاف 60 تا 80 درصد رسید .
یک نسخه بهینه شده این روش ، روش پیچش الیاف پیوسته Drostholm است که برای ساخت لوله های پیوسته نوآوری شده است . در این روش یک سنبه انعطاف پذیر به کار می رود که پس از پخت لوله و حرکت لوله به جلو به جای اول خود برمی گردد . به خاطر اینکه در این روش لایه چینی به صورت کاملا ً مارپیچی امکان ندارد ، پیچش الیاف به صورت حلقه ای 90 درجه انجام می شود و بین لایه های محیطی الیاف کوتاه پاشیده می شود ، ممکن است پرکننده های شنی و الیاف نمدی نیز به کار روند . درهر حال الیاف محیطی بریده شده ساختار اولیه هستند . درصد وزنی الیاف در این روش بین 45 تا 70 درصد است . در حالت ثابت بودن طول لوله که از پیچش الیاف به صورت محیطی به همراه الیاف کوتاه استفاده می شود ، این فرآیند پیچش حلقوی کوتاه Chop-Hoop Winding نامیده می شود . ممکن است از شن نیز در این روش استفاده شود . با این کار درصد وزنی الیاف نیز به 45 تا 65 درصد کاهش می یابد .
ممکن است بر سر این که کدام یک از این روش ها بهینه است ، بحث باشد . با این وجود بحث های فنی کلیدی معمولا ً پیرامون اثر افزایش شن بر روی ویژگی های مکانیکی چند لایی کامپوزیت FRP است . اثرات دراز مدت تحمل بار و رفتار خزشی در حضور پرکننده شنی در سالهای اخیر مورد توجه بوده است .

ملاحظات طراحی و محیطی

طراحی لوله های FRP با توجه به موضوعات هیدرولیکی و شارجریان انجام می شود ؛ چون این مسایل از ملاحظات اساسی در طراحی مؤثر جریان گاز و سیال در سیستم های لوله کشی هستند . لوله های FRP برتری های قابل توجهی نسبت به مواد مرسوم مانند لوله های فلزی و بتنی دارند . به عنوان مثال ، هموار بودن سطح داخلی لوله FRP باعث کاهش مقاومت سیال و انرژی لازم برای جریان یافتن سیال در داخل لوله می شود . به دلیل مقاومت لوله FRP در برابر خوردگی ، با گذشت زمان و استفاده از لوله ، سطح داخلی هموار باقی مانده و مقاومت در برابر خوردگی نیز نقش اساسی در لوله های FRP بازی می کند .
گستره دمایی در طراحی لوله های FRP به نوع کاربرد و نوع ماده ای که در درون لوله جریان خواهد داشت بستگی دارد . لوله های زیرزمینی برای دمای ثابتی که میانگین دمای محیط پیرامون آن ها با توجه به شرایط محلی است ، طراحی می شوند . لوله های سطح زمین چون تحت شرایط باد ، باران ، برف و پرتوهای فرابنفش قرار می گیرند گستره دمایی وسیع تری دارند . در هر دو حالت گستره دمایی براساس آب و هوا و شرایط منطقه ای که لوله در آن نصب می شود تثبیت می شود . این شرایط معمولا ً از محدوده 20 تا 65 درجه سانتی گراد خارج نمی شود . در حقیقت به جز در موارد اندک ، محدوده دمای کاری معمولا ً بین 20 تا 55 درجه سانتی گراد قرار دارد .
با این وجود توجه به دمای سطح داخلی لوله مهم است چون معمولا ً سیال یا گاز در دماهای بالایی بین 52 تا 150 درجه سانتی گراد در داخل لوله جریان می یابد . رزین و لایه آستر درونی اغلب اوقات بر اساس نوع ماده خورنده عبوری از درون لوله و دمای فرآوری آن برگزیده می شود . لوله های FRP را می توان برای بسیاری از کاربردها ساخت .
طراحی لوله FRP هم چنین به شدت ، تحت تأثیر محدوده فشار کاری است ؛ در حالی که بیشتر لوله ها طی عمر کاری خود در معرض فشار داخلی مثبت قرار دارند . بار خلأ نیز می تواند به عنوان یکی از فاکتورهای طراحی لوله ، به ویژه در مورد لوله های زیرزمینی مورد توجه قرار بگیرد . در مورد لوله های گرانشی زیرزمینی ، لوله های FRP اساسا ً بر مبنای سفتی مورد نیاز و با توجه به شرایط خاک ، عمق دفن و فشار خارجی طراحی می شوند .
با این وجود ، اگرچه لوله های گرانشی در رده های متفاوت سفتی طراحی می شوند ولی این طراحی به گونه ای است که لوله بتواند در محدوده فشار روزانه که به وسیله کاربر نهایی مشخص می شود ، به طور موفقیت آمیزی کار کند . دور از انتظار نیست که حتی یک لوله گرانشی FRP هنگام کار تحت فشارهای حدود 8 مگا پاسکال قرار بگیرد . در حقیقت لوله های گرانشی نیز برای تحمل خوب بارهای طولانی مدت طراحی می شوند . لوله های فشاری درواقع بنابر شرایط تحمل بارهای فشاری بلند مدت برای کار پیوسته در خط طراحی می شوند . در نتیجه ، لوله های فشاری FRP اساسا ً برای تأمین استحکام طراحی می شوند تا سفتی ؛ چون در شرایط بارگذاری کوتاه مدت و بلند مدت بارهای فشاری ، بسیار مورد توجه هستند .
بارهای خارجی می توانند به صورت بارهای ناشی از دفن لوله لوله های زیرزمینی ، بارهای خمشی و یا تماسی ، لوله های سطح زمین و یا بارهای حاصل از ترافیک لوله های زیرزمینی باشند . بسیاری از این بارها ممکن است در کارآیی بلند مدت لوله FRP بحرانی باشند و محاسبه جابه جایی ها و تنش های چندلایی تحت بار برای تضمین یک پارچگی سازه در طول عمر مفید مورد انتظار مهم است . بسیاری از راهنماهای طراحی و استانداردها ، طراحی لوله های FRP را از طریق این گونه محاسبات و تأییدیه ها کنترل می کنند .

در برخی از کاربردها که قابلیت اشتعال ، دود ، مقاومت در برابر آتش و سمی بودن مهم هستند ، مقاومت در برابر شعله می تواند از اصول طراحی باشد . از جاهایی که این مسایل مورد توجه هستند ، سکوهای نفتی دور از ساحل است . تولید کننده ها می توانند از رزین های گوناگون مقاوم در برابر شعله و یا لایه های خارجی مقاوم ، برای این منظور استفاده کنند .

[ghasem motamedi]

پلتروژن فرآيند پيوسته‏اي براي توليد انواع پروفيلهاي كامپوزيتي است. در اين فرآيند، الياف تقويت كننده را از يك حمام عبور مي‏دهند تا به رزين آغشته شود. سپس الياف آغشته شده را وارد يك قالب گرم مي‏نمايند و نمونة پخت شده را توسط يك دستگاه كشش بيرون مي‏كشند. بعد از اين مرحله امكان برش محصول در اندازه‏هاي دلخواه وجود دارد. اين فرايند تا حدودي مشابه فرايند اكستروژن پلاستيكها و توليد پروفيلهاي پلاستيكي است.



http://www.freeimagehosting.net/uploads/711b35248a.gif (http://www.freeimagehosting.net/)

از جمله مزاياي اين روش كه يكي از باصرفه‏ترين روشهاي توليد كامپوزيتهاست، اين است كه درصد الياف در آن بالاست و چون الياف بصورت طولي آرايش مي‏يابند، محصول داراي استحكام كششي و فشاري بسيار بالايي است. همچنين سطح محصول نهايي كاملاً صاف است و نيازي به فرآيندهاي تكميلي نيست.




مراحل فرآيند:

ورودي الياف: الياف تقويت كننده‏ به شكلي هستند كه بطور پيوسته فرآيند امكان پذير باشد. قفسة الياف پيوسته، اولين قسمت خط فرآيند مي‏باشد. بعد از قفسة الياف، قفسة نمد الياف شيشه يه پارچة‌ها سطح قرار دارد. حركت الياف از ناحية آغشته ‏سازي مي‏بايست كنترل شود تا از هرگونه پيچش و گره و آسيب محفوظ بماند. اينكار مي‏تواند توسط راهنماهاي فلزي، سراميكي و يا تفلوني انجام ‏شود.
‍حمام آغشته‏‌سازي: آغشته‌‏سازي الياف تقويت كننده، از اصول فرآيند پلتروژن مي‌باشد. غوطه‏‌وري در حمام يك راه براي اين كار است. در اين روش الياف از رو و زير ميله‌‏هاي آغشته‌‏سازي عبور داده مي‏شوند تا از هم باز، و به رزين آغشته گردند. معمولاً در ساخت پروفيلهاي پيچيده، بعد از حمام و قبل از قالب، از صفحاتي براي شكل دادن به الياف آغشته به رزين، استفاده مي‏‌كنند. پوشش اين صفحات بايد از جنسي مناسب باشد تا از وارد ساختن هرگونه تنش به الياف آغشتة ضعيف شده، جلوگيري به عمل آيد. معمولاً اين قطعات از جنس تفلون، پلي‏ اتيلن با جرم مولكولي بسيار بالا ، فولاد با پوشش كرم و يا آلياژهاي مناسب فولادي مي‏باشند.
قالب: قالب پلتروژن، قلب اين فرايند محسوب مي‏شود. چرا كه دما، كنترل كنندة سرعت واكنش پخت، محل پخت رزين در قالب و شدت گرماي حاصل از پخت رزين مي‏باشد. قطعه‌‏اي كه كامل پخت نشده باشد، خواص فيزيكي و مكانيكي ضعيفي از خود نشان مي‏دهد. همچنين اگر گرماي اضافي در قالب وجود داشته باشد، نقص و ترك حرارتي، موجب افت خواص الكتريكي، شيميايي و مكانيكي قطعه مي‏شود.
گيره و كشش: حداقل 3 متر فاصله بين خروجي قالب و محل كشش مي‏بايس تعبيه شود تا قطعه فرصت سرد شدن پيدا كند و در برابر فشار گيرة كشش تغيير شكل ندهد. سه روش براي كشش مرسوم است؛ كشش رفت وبرگشتي متناوب، كشش رفت و برگشتي پيوسته و كشش توسط سيستم تسمه نقاله‏اي.
برش: هر خط پيوستة پلتروژن احتياج به يك سيستم برش دارد تا طولهاي مناسب از قطعه تحويل شود. هردو روش برش خشك و تر قابل استفاده مي‏باشند. ولي در هر حال تيغه برش مي‏‌بايست الماسه باشد. در صورتيكه سرعت خط بالا باشد، تيغه برش همراه پروفيل حركت مي‏كند.
مواد: با توجه به خواص مورد نظر، مي‏توان از الياف و رزينهاي مختلفي استفاده نمود. الياف تأمين كنندة خواصي چون استحكام كششي و ضربه، سفتي و مانند آن مي‏باشند ولي رزين تأمين كنندة خواص فيزيكي مانند آتشگيري، مقاومت در برابر شرايط جوي، هدايت حرارتي و مقاومت شيميايي مي‏‌باشند. براي بهبود خواص نيز از انواع افزودني‏ها استفاده مي‌‏شود.
الياف: در انتخاب الياف سه ويژگي مورد بررسي قرار مي‏گيرد: نوع الياف (شيشه، آراميد و كربن)، شكل آنها ( Roving,Mat,Fabrics ) و آرايش يافتگي آنها.
الياف شيشه مرسوم ترين نوع الياف مورد مصرف مي‏باشند. الياف شيشه نوع الكتريكي ( E-grade )، استحكام كششي حدود Mpa 3450 و مدول كششي Gpa 70 و ازدياد طول 3 تا % 4 دارند و با قطر و وزن مختلف در دسترس مي‏باشند. سطح الياف نيز متناسب با رزين كاربردي پوشش داده شده‌‏اند. براي كاربردهاي خاص مي‏توان از الياف نوع S يا R استفاده نمود.
ماتريس پليمري:
پلي استر غير اشباع: هر دو نوع ايزو و ارتو فتاليك قابل استفاده مي‏باشند. پلي استر مورد مصرف در فرآيند پلتروژن بايد امكان ژل شدن و پخت سريع را داشته باشد تا قطعه از قالب جدا شود و بيرون كشيدن آن به سهولت انجام پذيرد. ويسكوزيته رزينهاي معمول پلتروژن cP 500 مي‏باشد. اگر ويسكوزيتة رزين بالا باشد، مي‏توان آنرا با مقاديري استايرن مخلوط نمود تا ويسكوزيته مناسب بدست آيد. البته بايد توجه داشت مقدار استايرن آنقدر زياد نشود كه بصورت واكنش نكرده يا پلي ‏استايرن درآيد.
پراكسيدهاي مورد استفاده در اين فرآيند، بايد در دماي بالاتر از محيط فعال شوند. به عنوان نمونه مي‏توان به موارد زير اشاره نمود:



http://www.freeimagehosting.net/uploads/236647002c.jpg (http://www.freeimagehosting.net/)

به علت پيوندهاي غير اشباع، پلي استر پس از پخت 7 درصد جمع‏شدگي نشان مي‏دهد. اين نقص مي‏تواند توسط فيلر و افزودني‏هاي Low Profile جبران گردد.
خواص الكتريكي پلي‏استر، قطعات آنرا مناسب براي كاربردهاي ولتاژ بالا ساخته است. مقاومت در برابر شرايط محيطي پلي‏استر، متوسط تا خوب است. خواص بهتر توسط افزودني‏ها و پارچه و پوشش (حتي بعد از فرآيند) قابل دستيابي است.
وينيل استر: اين رزين نسبت به پلي‏استر داراي مقاومت خورندگي، خواص مكانيكي و حرارتي بهتري مي‏باشد ولي حدود 75 درصد گرانتر مي‏باشد.
رزين اپوكسي: اين رزين براي استفاده در دماهاي بالاتر مناسبتر است ضمن آنكه خواص مكانيكي آن عاليست.
ساير رزينها: از رزينهاي ديگري مانند فنوليك، پلي‏متيل متااكريلات و حتي ترموپلاستها استفاده نمود.
مواد افزودني:
فيلر: در فرآيند پلتروژن پركردن قالب اهميت فراواني دارد. براي اين منظور از پركننده‏ها استفاده مي‏شود. بعد از رزين و الياف، سومين بخش رزين را تشكيل مي‏دهد. از معمولترين فيلرها، كربنات كلسيم، سيليكات آلومينيم و هيدروكسيد آلومينيم را مي‏توان نام برد. با توجه به ويسكوزيتة فرمولاسيون، تا 50 درصد وزني فيلراستفاده مي‏شود.
عامل جدا كننده( release agent ): به منظور جداشدن قطعه از قالب، مي‏بايست از يك عامل جداساز استفاده شود. اين عامل نبايد كاملاً ناسازگار با رزين باشد و همچنين سازگاري آن به حدي نباشد كه به سطح قطعه مهاجرت نكند. همچنين بايد قبل از پخت رزين مذاب شده باشد.
ساير افزودني‏ها: در فرآيند پلتروژن مي‏توان از انواع رنگدانه‏ها، افزودني‏هاي بهبود خواص حرارتي و ساير مواد مرسوم در صنعت كامپوزيت استفاده نمود.

[ghasem motamedi]

بررسی ساختمان کریستالی نیمه هادی ها







http://www.govashir.com/electronic/archives/home_6_en.jpg





همانطور که هادی ها در صنعت امروزی به خصوص در زمینه های حرارتی و برودتی کاربردی ویژه یافته اند عناصر نیمه هادی نیز اهمیت زیادی در صنعت الکترونیک و ساخت قطعات پیدا کرده اند.


هدف اصلی که در الکترونیک آنالوگ دنبال می شود تقویت سیگنالها بدون تغییر شکل آن سیگنال است. همین هدف بشر را به سمت استفاده از نیمه هادی ها در ساخت قطعات تقویت کننده پیش برده است. اما آن چیزی که عملکرد این قطعات را رقم می زند چگونگی حرکت الکترون ها و حفره ها در ساختار کریستالی این عناصر می باشد.
و این مقدمه ای ست برای پیدایش قطعاتی نظیر ترانزیستور ها –دیود ها و...
عامل موثر بر چگونگی حرکت الکترون ها و حفرها چیزی نیست جز درجه حرارت. به طوری که گفته شد درجه حرارت صفر مطلق ساختمان کریستالی نیمه هادی هایی نظیر ژرمانیوم و سیلسکن را تحت تاثیر خود قرار می دهد. یعنی در این درجه حرارت الکترون ها کاملا در باند ظرفیت قرار گرفته و نیمه هادی نظیر یک عایق عمل می کند. (به علت اینکه هیچ الکترون آزادی در باند هدایت خود ندارد).


اگر درجه حرارت افزایش یابد الکترون های لایه ظرفیت انرژی کافی کسب کرده و پیوند کو والانسی خود را شکسته وارد باند هدایت می شوند. به مراتب ای جابه جایی باعث تولید حفره ناشی از الکترون می گردد.
انرژی لازم برای شکستن چنین پیوندی در سیلسکن 1.1(الکترون ولت) و در ژرمانیوم 0.72 (الکترون ولت) می باشد. اهمیت حفره در این است که نظیر الکترون حامل جریان الکتریکی بوده و و نظیر الکترون آزاد عمل می نماید. حال آنکه تا چندی پیش دانشمندان حفره ها را حامل جریام نمی دانستند!
هنگامی که یک پیوند از الکترون خالی شده و حفره ای در آن به وجود می آید در این صورت الکترون های ظرفیت اتمهای مجاور در باند ظرفیت به سادگی قادر به اشغال این حفره هستند. الکترونی که از یک پیوند کووالانسی دیگر این حفره را اشغال می کند خود یک حفره بر جای می گذارد. بنابر این می توان به جای حرکت الکترون های باند ظرفیت تصور نمود که در این باند حفره ها حرکت می نمایند.


حرکت حفره ها بر خلاف حرکت الکترو نها می باشد. حفره جدیدی که به وجود می آید به نوبه خود توسط الکترون دیگری از پیوندی دیگر اشغال شده و بنابراین حفره پله به پله بر خلاف جهت الکترون حرکت می نماید. پس در اینجا با پدیدهی دیگری از هدایت الکتریکی روبه رو خواهیم بود که مربوط به الکترون های آزاد نمی باشد. در این صورت می توان چنین تصور کرد که حفره در جهت عکس الکترون حرکت نموده است . بنابراین حرکت الکترون در باند ظرفیت را می توان معادل حرکت حفره در خلاف جهت آن دانست.


حال میبینیم که چرا با توجه به اینکه حرکت الکترون همان حرکت حفره است از مفهمم حفره استفاده می شود. !با کمی دقت ملاحظه می شود که حرکت حفره حرکت الکترون های باند ظرفیت بوده ولی حرکت الکترون های آزاد در باند هدایت صورت می گیرد و برای بیان این تفاوت بین حرکت الکترون در باند ظرفیت و هدایت از مفهوم حفره کمک می گیریم.


به عنوان مثال فرض می شود که نیمه هادی تحت تاثیر یک میدان خارجی قرار گیرد یعنی به دو سر آن ولتاژی اعمال شود در ایک صورت الکترون های آزاد باند هدایت که تحت تاثیر نیرو های هسته ای اتم ها نیستند در این باند در خلاف جهت میدان اعمال شده حرکت خواهند نمود. انرژی این الکترون ها در جهتی نیست که در باند هدایت قرار گیرد. ولی می توانند در همان باند ظرفیت حرکت کرده و حفره های مجاور خود را اشغال نمایند. بنابر این حرکت این الکترون ها بیشتر از الکترو ن های آزاد به هسته وابسته می باشد. در حقیقت برای هر ولتاژ اعمال شده به دو سر یک نیمه هادی یک الکترون در باند ظرفیت فاصله متوسط کو تاهتری از الکترون های باند هدایت را در فاصله زمانی یکسان طی خواهند نمود.


بنابر این می توان گفت که الکترون های آزاد دارای تحرک بیشتری نسبت به حفره ها هستند. به طوری که گفته شد در درجه حرارت معمولی اتاق تعدادی از پیوند های کو والانسی شکسته سده به ازای شکسته شدن هر پیوند یک الکترون-حفره تولید می شود. الکترون و حفره هر دو حامل های بادار می باشد. با اعمال یک پتانسیل الکتریکی به دو سرهر قطعه ای نیمه هادی این حامل هر دو حرکت نمود ه و جریان به وجود می آورند.


دیدید که این حرکت ها در چگونکی رفتار یک نیمه هادی تا چه میزان می توانند موثر باشند.با پیشرفت علم و تکنولوژی استخراج کشف هر نیمه هادی جدیدی انقلابی عظیم در عصر ارتباطات حاصل می شود.

[ghasem motamedi]

آلیاژهای حافظه دار گروه جدیدی از مواد هستند که اگر با ترکیب شیمیایی مشخّص تحت عملیات حرارتی مناسبی قرار گیرند؛ توانایی بازگشت به شکل یا اندازه از قبل تعیین شده را از خود نشان می دهند.
همچنین این مواد قابلیت تبدیل انرژی گرمایی(الکتریکی)را به انرژی مکانیکی دارند واگر گرم وسرد کردن این آلیاژها با جریان الکتریکی کنترل شود؛ میتوان حرکتهای سیکلی با قابلیت تکرار در دفعات متوالی ایجاد کرد.
آلیاژهای حافظه دار از عناصر نیکل و تیتانیوم تشکیل شده اند، که تحت نام نایتینول شناخته می شوند.
این آلیاژها کاربردهای گوناگون و بسیار مفیدی در زمینه هایی همچون: هوا وفضا، صنایع خودروسازی، پزشکی،دندانپزشکی و....
خاصیت منحصر به فرد این آلیاژها بر اساس تغییر فاز در آلیاژ نایتینول میباشد.
چگونگی پی بردن به حافظه داربودن این آلیاژها:History”SMAs” (تاریخچه)×

در سال 1961در لابراتوار اسلحه و مهمات نیروی دریایی White Oak بود ،که به خاصیت بی همتاو شگفت انگیز این گونهآلیاژها پی برده شد.

Dr.Wiliam.j.Buehler اولین نفری بود که به حافظه دار بودن این آلیاژها پی برد.
اکتشاف حقیقی خاصیت حافظه دار بودن آلیاژ به طور تصادفی به دست آمد.در نشست هیئت مدیره لابراتوار یک نوار از این آلیاز که مدتها از خم شدن آن می گذشت مهیا بود.یکی از حاضران به نام « دکتر دیوید» نوار را با فندک مخصوص پیپش گرم کرد وبه طور شگفت آوری نوار کشیده شد و به حالت اولیه خود برگشت.
ترکیبات آلیاژهای حافظه دار×
تشکیل شده اند وبا نام تجاری نایتینول شناخته می شوند Ti,Niآلیاژهای حافظه دار عموما از را Si-Mg-Fe وAl-Zn-Cu;;Ni-Cu-Al همچنین در مواردی این گونه آلیاژها سایر آلیاژها مانند :
نیز در خود دارند.
اساس حافظه داری آلیاژ NiTinol×

اصل حافظه داری درآلیاژ نایتینول تغییر فاز می باشد. در واقع پس از کشف این خاصیت درآلیاژهای حافظه دار سؤال این بود که تا چه مقدار این فلزات می توانند شکل اولیه خود را به خاطر آورند.
« دکتر فردریک» که یک پژوهشگر در ساختمان کریستالی است با دقت تغییرات ساختمانی که در تراز اتمی خاصیت بی همتای این فلزات تاثیر داشتند بررسی کرد.او فهمید که نیتینول یک فاز متغییر دارد (البته در حالت جامد) و این فاز متغییر مارتنزیت و آستنیت می باشد.نیتینول می تواند در دمای نسبتا پایین تغییر فرم پلاستیک یافته و سپس در درجه حرارت بالا به شکل قبل از تغییر فرم پلاستیک برگردد.
اساس خاصیت برگشت پذیری این آلیاژها«تغییر حالت مارتنزیتی فاز آستنیت می باشد».

درفاز مارتنزیت نیتینول می تواند خم شود و به اشکال مختلف تغییر شکل بدهد.


آزمایش جهت بررسی حافظه دار بودن یک آلیاژ حافظه دار×
به منظور بررسی اثر حافظه دار بودن یک آلیاژ حافظه دار پایه مس،چندین ترکیب مختلف از سیستم سه تایی مس-روی-آلومینیوم انتخاب شد ند.نمونه های آزمایشی با استفاده از مواد اولیه با خلوص تجارتی توسط فرایند ذوب در کوره القايی و نورد گرم و سرد تهیه شدند و بر روی یکی از ترکیبات ساخته شده درمحدوده حرارتی 290-200 درجه سانتیگراد رفتار پیری ایزو ترمال مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از آزمایشات خمش، سختی، کشش مکانیکی، اندازه گیری ضریب مقاومت الکتریکی وبررسی(اثرحافظه دار ورفتار پیری مورد مطالعه قرار گرفت. SEMمتالوگرافی با میکروسکوپ نوری و الکترونی ) نتایج بدست آمده بیانگر آن است که اثر حافظه دار در این آلیاژها در اثر تحول مارتنزیتی بوده ودر محدوده حرارتی تغییر حالت خواص آلیاژ بطور قابل توجهی تغییر پیدا می کند.
رفتار پیری با استفاده از روابط سینتیکی مورد بررسی قرار گرفت.نتایج حاصله نشان می دهند که از بین رفتن اثر حافظه دار در این آلیاژها با تغییرات خواص آلیاژ(افزایش سختی، استحکام کششی، تسلیم،ضریب مقاومت الکتریکی ومدول الاستیسیته)همراه می باشند. چنین تغییراتی ناشی از تحولهای اکتیواسیون حرارتی بوده و انرزی محرکه تغییر حالت پیری ایزوترمال در حدود 110 kj/mol می باشد.
روش تهیه: ( براساس یک آزمایش وتحقیق)×
برای تهیه آلیاژ حافظه دار تیتانیوم- نیکل؛چهار روش ذوب در کوره مقاومتی، کوره مقاومتی خلاء، کوره کوانتومتری و توسط روش سنتز احتراقی بررسی شده اند.
محصول دو روش اول همگن نبوده وقابلیت نورد گرم ندارند ولی قطعهً ذوب شده در کوره کوانتومتری از نظر ترکیب شیمیایی یکنواخت است وقابلیت کار گرم دارد. درفرایند سنتز احتراقی علاوه بر اینکه صرفه جوئی قابل ملاحظه ای در مصرف انرژی وزمان صورت می گیرد ؛محصول فرآیند نیز می تواند به راحتی نورد گرم وسرد شوند وبر خلاف سه روش قبلی نیازی به عملیات حافظه دار کردن ندارند.
توضیحات×
درصد اتمی نیکل نیز فاز R تشکیل می شود ودر دو ترکیب شیمیایی3.50با روش سنتز احتراقی حتّی در آلیاژ آزمایش شده، منحنی تغییرات MS,RT بر حسب دمای پیری دارای یک ماکزیمم است که با افزایش محتوای نیکل زیاد می شود. همچنین با طراحی مناسب عملیات حرارتی می توان AS را پایین تر از MS کاهش داد.
پیر کردن باعث پدیداری درجه حرارت هایAS,MS وTR نسبت به چرخه های حرارتی می شوددر دمای C 500 کار سرد بعد از عملیات حرارتی (محلولی) باعث کاهش نرخ تغییراتMS,AS نسبت به دمای پیری می شود و از تشکیل فاز R در دمای پیریC 350 جلوگیری می کند.در دمای پیری ثابت MS,TR تابع مقدار کار سرد بوده ورفتار یکنواختی از خود نشان می دهد.
کاربردهای آلیاژ حافظه دار×
آلیاژهای حافظه دار کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارند ؛ از جمله این کاربردها، کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی، هواوفضا، صنایع خودروسازی، صنایع الکترونی و بعضی کاربرد های دیگر می باشد.
مواد حافظه دار عملکردهای ویژه و بدیعی از خود به نمایش می گذارند که از آن جمله حس گرایی(که شامل سه بخش حرارتی یا میدان می شود) به کار انداز ضربه بالا ، میرایی بالا، پاسخ های انطباقی، قابلیت حافظه داری و سوپرالاستیسیته میباشند که قابل استفاده در وسایل مختلف مهندسی جهت سیستمهای هوشمنداست. کاربردهای آلیاژهای حافظه دار در مقاله ای فنی و مهندسی به چهاردسته:
۱- بازیابی آزاد ۲- بازیابی مقید
۳- محرکها ۴- تغییر شکل سوپر الاستیک
تقسیم بندی شده است.
همچنین این آلیاژها ها برای مواردی از قبیل فعّال کننده (محرک بازوی عامل مکانیسم) ویا در پاسخگویی به حرارت ویا میدان مغناطیسی مفید هستند.
کاربرد در صنایع خودروسازی×
امروزه آلیاژهای حافظه دار جهت کنترل موتور، انتقال قدرت وتوقّف اتومبیل استفاده می شودهمچنین از آن به عنوان جا یگزینی به جای موتور DC استفاده می شودکه درهرچه سبکترکردن سیستم تحریک، حذف گیربکس وکلاچ کمک بسیارزیادی می کندودرلغایت تمام این مذایاباعث افزایش اعتماد به نفس راننده وبالا رفتن ضریب اطمینان براثر کنترل دقیق اتومبیل خواهد شد.
کاربرد در پزشکی×
کاربرد آلیاژهای حافظه دار به عنوان سیستم تحریک روز به روز بیشتر می شود.از جمله استفاده آلیاژهای حافظه دار در پزشکی را می توان در ساخت پلاکها و ایمپلنت های پزشکی نام برد.
شناخت این گونه آلیاژها×
برای شناخت ترمودینامیکی ومکانیکی آلیاژ های حافظه دارTI- NI آزمایشاتی از قبیل اندازه گیری مقدار گرما برای انتقال فاز ؛ مقدار کرنش قابل بازیافت ، عمر و ضریب میرایی آلیاژ باید انجام پذیرد . برای مطالعه بر روی این آلیاژها و ا رائه ترکیب آلیاژهای جدید و ساخت این گونه آلیاژها آزمایشات مختلف از جمله ذوب، بررسی فرآیند انجماد، انجام عملیات نورد، انجام عملیات حرارتی وتستهای متالوگرافی انجام می گیرد.

[ghasem motamedi]

روش فلورسانس اتمي
تئوري
اتم هاي آزاد بر خلاف ملكول ها ، داراي ترازهاي چرخشي و ارتعاشي نيستند و در آنها فقط جهشهاي الكتروني صورت خواهد گرفت . بدين ترتيب هنگامي كه انرژي توسط اتم ها جذب يا نشر مي شود خطوط طيفي مجزا مشاهده خواهد شد كه اساس روشهاي طيف سنجي اتمي را تشكيل مي دهد . روشهاي طيف سنجي اتمي تحت عنوان نشر اتمي ، جذب اتمي و فلورسانس اتمي مورد بررسي قرار مي گيرند . گاهي روشهاي اتمي را بر حسب اتمي شدن ، يعني فرايندي كه در آن فرايندي كه در آن اجزاي محلول به يونو اتم هاي گازي يا يك پلاسما تبديل مي شوند ، تقسيم بندي مي كنند.
طيف سنجي فلورسانس اتمي بر اساس برانگيختگي اتم هاي گازي توسط نور و اندازه گيري تابش فلورسان ايجاد شده ، انجام مي شود . فلورسانس اتمي اساسا" عكس فرايند جذب اتمي است . هر اتم داراي يك طيف فلورسان خاص خود مي باشد . طول موج فلورسان ممكن است بزرگتر ، كوچكتر يا معادل طول موج برانگيختگي باشد . فلورسان اتمي به سه دسته تقسيم مي شود :
1. فلورساني تشديدي
اين نوع فلورسان اتمي زماني رخ مي دهد كه اتم ها در همان طول موجي كه جذب كرده اند مجددا" نشر نمايند . جهش هايي كه از حالت پايه انجام مي شود جزء اين دسته است . ( متداول ترين نوع فلورسانس اتمي مي باشد .)
2. فلورسانسي خط مستقيم
در اين حالت اتم توسط يك منبع تابش برانگيخته مي شود و مستقيما" به يك تراز نيمه پايدار مي رود .
فلورساني خط پله اي
در اين حالت ترازهاي انرژي بالايي خطوط برانگيختگي و فلورسان متفاوتند اما ترازهاي پاييني يكسان هستند .
شدت فلورساني اتمي به شدت منبع تابش ، غلظت اتم هاي نمونه در حالت پايه ، كارايي جذب و ميزان خودجذبي در سل اتم ساز بستگي دارد .
در طيف سنجي فلورسان اتمي از منابع تابش با شدت بالا مانند لامپ هاي كاتد توخالي ، لامپ هاي تخليه بدون الكترود ، پلاسما ، ليزر و لامپ هاي قوس زنون استفاده مي شود

[ghasem motamedi]

مطالعه بازگشت (Tempering) فولاد هاي آبديده و بررسي دما و زمان بازگشت بر سختي و ريز ساختار آن ها .


به علت تنش هاي داخلي ايجاد شده در ضمن سريع سرد شدن ، تقريبا تمامي قطعات سخت شده نسبتا ترد و شكننده اند . از اين رو به ندرت فولاد ها پس از سريع سرد شدن و در شرايط سخت (مارتنزيت ) شده استفاده مي شوند ، مگر در موارد استثنايي نظير هنگامي كه به سختي فوق العاده زيادي نياز با شد و يا در رابطه با فولاد هاي كم كربن . معمولا فولاد پس از سرد شدن و قبل از استفاده بايد بازگشت شود. بازگشت عبارت است از حرارت دادن فولاد سخت شده تا دمايي زير دماي Ae1 ، نگه داشتن براي مدت زمان مشخص و سپس سرد كردن آهسته تا دماي اتاق . دما و زمان حرارت دادن به تركيب شيميايي فولاد ، ابعاد قطعه و خواص مكانيكي مورد نظر بستگي دارد . در اثر باز پخت تنش هاي داخلي كاهش يافته و يا حذف مي شوند و بنابراين استحكام ضربه اي افزايش مي يابد (شكنندگي كم مي شود) . در عوض سختي و استحکام قطعه سخت شده تا حدودي كاهش خواهد يافت .

تغييرات ميكرو ساختار
ساختار يك فولاد سريع سرد (مارتنزيت) شده ، ناپايدار است . دلايل ناپايداري عبارتند از :
وجود كربن به صورت فوق اشباع در شبكه بلوري مارتنزيت ، انرژي تنشي ناشي از وجود نابجايي ها و دوقلو هاي بسيار زياد در ساختار بلوري صفحات مارتنزيتي ، انرژي سطحي ناشي از فصل مشترك هاي بسيار زياد بين صفحات مارتنزيتي و بالاخره وجود آستنيت باقيمانده كه حتي در فولاد هاي كم كربن نيز اجتناب ناپذیر است . هنگامي كه يك فولاد مارتنزيت شده به منظور بازگشت دادن حرارت داده مي شود ، هر كدام از پارامتر هاي فوق نقش نيروي محركه اي را براي تغيير ساختار در مراحل مختلف بازي مي كند ، كه عبارتند از : كربن فوق اشباع در شبكه مارتنزيت نيروي محركه جهت تشكيل كاربيد .
انرژي تنشي نيروي محركه براي بازيابي .انرژي فصل مشترك نيروي محركه براي رشد دانه ها و يا افزايش پيوستگي و وسعت زمينه فريتي و بالاخره آستنيت باقيمانده نيروي محركه براي تشكيل مخلوط فريت و سمنتيت در ضمن بازگشت .
بررسيهاي سيستماتيك كه به كمك پراش پرتو ايكس برروي ميكروساختار فولاد هاي سريع سرد و بازگشت شده انجام شده است ، سه مرحله كاملا مشخص و مجزا از يكديگر را در رابطه با تغيير ميكروساختار مارتنزيت در ضمن بازگشت نشان مي دهد . اين سه مرحله عبارتند از :
مرحله اول : تشكيل كاربيد هاي انتقالي نظير كاربيد اپسيلن و يا كاربيد اتا و در نتيجه كاهش درصد كربن زمينه مارتنزيتي تا حدود 25/0 درصد .
مرحله دوم : تبديل آستنيت باقيمانده به فريت و سمنتيت .
مرحله سوم : جايگزين شدن كاربيد هاي انتقالي ومارتنزيت كم كربن توسط فريت و سمنتيت .

در اين جا تذكر اين نكته ضروري است كه به جز موارد اشاره شده در مراحل سه گانه فوق تغييرات ساختاري ديگري نيز در ضمن بازگشت فولاد هاي سريع سرد شده گزارش شده است .از آن جمله تشكيل كاربيد هاي آلياژي و ايجاد سختي ثانويه است ، كه مي توان آن را مرحله چهارم بازگشت ناميد .مطالعات و گزارشات ديگري در همين رابطه نشان است كه در ضمن سريع سرد شده يا نگه داشتن فولاد سريع سرد شده در دماي اتاق احتمال رسوب اتمهاي كربن بر روي نابجاييها و محل هاي پر انرژي ديگر نظير فصل مشترك هاي بين صفحات مارتنزيتي وجود دارد . تحت شرايط فوق رسوب و تجمع اتمهاي كربن مي تواند تشكيل كاربيد را به دنبال داشته باشد . در حقيقت در چنين شرايطي مرحله اول بازگشت در ضمن سريع سرد شدن يا نگه داشتن در دماي اتاق انجام مي شود . به اين ترتيب ملاحظه مي شود كه تغييرات ساختار يك فولاد سريع سرد شده را در ضمن بازگشت به بيشتر از سه مرحله مي توان تقسيم كرد . با اين حال نظر به اهميت موضوع و سهولت مطالعه رفتار فولاد هاي بازگشت شده ، ‌‌‌‌اثرات باز گشت بر روي تغييرات ميكرو ساختار در چهارچوب مراحل اول ، دوم و سوم بررسي مي شود .

تغييرات خواص مكانيكي
مارتنزيت كه ميكرو ساختار مورد نظر در عمليات سريع سرد كردن سريع فولاد هاست ، كاملا سخت ودر عين حال بسيار ترد و شكننده است . برخي پارامتر ها كه منجر به ترد و شكننده شدن مارتنزيت مي شوند عبارت اند از :
- خارج شدن شبكه بلوري فولاد از شكل طبيعي خود در اثر محبوس شدن كربن اضافي در فضاي هشت وجهي .
- رسوب اتم هاي ناخالصي در مرز دانه آستنيت اوليه .
- تشكيل كاربيد در ضمن سرد شدن .
- تنش هاي حاصل از سريع سرد شدن .
هدف اصلي از عمليات حرارتي بازگشت كاهش تردي و شكنندگي و يا به بيان ديگر افزايش چقرمگي و مقاومت فولاد در برابر ضربه است . از آن جايي كه در عمليات باز گشت هر دمايي در گستره دماي اتاق تا دماي Ae1 را مي توان استفاده كرد ، بنا براين ميكرو ساختار و در نتيجه خواص مكانيكي كاملا متنوعي از مارتنزيت تا سمنتيت كروي در زمينه فريت را مي توان بدست آورد . عملا دما و زمان بازگشت با توجه به خواص مكانيكي يعني ميزان سختي ، استحكام و چقرمگي كه در عمل لارم است انتخاب مي شود .
دماي مناسب براي بازگشت فولاد هاي كربني ساده و كم آلياژ را مي توان با توجه به تركيب شيميايي آن ها و سختي نهايي مورد نظر به طور تقريب مشخص كرد . اين روش بر اساس فرمول ارائه شده توسط گرون وجف است كه فرض مي كند فولاد پس از سريع سرد شدن عمدتاًساخاتر مارتنزيتي داشته باشد . فرمول ارائه شده به صورت زير است :

( T = 30 ( Hc – Ha
در اين فرمول :
T : دماي بازگشت بر حسب فارنهايت ،
Hc : سختي محاسبه شده از تركيب شيميايي ،
Ha : سختي مورد نظر پس از بازگشت است .
اگر دماي باز گشت به سانتيگراد تبديل شود فرمول فوق به صورت زير در مي آيد :
T = 16.67 ( Hc – Ha ) – 17.8
ارتباط دما وزمان بازگشت
در عمليات بازگشت هنگامي كه به زمان باز گشت اشاره اي نشود منظور زمان يك ساعت است . براي حصول سختي مورد نظر مي توان زمان بازگشت را تغيير داد . به شرط اينكه دماي بازگشت تغيير داده شود . رابطه دما وزمان بازگشت توسط پارامتر بازگشت مشخص مي شود { T(C+log t ) } در اين رابطه T دماي بازگشت بر حسب درجه كلوين و t زمان بازگشت بر حسب ساعت و C ثابت بازپخت است . لازم به اشاره است كه C تابع درصد كربن فولاد بوده و عناصر آلياژي بر روي آن اثر قابل ملاحظه اي ندارند . مقدار C را تقريباً برابر با 18 پيشنهاد داده اند .

[ghasem motamedi]

نابجايي ها(عيوب خطي):
عيوب خطي به صورت يك خط در شبكه كريستالي ظاهر مي شود، تقارن يك كريستال ممكن است در طول يك خط به هم خورده و با عيبي در كريستال وجود داشته باشد كه حركت آن عيب در شبكه تقارن شبكه بر هم بزند كه به آن عيب خطي و يا نابجايي مي گويند.در واقع نابجايي ها مرز بين قسمت تغيير شكل يافته و تغيير شكل نيافته شبكه هستند. نابجايي ها به دو دسته زير تقسيم مي شوند:
الف) نابجايي لبه اي
ب) نابجايي پيچي


الف) نابجايي لبه اي:

مجموعه اي از اتم ها كه به صورت يك نيم صفحه اضافي در داخل شبكه كريستالي ايجاد مي شود.



نكات:
- موقعيت نابجايي ها را با علامت t وارونه نشان مي دهند.
- علامت موقعيت نابجايي لبه اي چنان به سمت بالا باشد مثبت و چنانچه به سمت پايين باشد منفي است.
- ميزان تغيير شكل نابجايي ها را با بردار برگردز نشان مي دهند.
- در نابجايي هاي لبه اي، بردار برگردز در خط نابجايي عمود است.
- نابجايي هاي لبه اي تنها بر روي يك صفحه لغزشي عمل لغزش را انجام مي دهند.نابجايي هاي لبه اي در دماهاي بالا در صورتي كه به يك مانع سخت برخورد كنند مي توانند صفحه ي لغزش خود را تغيير داده تا بتوانند عمل بالا رفتن از مانع را انجام دهند .


ب) نابجايي پيچي:
هر گاه در يك كريستال فقط قسمتي از كريستال نسبت به قسمتي ديگر به اندازه ي مضرب صحيحي از فاصله ي اتمي (پارامتر شبكه)جابجا شده باشد نابجايي به صورت پيچي خواهد بود. در واقع در نابجايي پيچي يك سطحي اتمي مارپيچ به وسيله ي صفحات اتمي دور خط نابجايي بوجود مي آيد
نابجايي پيچي به دو نوع راست گرد و چپ گرد تقسيم مي شوند بردار برگردز و خط نابجايي موازي هم هستند.
نابجايي هاي پيچي صفحه ي لغزشي معيني ندارند.

[ghasem motamedi]

تاریخچه




J. W. Gibbs در یازدهم فوریه 1839 در نیوهاون و در بیست و هشتم آوریل 1903 در همان شهر از دنیا رفت.

او فارغ التحصیل کالج یال در سال 1858 بود و درجه دکتری خود را در سال 1863 دریافت نمود و مدت سه سال در همان کالج بعنوان مربی منصوب شد.

بعد از این مدت، به پاریس ( زمستان 66-67) و برلین (67) رفت تا در کنفرانس های و ماگنوس و دیگر اساتید فیزیک و ریاضی شرکت کند.

در سال 1868 به هدل برگ به دیدن استاد کیرشهف رفت و سپس به نیوهاون برگشت. دوسال بعد وی بعنوان استاد ریاضی فیزیک کالج هال منصوب شد و تا زمان مرگش در این سمت بود.

در 1876 و 1878 او دو قسمت از مقاله " در بررسی تعادل فازهای ناهمگن" را منتشر کرد که این مقاله بطور کلی مهمترین سهم وی در گسترش علوم فیزیکی بود.

غیر از فعالیت های علمی، گیبس زندگی بی دغدغه ای را گذراند؛ او فقط یکبار از اروپا دیدن کرد که حدود سه سال به طول انجامید؛ بقیه تعطیلات تابستانی خود را در کوهستان می گذرانید. تمام عمر زندگی او در نیوهاون طی شد. فروتنی او نسبت به کارها و فعالیتش های از صفاتی است که تمامی کسانی که او را می شناختند گفته می شود.
پروفسور گیبس بعنوان اولین دانشمند علوم نظری در آمریکا شناخته شده است و بعنوان پدر علم شیمی ترمودینامیک شناخته شده است.

http://imscc.persiangig.com/other/amirian/new_folder/untitled.JPG

درجات آزادی و متغییرهای آن




متغییر F تعداد متغییرهای مستق یک سیستم است که با تغییر آنها حالت تعادل سیستم و تعداد فازهای در تعادل برهم نخورد. در یک سیستم تک جزئی تک فاز (P=1, C=1) هر دو متغییر فشار و دما می توانند بطور مستقل تغییر یابند، بدون اینکه هیچ تغییری در تعداد فازهای در حال تعادل سیستم حاصل شود:

F=2 ، سیستم دومتغییره است و به عبارت دیگر دارای دو درجه آزادی است.

اگر سیستم تک جزئی با دو فاز در تعادل(C=1, P=2) (برای مثال تعادل فاز مایع با بخار آن)، دما (یا فشار) می تواند تغییر کند، بدیهی است که بایستی یک وابستگی با تغییرات فشار (یا دما) وجود داشته باشد تا تعادل فازی ایجاد شود:

F=1 سیستم دارای درجه آزادی یک می باشد.

اگر در یک سیستم تک جزئی با سه فاز در حال تعادل باشد (C=1, P=3) (مثل تعادل فازهای جامد، مایع، بخار) هیچ کدام از متغییرهای دما یا فشار نمی توانند بطور مستقل تغییر یابند و در صورت تغییر آنها، مطمئناً حالت تعادل برهم خواهد خورد.

F=0 سیستم هیچ درجه آزادی ندارد

قانون فاز

پروفسور گیبس ثابت کرده است که اگر C تعداد اجزاء سیستم و P تعداد فازهای در تعادل برای یک سیستم باشد، در هر ترکیب دلخواه خواهیم داشت:

F = C - P + 2

1- تعداد متغییرهای مستقل را شمرده (فشار و دما 2 به حساب می آیند)

2- ترکیب فاز را بوسیله جزء مولی اجزاء C-1 ( به C-1 نیاز داریم نه C، چرا که جمع تمام جزء مولی ها =1 بشود، در اینصورت اگر تمام اجزاء بجز یک کسر مولی مشخص نباشد قابل محاسبه خواهد بود)

3- از انجائیکه P فاز وجود دارد، تعداد کل حالتها ترکیبی P(C-1) خواهد بود و تعداد کل معادلات موجود برای متغییرهای سیستم برابر خواهد بود با:

P(C - 1) + 2

4- در هنگام تعادل، پتانسیل شیمیایی J باید در تمامی فازها برابر باشد:

μJα= μJβ = ....فاز Pبرای

P-1 معادله از این نوع برای هر جزء J وجود دارد. اگر C جزء باشد تعداد معادله برابر خواهد بود :

C(P - 1)

5- هر معادله، آزادی ما را به اندازه P(C - 1) + 2 کاهش می دهد بنابراین تعداد درجات آزادی ما برابر خواهد بود با:

F = P(C - 1) + 2 - C (P - 1) = C - P + 2



مثالی برای اثبات درستی قانون گیبس:

http://imscc.persiangig.com/other/amirian/new_folder/amirian.JPG





فاز دیاگرام برای سیستم های چند جزئی بسیار مفید می باشد، و برای بیان تعادل شیمیایی و فیزیکی در محدوده ترکیبات مختلف اجزاء بکار می‌رود.

برای یک سیتم یک جزئی، خواهیم داشت:

F = 3 – P




اگر یک فاز موجود باشد، F=2 و فشار و دما می‌توانند بدون تغییر دادن تعداد فازها تغییر کنند (تک فاز یک محدوده بروی دیاگرام فاز می باشد)

اگر دو فاز در تعادل باشد، F=1 اگر بر حسب دما بررسی کنیم آنگاه دیگر فشار یک متغییر مستقل نخواهد بود

اگر سه فاز در تعادل باشد، F=0 و سیستم نامتغییر است – بنابراین این حالت فقط در یک دما و فشار خاصی وجود خواهد داشت

چهار فاز در یک سیستم تک جزئی نمی توانند در تعادل با هم قرار گیرند چرا که F نمی تواند منفی باشد.

[ghasem motamedi]

عملیات حرارتی پسگرمی
پسگرمی کل جوش و یا فقط یک قسمت از آن برای بدست آوردن یک یا تمامی اهداف زیر انجام می شود:
1 – تنش زدایی
2 – افزایش چقرمگی
3 – افزایش استحکام
4 – افزایش مقاومت خوردگی
5 – زدودن کار سرد
عملیات حرارتی گوناگونی وجود دارند که با تغییرات فوق مرتبط بوده و به نامهای :
الف – عملیات حرارتی تنش زدایی
ب – آنیله کردن یا تابانیدن
ج – نرمالیزه کردن
د – سخت کردن
ﻫ - آب دادن یا تمپره کردن
و – آستمپره کردن
ز – مارتمپره کردن خوانده می شوند .
اختلاف بین این عملیات حرارتی عموما به دمای بکار گرفته شده و یا روش سرد کردن مربوط می گردد. دماهای عملیات حرارتی تنش زدایی زیر حد بحرانی فولاد است در حالیکه دماهای لازم برای آنیله کردن ، نرمالیزه کردن و سخت کردن همیشه بالای حد بحرانی می باشند . شاید یک مورد استثناء برای این وجود داشته باشد . عمل نرم کردن گاهی در دمای درست زیر حد بحرانی انجام می شود که به آن ((آنیله زیر بحرانی )) یا آنیله تمپره ای می گویند . گاهی دو عمل حرارتی برای یک منظور خاص بکار گرفته می شود. انتخاب صحیح روش عملیات حرارتی نیازمند بررسی عوامل متعددی نظیر نوع فولاد ، شرایط ایجاد تنش در جوش و ساختار ناحیه گرما دیده می باشد .
1-3) عملیات حرارتی تنش زدایی
عملیات حرارتی تنش زدایی عبارت است از گرم کردن یکنواخت یک سازه تا دمای مناسب زیر حد بحرانی و سپس سرد کردن یکنواخت آن است . معمولا عملیات حرارتی در محدوده دمای بحرانی ناگوار هستند و به همین علت تنش زدایی در بیشتر موارد زیر حد بحرانی انجام می گیرد.
تصمیم تنش زدایی یک جوش بر اساس مقررات استاندارد (( دیگهای بخار و ظروف تحت فشار )) که توسط انجمن مهندسان آمریکا تنظیم می شود اخذ می گردد . مقررات این استاندارد شرایط مواد ، ترکیب شیمیایی ، ضخامت و موارد لزوم تنش زدایی بعد از جوشکاری را تعریف می کند.
دمای تنش زدایی برای فولادهای معمولی و کم آلیاژ که جوشکاری می شوند در محدوده 900 – 1250 f می باشد که پایین تر از حد بحرانی است.
مدت دمای تنش زدایی فولاد معمولا برای هر اینچ ضخامت یک ساعت است ، اگر چه مدت لازم برای 1000f طولانی تر از زمان مورد نیاز برای 1100f است . برای قطعات پیشگرم شده اغلب تنش زدایی لازم می شود . قطعات پیچیده یا فولادهایی که میل زیادی به ترک خوردن دارند باید بلافاصله پس از جوشکاری و قبل از سرد شدن تا دمای پیشگرمی ، در کوره های تنش زدایی قرار بگیرند . اگر چه عملیات تنش زدایی فقط بخاطر از بین بردن تنش ها بکار می روند و تغییرات ساختاری فولاد از آن انتظار نمی رود ولی با این حال تأثیرات عمومی
عملیات حرارتی تنش زدایی بصورت های زیر می باشند :
1 – بازیابی Recovery
2 – توقف Relaxation
3 – تمپره کردن ( از بین بردن نواحی سخت ) Tempering
4 – تبلور مجدد Recrystallization
5 – کروی کردن Spheroidizing
اثر اول عمومی است ؛ اثر دوم هنگامی ایجاد می شود که تنش زدایی در دمای بالا و بمدت کافی انجام بگیرد ؛ اثر سوم فقط موقعی بدست می آید که در اثر جوشکاری نواحی سخت بوجود آمده باشند و دو اثر آخر در جوشکاری کم اهمیت هستند.
سازه های جوش شده چه هنگام جوشکاری مهار شده و چه آزاد بوده باشند در آستانه تنش تسلیم دارای تنشهای باقیمانده هستند ، این تنشها قادر می باشند اشکالاتی در جوش بوجود بیاورند . البته احتمال پدید آمدن این اشکالات به ترکیب شیمیایی فولاد ، روش جوشکاری ، طرح جوش و شرایط بهره برداری و غیره بستگی دارد . با این وصف از بین بردن این تنشها فواید زیر را در پی خواهد داشت.
- به حداقل رسانیدن احتمال گسترش خرابی ، مخصوصا در مواردی که چقرمگی بالایی مورد نیاز باشد.
- پایداری بیشتر ابعاد
- مقاومت فراوان در مقابل خوردگی ، مخصوصا ترک خوردگی تنشی( SCC )
از بین بردن این تنشهای باقیمانده و تنشهای واکنش در جوش چقدر اهمیت دارد ؟ لازم است این تنشها به صفر برسند، و آیاممکن است که یک جوش کاملا از تنش آزاد شود ؟
جوشها در اثر انقباض ناشی از جوشکاری دارای تنش های چند محوره می باشند ، در بررسی و تحلیل احتمال شکست ترد این تنشها اهمیت زیادی دارند . عوامل دیگری نظیر چقرمگی فولاد ، احتمال ایجاد شیار در طراحی جوش ، ماهیت تنشهایی که در اثر بارهای مختلف در حین بهره برداری ایجاد می شوند ، و دماهایی که این بارها در آن وارد می آیند در این بررسی نقش دارند . لازم است یک فرمول عملی و تجربی برای محاسبه و برآورد میزان اهمیت این عوامل در پدیده شکست ترد بدست آید.
تصمیم آزاد سازی تنشها در جوش عموما بر اساس تجربه بوده و از اطلاعات بدست آمده از آزمایشات چقرمگی ، تیزی و مقدار شیار و میزان تنشهای باقیمانده حاصل می گردد.
پایداری بعدی در یک جوش مستقیما از تنشهایی که در قطعه محبوس مانده باشد متأثر می شود. هنگامی که یک جوش در عین حال که در زیر تنشهای باقیمانده قرار دارد تراشیده شود پخش مجدد تنشها و انقباض جوش رخ می دهد . تراشکار نمی تواند مطمئن باشد که در جهت درستی تراشکاری می کند یا نه ، چون جوش همزمان با تراش قطعه به انقباض خود ادامه می دهد . تنش زدایی جوش قبل از ماشینکاری باعث می شود که قطعه از نظر شکل پایدار بماند و ابعاد آن هنگام ماشینکاری تغییر نکند.
تنشها باید تا چه حد پایینی آزاد شوند تا پایداری اندازه ها تأمین شود ؟ میزان مجاز تنش باقیمانده در مرحله اول به مقدار فلزی که باید تراشیده شود ، محل آن نسبت به ناحیه تنش دار و اختلاف مجاز در اندازه های نهایی بستگی دارد.
بسیاری از فلزات و آلیاژها در معرض ترک خوردگی تنشی قرار دارند . فولاد از این امر مستثنی نمی باشد . این نوع خرابی خوردگی در فولاد را شکنندگی سوز آور می نامند . تغییر ماهیت محیط خورنده یا کاهش تنش می تواند احتمال ترک خوردگی تنشی را از بین ببرد .
اغلب تنش باقیمانده خیلی زیاد در نزدیکی جوش باعث افزایش حد شرایط ایجاد ترک می گردد و کاهش این تنش ها بوسیله عملیات حرارتی تنش زدایی برای از بین بردن احتمال ایجاد ترک کافی می باشد.
در روی جوشها اکثرا کار سرد انجام می شود و مهندس جوش یا ناظر از آن بی اطلاع می ماند . این نوع کار سرد معمولا در اثر خمش سرد یا چکش کاری اتصال در هنگام جفت کردن و ترتز بوجود می آید.
2-3) بازیافت
اولین تأثیری که باید هنگام افزایش دما در عملیات حرارتی تنش زدایی حاصل شود بازیافت است . دما بطور یکنواخت افزایش داده می شود تا کلیه قسمتهای سازه در تمام مدت تا حد امکان هم دما باشند تا از ایجاد تنشهای حرارتی جلوگیری گردد .هر چه دما از اولین 400Fمی گذرد تغییر قابل ملاحظه ای در ساختار دانه بندی رخ نمی دهد و لذا تنشهای انقباضی کمی کاهش می یابند . این کاهش به علت پدیده ای بنام (( بازیافت )) اتفاق می افتد . این یک قانون کلی است که هنگام افزایش دمای یک ماده ، تنشهای داخلی آن کاهش پیدا می کند.
چون مقاومت تسلیم فولاد در 400F از مقدار آن در دمای محیط بیشتر می باشد لذا علت کاهش تنشهای داخلی بخاطر کاهش مقاومت تسلیم فولاد نیست . بازیافت همچنین باعث تغییراتی در خواص مغناطیسی و الکتریکی می شود و به نظر می رسد با افزایش دمای فولاد ، حرکات ویژه ای بین اتمها و الکترونهای آن ایجاد می شود که باعث کم شدن تنشهای داخلی می گردد.
3 – 3 ) توقف
با افزایش دمای جوش تا 1200F یا بالاتر توقف اتفاق می افتد و در آن تنشها به آرامی و به طور کامل آزاد می شوند . یک میله فولادی درز هنگام جوشکاری در داخل یک چهار چوب در دمای محیط تا تنش تسلیم کشیده می شود. اتم ها به موازات بار و عمود بر جهت تنش به همدیگر نزدیک می گردند . مقاومت تسلیم فولاد در دمای 1200F نسبت به مقدار آن در دمای محیط خیلی کم است و این به آن معنی است که اتمها دیگر قادر به تحمل تنش نبوده و اجبارا به همدیگر نزدیک می شوند و با فاصله های مساوی همانند کریستالی که از تنش آزاد باشد آرایش می گیرند . در این حالت مقاومت تسلیم فولاد از تنشی که به آن وارد می گردد کمتر است و تا زمانیکه مقدار تنش ( فشاری یا کششی ) با مقاومت تسلیم فلز در دمای 1200F برابر نشده باشد بطور پلاستیک کرنش خواهد کرد.
عملیات حرارتی تنش زدایی اتمها را قادر می سازد تا به حالت با فاصله های مساوی برگشته و تنشها را آزاد کند.
تنش تا زمانیکه اتم ها دیگر کرنش نکنند کاهش می یابد . اتم های فولاد در دمای محیط تنش هایی به بزرگی تنش تسلیم را می توانند تحمل کنند . در دمای 1200F اتمها فقط در صورتی قادر خواهند بود که مقدار تنش قابل توجهی را بدون کرنش تحمل نمایند که مدت اعمال تنش کوتاه باشد . به عبارت روشن تر ، اتم ها بطور مداوم و تحت هر تنشی جابجا می شوند . حرکت در دمای محیط بقدری کند است که با گذشت صدها سال نیز قابل تشخیص نیست ، ولی در دمای 1200F حرکت اتم ها ضرورتا از آن نوعی نیست که بررسی کرده ایم ولی ممکن است بصورت حرکت در مرز دانه بندی ها باشد . هر دو نوع حرکت به پدیده خزش یا کرنش منتهی می شوند . بنابراین توقف یک شکلی از خزش است.
محاسبه انقباض ناشی از توقف یا تنش زدایی یک جوش دشوار است ولی عموما مقدار آن از انقباض حاصل از ماشینکاری قطعاتی که تنش زدایی نشده اند خیلی کمتر است چون در ماشینکاری ، معمولا قسمتی از قطعه را که تنش زیادتری دارد از آن جدا می کنیم ( می تراشیم ).
افزایش زمان یا مدت نیز، فرآیند تنش زدایی را بهبود می بخشد . قاعده کلی آن است که اندازه درشتی دانه بندی در دمای بالاتر از 800F مقاومت در برابر خزش را زیاد می کند ولی این افزایش تأثیر قابل ملاحظه ای بر روی تنش زدایی در 1100 – 1200F ندارد . هر چه تنش باقیمانده اولیه بیشتر باشد تنش بعد از تنش گیری با مدت معینی به همان اندازه زیادتر خواهد شد ( به علت آزاد ساختن زیاد تنش بوسیله کرنش ). این کرنش همانند کار سرد ضمن تنش زدایی که معمولا کریستالها را تقویت می کند ، می باشد. چون تنشهای باقیمانده تمام انواع جوش در یک فولاد معین ، تقریبا با مقاومت تسلیم آن برابر است ، لذا نمی توان مدت تنش زدایی را فقط به علت غیبت ظاهری مهار در حین جوشکاری کاهش داد.
سازه های فولادی ویژه ای که در دماهای زیاد ، مقاومت فوق العاده ای در برابر خزش دارند ، کندتر از فولاد معمولی به نقطه توقف می رسند. فولادهای مقاوم در برابر خزش ، مثلا فولاد با ترکیب 2% کربن ، 5% مولیبدن ، برای یک تنش زدایی یا درجه خاص ، نسبت به فولادهای غیر آلیاژی به دمای بیشتر و زمان طولانی احتیاج دارد.
ملاحظه خواهد شد که فولادهای با آلیاژ بیشتر با افزایش دما استحکام بالایی دارند . فولاد ضد زنگ آستنیتی 316 حتی در دمای بالای 1200F مقاومت تسلیم خوبی دارد.
لایه دوم جوش تنش های باقیمانده لایه اول را آزاد می کند ولی تنش های جدیدی بوجود می آورد. بنابراین تنش های باقیمانده جوشهای چند لایه ای کمتراز جوش های تک لایه ای نبوده و به همان اندازه احتیاج به تنش زدایی دارد . بعلاوه با ضخیم شدن جوش، تنش های باقیمانده پیچیده تر می شود . قسمتهای ضخیم تر نسبت به قسمت های نازکتر برای از بین بردن تنشها به زمان طولانی تری نیاز دارند چون سطح قطعه اولین جایی است که به دمای کوره می رسد و مدت زیادی سپری می شود تا وسط قطعه های ضخیم به دمای کوره برسد.
4-3 ) تمپره کردن ( نرم کردن )
افزایش دمای فولاد کوئینچ شده را تا هر دمایی زیر محدوده بحرانی تمپره کردن می گویند . نواحی گرما دیده مجاور جوشهایی که بدون پیشگرمی یا پسگرمی ناقص و ناکافی بوجود آمده اند در فولادهای با کربن متوسط و بسیاری از فولادهای با استحکام زیاد آنچنان سریع سرد می شوند که به سخت کردن یا کوئینچ شباهت دارند . در موقع جوشکاری که ناحیه کوئینچ شده در دمای بحرانی است ساختار دارای آستنیتی خواهد بود که ده برابر کربنی که در دمای محیط قابل حل است در محلول جامد دارد . ضمن کوئینچ بیشتر آستنیت به مارتنزیت تبدیل می شود . شکل کریستالی BCT سختی فوق العاده مارتنزیت نسبت به شکلهای دیگری بخاطر وجود کربن در آن است که معمولا یا بصورت اتمهای کربن است و یا بصورت کریستالهای نازک کربور آهن.
هنگامی که دما افزایش می یابد ، در ناحیه ای که دارای مارتنزیت است سه تغییر اتفاق می افتد :
1 – مارتنزیت به ضریب ( کریستالهای BCC ) تبدیل می شود که کریستالهای ریز کربور از شبکه فوق اشباع کریستالهای هشت ضلعی در آن رسوب می کنند.
2 – هر آستنیتی که در طول کوئینچ به مارتنزیت تبدیل نشده است به ضریب و کربور تبدیل می شود.
3 – اندازه کریستالهای کوچک کربور در مارتنزیت و کریستالهای بزرگتر کربور در سایر ساختارها نظیر پرلیت ریز افزایش می یابند.
دماهایی که تغییرات 1 و 2 در آنها اتفاق می افتد بدرستی معلوم نیستند . در فولادهای کربنی با 7% کربن تغییر 1 در 300F و تغییر 2 در 450Fرخ می دهد . در کوئینچ کردن فولادهای کربنی با حداقل 4% کربن و با کنترل دقیق فرآیند می توان مقدار کمی از آستنیت را حفظ کرد . اگر عناصر آلیاژی وجود داشته باشند با درصد کمتر کربن نیز می توان آستنیت را از تبدیل شدن به اشکال دیگر باز داشت . با افزایش دما ، رشد مداوم دانه های کربور ادامه خواهد یافت . به نظر می رسد که تغییر 3 در اثر کار سختی در طول تمپره کردن پیش می آید .
یعنی سختی فولاد مارتنزیتی به انتشار دانه های ریز کربور در هر صفحه کریستال که مانع لغزش گردیده و در ضمن کاهش نرمی ، سختی را افزایش می دهد بستگی دارد . گرم کردن مجدد دانه های کربور را درشت کرده و تعداد آنها را کم و در نتیجه سختی را کاهش می دهد.

[ghasem motamedi]

با پيشرفت تكنولوژي و فن اوري هاي روز آشنايي با اين روز آمد ها نيازي براي جامعه فرهيخته و صنعت گر ما مي باشد
از اين لحاظ به نظر مي رسد ميكروسكوپ هاي الكتروني يكي از پركاربردترين ابزار در اين رشته مي توانند باشند اما متاسفانه به دليل
هزينه هاي بالاي آن در مكان هاي آموزشي استفاده نمي شود لذا ما در اينجا سعي كرديم با حداقل كاري كه متوانيم انجام دهيم
به اين نوع ميكروسكوپ ها به پردازيم
در اين مقاله سعي شده كه به مطالب زير پرداخته شود
تاريخچه
خصوصيات
نحوه كار ميكروسكوپ الكتروني اسكانينگ
تفنگ الكتروني
سيستم هاي ايجاد خلاء در ميكروسكوپ الكترونيVacuum Systemsسيستم متمركز كننده (condenser)
دستگاه آستيگماتور Astingmator System ماهيت الكترون در ميكروسكوپ هايي كه با نور غير مرئي كار مي كنند (S.E.M).
تشكيل تصوير از الكترون هاي اوليه و ثانويه
اساس كار SEM
تصاوير سه بعدي در ميكروسكوپ الكتروني نگاره
مراحل آماده سازي نمونه جهت مشاهده با ميكروسكوپ الكتروني نگاره SEM
محدوديت هاي SEM
فهرست منابع
ليست مراكزي كه در كشور داراي ميكروسكوپ الكتروني روبشي مي باشند
انواع مدل هاي ميكروسكوپ الكتروني روبشي


تاريخچه
پس از جنگ جهاني دوم ، استفاده از ميكروسكوپ الكتروني و كاربرد آن براي بررسي برش هاي بسيار نازك ياخته ها انكان پيشرفت هاي شگرفي را به زيست شناسي ياخته اي داده و در موارد متعددي مفاهيمي را دگرگون ساخته است كه گمان مي رفته پي ريزي استواري داشته باشند. توان تفكيك ميكروسكوپ وابسته به طول موج نور به كار رفته است . استفاده از اشعه داراي طول موج كوتاه تر بتوان حدود 3000 برابر را ميسر ساخت و اميد نمي رفت كه با استفاده از اشعه داراي طول موج كوتاه تر بتوان از اين حد گذشت . تا دهه ي 1940 دانش ما راجع به ساختمان و سازمان بندي سلول ها عمدتا توسط مطالعه با ميكروسكوپ نوري حاصل شده بود و اجزاي سلولي نظير ديواره سلولي ، هسته ، كروموزوم ، كلروپلاست ، ميتروكندري ،سانتريول ، مژك و تاژك تا آن زمان توصيف و تشريح شده بودند .
ميكروسكوپ الكتروني تنها وسيله اي است كه امكان مطالعه فراساختار ساختمان زيستي را فراهم مي آورد و قدرت تفكيك آن بسيار بالاتر از ميكروسكوپ نوري است .
براي ايجاد تصوير در اين ميكروسكوپ ها از پرتوهاي الكتروني كه طول موج بسيار كوتاهي حدود 0.05 آنگستروم دارند استفاده مي شود. اين ميكروسكوپ ها ساختماني به مراتب پيچيده تر از ميكروسكوپ نوري دارند اما هر دو در اصول كلي به يكديگر شبيهند .
در هر دو نوع ميكروسكوپ نوري و الكتروني منبع نور، رشته تنگستن ملتهب شده به وسيله جريان برق مي باشد . در ميكروسكوپ نوري ، نور ساطع شده از چنين رشته اي به وسيله كندانسور بر روي نمونه اي كه مي خواهمي مشاهده كنيم متمركز مي گردد. در ميكروسكوپ الكتروني ، كندانسور بر روي نمونه اي كه مي خواهيم مشاهده كنيم متمركز مي گردد . در ميكروسكوپ الكتروني كندانسور الكترون ها متصاعد شده از اتم هاي تنگستن تهييج شده را به صورت يك ستون يا دسته الكتروني در آورده كه توسط الكترود ها به طرف نمونه شتاب داده مي شوند . در ميكروسكوپ نوري اين كندانسور از يك يا چند لنز شبشه اي به وجود آمده در صورتي كه كندانسور ميكروسكوپ الكتروني ازچندين الكترومكنت بزرگ حلقوي ايجاد شده است . در هر دو ميكروسكوپ پرتو ها از درون نمونه عبور نموده و سپس توسط لنز شيئي با ابژ كتيف مجددا جمع آوري مي گردند . آخرين لنز ميكروسكوپ ميكروسكوپ نوري آلولار يا عدسي چشمي اس كه از طريق آن به وسيله تصوير به وسيله چشم شخص مشاهده كننده قابل رويت مي باشد . تصوير ميكروسكوپ الكتروني بر روي صفحه اي از جنس سولفيد روي بازتابي شده و بر روي آن قابل رويت مي باشد تصوير ميكروسكوپ الكتروني بر روي صفحه اي از جنس سولفيد روي بازتابي شده و بر روي آن قابل رويت است مولكول هاي اين صفحه به وسيله الكترون هايي كه به ان برخورد مي نمايند تهييج شده و در خلال بازگشت آن ها به حالت اوليه ، نور مرئي از خود ساطع مي نمايند با كنار زدن صفحه سولفيد روي تصوير را مي توان بر روي يك فيلم عكاسي نيز تثبيت نمود .
در ميكروسكوپ الكتروني تنظيم به وسيله تغيير دادن ولتاژي كه به سيم پيچ هيا لنز هاي الكترومگنت مي رسد حاصل مي گردد اين تغيير ولتاژ ميدان مغناطيسي كه الكرون ها بايد از آن عبور كنند را تغيير مي دهد براي جلوگيري از تصادم الكترون ها با مولكول هاي هوا و پراكنده شدن آن ها كل سيستم ميكروسكوپ الكتروني در ستوني كه هواي آن تخليه مي گردد تعبيه شده است و در محيط خلا عمل مي نمايند . براي جلوگيري از تفرق يا جذب بيش از حد الكترون ها توسط نمونه بايستي مقاطع فوق العاده نازكي تهيه نماييم .
وقايع مهم در تاريخ تكامل ميكروسكوپ الكتروني و كاربرد آن در زيست شناسي سلولي نقش داشته اند مشخص مي سازد.
1897 J.J.Thomson وجود اجزايي با بار منفي را كه بعدا الكترون نام گرفتند را اعلام مي كند
1924 De Broglie اين مطلب كه االكترون هاي متحرك داراي خواص موجي هستند را ارائه داد.
1926 Busch ثابت كرد كه همگرا كردن يك پرتو الكتروني با عدس هاي استوانه اي مغناطيسي امكان پذير است و اولين لنز هاي الكترومغناطيسي را پايه گذاري كرد .
1931 Ruska و همكارانش اولين ميكروسكوپ الكتروني گذاره را ساختند .
1935 Knoll عملي بودن ميكروپ الكتروني نگاره را نشان داد و سه سال بعد يك نمونه اوليه توسط Von Ardenne ساخته شد .
1939 Siemens اولين ميكروسكوپ الكتروني گذاره تجارتي را توليد كرد.
1944 Williams and Wyckoff تكنيك سايه افكني با فلز را ارائه كردند .
Porter , Claude and fullam از ميكروسكوپ الكتروني براي مطالعه سلول ها در كشت بافتي بعد از تثبيت رنگ آميزي آن ها با OSO2 استفاده كردند .

[ghasem motamedi]

آماده سازي نمونه متالوگرافي را تا حد زيادي مي توان يک هنر دانست معمولا در آزمايشگاه هاي مختلف از شيوه هاي متفاوتي براي آماده سازي نمونه استفاده مي شود با توجه به اينکه فلزات از نظر سختي و بافت با يکديگر متفاوت هستند و از اين نظر با توجه به نوع فلز مورد آزمايش روش آماده سازي نمونه ممکن است کمي متفاوت باشد ولي بطور کلي عمليات آماده سازي نمون ها مشابه است به منظور آشنايي با فرايند آمده سازي يک نمونه متالوگرافي روش رايج در مورد آهن و فولاد مورد بررسي قرار مي گيرد آنچه که مورد بحث قرار مي گيرد تنها يک توضيح کلي است و براي دستيابي به اطلاعات دقيق تر بايد به مرجع مناسب تري مراجعه شود آماده سازي نمونه متالوگرافي را تا حد زيادي مي توان يک هنر دانست معمولا در آزمايشگاه هاي مختلف از شيوه هاي متفاوتي براي آماده سازي نمونه استفاده مي شود با توجه به اينکه فلزات از نظر سختي و بافت با يکديگر متفاوت هستند و از اين نظر با توجه به نوع فلز مورد آزمايش روش آماده سازي نمونه ممکن است کمي متفاوت باشد ولي بطور کلي عمليات آماده سازي نمون ها مشابه است به منظور آشنايي با فرايند آمده سازي يک نمونه متالوگرافي روش رايج در مورد آهن و فولاد مورد بررسي قرار مي گيرد آنچه که مورد بحث قرار مي گيرد تنها يک توضيح کلي است و براي دستيابي به اطلاعات دقيق تر بايد به مرجع مناسب تري مراجعه شود شرح :يک نمونه کوچک که از يک قطعه فولادي جدا شده را در نظر بگيريد که يک سطح تخت مناسب در يک طرف اين نمونه بوسيله اره کردن و سنگ زني آمده شده است روش معمول اينست که اين نمونه در يک قرص پلاستيکي با قطر يک اينچ 25 ميليمتر و ضخامت يک دوم اينچ نصب مي شود به طوري که آن سطح از نمونه که قرار است پوليش شود در يک طرف ديسک قرار بگيرد دريک روش براي توليد اين قرص نمونه در داخل يک قالب ساده استوانه اي قرار داده شده و سپس رزين اپوکسي مايع در داخل قالب ريخته مي شود اين مراحل به چهار مرحله مختلف طبقه بندي مي شود.

1) سايش نرم
2) پرداخت خشن
3) پرداخت نهايي
4) اچ کردن

در سه قسمت اول هدف اصلي کاهش ضخامت لايه تغيير شکل يافته زير سطح نمونه است عمليّات برش سنگ زني و سايش فلز نزديک به سطح را به شدت تغيير شکل مي دهند ساختار واقعي فلز تنها زماني آشکار مي شود که لايه تغيير شکل يافته کاملا از روي سطح برداشته شود چون هر مرحله از آماده سازي نمونه نيز به خودي خود باعث تغيير شکل در سطح مي شود ، بنابراين در هر مرحله بايد از ساينده هاي نرم تر از قبلي استفاده شود هر ساينده سبب جدا شدن لايه تغيير شکل يافته ناشي از مرحله قبل مي شود در حالي که همين ساينده ، يک لايه اعوجاج يافته با عمق کمتر نيز توليد مي کند سايش نرم در اين مرحله سطح نمونه با استفاده از پودر هاي کاربيد سيليسيم که بر ريو کاغذ هاي مخصوص تعبيه شده اند ساييده مي شود ممکن است نمونه بصورت دستي روي کاغذ سنباده اي که روي يک سطح تخت نظير يک تکه شيشه تخت قرار دارد ساييده شود همچنين ممکن است کاغذ سنباده روي سطح يک چرخ دوار افقي و تخت چسبانيده شده و سپس نمونه متالوگرافي روي آن قرار داده شود در هر دو روش معمولا از آب به عنوان يک روانساز استفاده مي شود که باعث حمل ذرات جدا شده از سطح نيز مي شود سه نوع ساينده با شماده هاي 320 ،400، 600 که در آنها به ترتيب اندازه ذرات کاربيد سيليسيم برابر 33 ، 23 ، 17 ميکرون است مورد استفاده قرار مي گيرند در هر يک از مراحل سايش اوليه نمونه بصورتي روي يک سطح حرکت داده مي شود که خراش ها فقط دريک جهت تشکيل شود هنگام تعويض يک کاغذ سنباده نمونه به اندازه تقريبي 45 درجه دوران داده مي شود که در نتيجه خراش هاي جديد تشکيل شده در روي سطح با خراش هاي قبلي زاويه مي سازند سايش تا زماني ادامه مي يابد که خراش هاي تشکيل شده از مراحل قبل ناپديد شوند.پرداخت خشن اين مرحله بسيار حساس است در حال حاضر ماده ساينده مورد استفاده براي عمليات پرداخت خشن پودر الماس با اندازه دانه تقريبي 6 ميکرون است پودر الماس در خميري قابل حل در روغن نگه داري و حمل نقل مي شود در اين مرحله مقدار کمي از اين خمير بر روي سطح يک چرخ دوار که با يک پارچه نايلوني پوشيده است قرار مي گيرد روانساز مورد استفاده در حين عمليات پرداخت روغني مخصوص است نمونه روس چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه اي فشار داده مي شود در طول اين مرحله نمونه در يک محل خاص و ثابت روي چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه اي فشار داده مي شود در طول اين مرحله نمونه در يک محل خاص ثابت روي چرخ پرداخت نگه داشته نمي شود و د حول چرخ و در جهت مخالف دوران چرخ حرکت داده مي شود در نتيجه عمل پرداخت با يکنواختي بالايي انجام مي شود ذرات الماس خاصيت داده مي شود در نتيجه عمل پرداخت با يکنواختي بالايي انجام مي شود ذرات الماس خاصيت برش شديدي داشته و در جدا کردن لايه عميق تغيير شکل يافته ناشي از عمليات سايش اوليه بسيار موثرند پودر الماس 6ميکرون قادر به جدا سازي لايه تغيير شکل يافته حاصل از ساينده کاربيد سيليسيم 17 ميکروني در مرحله آخر سايش اوليه است پرداخت نهايي در اين مرحله خراش هاي ظريف و لايه هاي اعوجاج يافته بسيار ريز که از مرحله پرداخت خشن باقي مانده اند جدا مي شوند ماده پرداخت مورد استفاده اغلب پودر آلومينا از نوع گاما با اندازه دانه 05/0 ميکرون است اين پودر روي يک چرخ دوار پوشيده شده با پارچه ريخته شده و از آب مقطر به عنوان رونساز استفاده مي شود بر خلاف پارچه نايلوني بدون پرز استفاده شده در پوليش خشن ، پارچه مورد استفاده در مرحله عموما پرزدار است چنانچه اين مرحله و مرحله قبلي با دقت کافي انجام شوند ، سطحي عاري از خراش و تقريبا بدون هيچ لايه فلزي اعوجاج يافته قابل تشخيص تشکيل مي شود اچ کردن معمولا در نمونه متالوگرافي ساختار داده ها پس از پايان عمليات پرداخت نهايي در زير ميکروسکوپ مشخص نيست ضخامت مرز دانه هاي يک فلز در بهترين حالت در حد ضخامت چند اتم است در حالي که توان آشکار سازي يک ميکروسکوپ بسيار کمتر از حد لازم براي تشخيص آنهاست تنها در فلزي که بلور هايي با رنگ هاي مختلف در تماس با يکديگر باشند ، قابل رويت ساختن مرز دانه ها نمونه هاي متالوگرافي اچ مي شوند که اين عمليات با فرو بردن سطح نمونه پوليش شده در يک محلول اچ ضعيف اسيدي يا قليايي انجام مي شود رايج ترين محلول مورد استفاده براي فولاد هاي نايتال نام دارد که محتوي محلول 2% اسيد نيتريک در الکل است در بعضي حالات مي توان عمل اچ را توسط مالش ملايم يک تکه پنبه آغشته به محلول اچ بر روي سطح انجام داد در هر صورت در نتيجه اين عمل مقداري از سطح فلز حل شده و از سطح خارج مي شود چنانچه محلول اچ مورد استفاده مناسب باشد سطح فلز بصورت يکنواخت حل نمي شود گاهي عامل اچ کننده به مرز دانه ها سريع تر از سطح دانه ها حمله مي کند ساير محلول ساير محلول هاي اچ ، دانه هاي مختلف را بر اساس جهت گيري آن ها حل خواهند کردپس از اچ کردن مرز ها به صورت پله هايي کم عمق در سطح ظاهر مي شوند جداره هاي عمودي اين پله ها نور را همانند سطوح بلوري نسبتا صاف به عدسي هاي شيئ ميکروسکوپ منعکس نمي کنند و در نتيجه محل مرز بلوري در زير ميکروسکوپ قابل رويت مي شوند پرداخت الکتريکي و اچ الکتريکي در فلزاتي نظير فولاد زنگ نزن تيتانيم و زير کونيم که از بين بردن لايه هاي سطحي اعوجاج يافته بسيار مشکل است پوليش مکانيکي مناسب نيست بنابراين اغلب اين مواد توسط روش پرداخت الکتريکي در آخرين مرحله پرداخت مي شوند در اين حالت نمونه به عنوان آند و يک ماده غير قابل حل به عنوان کاتد در يک حمام الکتروليتي به صورت مناسب قرار مي گيرند چنانچه از دانسيته جريان مناسب استفاده شود مي توان سطح نمونه را به صورتي حل کرد که يک سطح پرداخت مناسب توليد شود در روش پرداخت الکتريکي حمام و دانسيته جريان بايد به صورت مجزا طوري کنترل شوند که سطحي صاف و بودن پستي و بلندي توليد شود همچنين با تغيير ترکيب شيميايي حمام و دانسيته جريان مي توان سطحي با پستي بلندي هاي مناسب عمليات اچ را توليد کرد به اين مراحل پرداخت الکتريکي گويند

[ghasem motamedi]

پارامتر شبکه در مواد



http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/home.jpg


در این مبحث آموزشی سعی بر آن است تا با آشنایی شما با تاثیر فاصله اتمی و نحوه قرار گرفتن اتمها در کنار یکدیگر سعی بر هر چه بیشتر باز شدن دید شما نسبت به تاثیر این پارامتر بر خواص ریز ساختاری ٬ آمورف یا کریستالی بودن و نیز خواص نوری مواد داشته باشیم .

اهداف
در پايان اين مبحث شما بايد بر اهداف آموزشی زير مسلط باشيد :
1)دانستن تفاوت ميان تک کريستال ، پلی کريستال و جامدات آمورف .
2)توانايی تشخيص مشخصه های ويژه تک کريستالها و پلی کريستالها
3)توانايی درک ماهيت عيوب کريستالی
4)استفاده از اشعه پلاريزه شده برای آزمايش خواص نوری



تفاوت اساسی ميان تک کريستال ، پلی کريستال و جامدات آمورف در اندازه فاصله ايست که اتمها با يک تقارن انتقالی به اتم ديگر مرتبط ميشوند . تک کريستالها دارای نظم پر دامنه نا محدود ، پلی کريستالها دارای تناوب در محدوده های خاص (محدوده فازی ) و جامدات آمورف ( همچنين مايعات ) دارای نظم کم دانه ميباشند .
-يک تک کريستال ايده آل دارای يک ساختار اتمی است که در سراسر حجم تک کريستال تکرار ميشود . اين روند بگونه ايست که در شبکه های نامحدود ، هر اتم با يک تقارن انتقالی با هر اتم معادل ديگر در ساختار مرتبط شده است .
-ساختار يک جامد پلی کريستال از تعدادی دانهء متبلور تشکيل شده است .هر دانه را ميتوان به يک تک کريستال که ساختار اتمی آن نظم پردامنه است تشبيه کرد . در يک جامد پلی کريستال ايزوتروپ که خواص آن در جهات مختلف متفاوت است ، هيچ ارتباطی ميان دانه های همسايه وجود ندارد .بنابراين ، اگر فواصل اتمی به اندازه کافی بزرگ باشد هيچ تناوبی در سرتاسر نمونه پلی کريستال وجود نخواهد داشت .
-مواد آمورف ، مانند شيشه ، در هيچ جهتی دارای نظم پر دامنه نبوده بنابراين تقارن انتقالی هم ندارند . ساختار يک جامد آمورف (و يک مايع حقيقی ) در عمل بصورت اتفاقی نيست بلکه فاصله بين اتمها در ساختار به خوبی مشخص شده اند و مانند فواصل در داخل کريستال هستند .
به همين علت مايعات و کريستالها چگالی مشابه دارند ، هر دو نظم کم دامنه دارند که باعث ثابت نگه داشتن فاصله بين اتمها می شود ، اما در عين حال کريستالها دارای نظم پر دامنه هستند .
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/length_scale.gif



جامد آمورف


پلی کريستال


تک کريستال


نا منظم


نظم پر دامنه در هر دانه


نظم پر دامنه در سرتاسرحجم




وسعت منطقه منظم کريستالی عاملی است که باعث تمايز بين تک کريستالها ، پلی کريستالها و جامدات آمورف ميشود.


بسياری از خواص مانند خواص مکانيکی ، نوري ، مغناطيسی و الکتريکی را ميتوان به تفاوت ساختاری ميان اين سه دسته از جامدات نسبت داد .





پارامتر شبکه در مواد-تک کريستالها





تک کريستالها : شکل و آن ايزوتروپی( هم راستا نبودن خواص)
يک تک کريستال اغلب دارای سطوح صاف مشخص و تا حدی متقارن می باشد . برای تعين شکل واقعی کريستال نياز به يک ماده کريستاليزه شده جهت مقايسه با ديگر کريستالها ميباشد . اين مقايسه در خصوص زوايای بين صفحات صادق نبوده زيرا خصوصيات ذاتی ماده را بيان کرده و ساختار نهايی را تعيين ميکند . قابل توجه اينکه ميتوان در محلولهلی نمکی مانند سولفات مس و آلومينيم ، تک کريستالهايی با اشکال خاص را ايجاد کرد .
سنگهايي که به عنوان جواهر استفاده مي شوند اغلب تک کريستال هستند . اين جواهرات بصورت مصنوعی برش داده مي شوند تا انکسار و انعکاس نور زيبا و دلپذيری را بوجود آورند . به اين عمل شکاف کريستالی گفته ميشود ، يک مثال آشنا در اين زمينه الماس است . از آنجا که اين سنگهای تزئينی می توانند به روشهای مختلف برش داده شوند انعکاس های متنوعی را ايجاد می کنند .
برای آشنايي بيشتر با کانی هايي که بطور طبيعی متقارن شکل گرفنه اند به وب سايت material (http://mineral.galleries.com/minerals/symmetry/symmetry.htm) مراجعه کنيد .


به شکلهای سه بعدی زير توجه کنيد :

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/cube.gif

مکعب :

(شش مربع يکسان)
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/tetrahedron.gif


تتراهدرال :

(چهار مثلث متساوی الاضلاع يکسان)
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/octahedron.gif


اکتاهدرال


(هشت مثلث متساوی الاضلاع يکسان)


http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/rhombohedron.gif



رمبوهدرال


(شش متساوی الاضلاع يکسان با اضلاع مساوی)

شما ميتوانيد برای خود مدلی با دستورالعملهايي که در زيرموجود است بسازيد :


(http://metallurgy.materials.googlepages.com/Untitled-1.jpg)

(http://metallurgy.materials.googlepages.com/Untitled-2.jpg)

üبرش در امتداد خطوط توپر
üتا زدن در امتداد نقطه چين ها قطعه BASE 1 را کف مدل فرض کرده و خطوط نقطه چين را طوری تا بزنيد که داخل قرار گيرند .
üINNER ها بر روی OUTER های هم نام قرارگرفته طوريکه TUCKIN آخرين قطعه ای باشد که خم ميشود .
اين اشکال در علم مواد اهميت زيادی دارند و شما بخوبی بايد با آنها آشنا باشيد . حالتهای تقارن که بوسيله تک کريستالهای واقعی نشان داده ميشوند بوسيله سختار کريستالی مواد تعيين شده اند . بسياری از اشکال را ميتوان با استفاده از ترکيب چندوجهی هايی مثل هرم و منشور بوجود آورد .

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/hexagonal_prism.gif

منشور هگزاگونال :

(2 شش وجهی و 6 مستطيل)
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/square_pyramid.gif
هرم مربع القاعده :
(4 مثلث و يک مربع)
نکته مهم اينجاست همه نمونه های تک کريستال دارای شکل چند وجهی مشخصی نميباشند . برای مثال ، فلزات دارای کريستالهايي هستند که اغلب شکل مشخصي ندارند .
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/quartz1_s.jpg http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/quartz2_s.jpg http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/quartz3_s.jpg



کوارتز دارای اشکال متفاوتي ميباشد که بطور نمونه چند نوع از آن در بالا نشان داده شده است .


اغلب تک کريستالها در خواص اصلی خود آن ايزوتروپ هستند . مانند خواص نوری و مکانيکی ، يک ماده آمورف مانند شيشه پنجره ، تمايل به ايزوتروپ بودن دارد .اين تفاوت ميتواند اين امر را امکان پذير کند که شيشه از کريستال قابل تشخيص شود . شکل خاص بيشتر تک کريستالها مکعب است که خواص ماده ميتواند تحت تاثير همين موضوع باشد . خواص نمونه های پلی کريستال ميتواند هم کاملا ايزوتروپ و يا تقريبا ان ايزوتروپ باشد که اين به ذات ماده و طريقه شکل گرفتن آن بستگی دارد .
تک کريستالها 2

تک کريستالها : خواص مکانيکی
سنگ گچ (gypsum ) در طول صفحات کريستالوگرافی مشخص با استفاده از يک تيغه قابل برش دادن است . اتصالاتی که بصورت عمودی بين اين صفحات وجود دارد ضعيف تر از ديگر جهات است ، از اينرو شکست کريستال ترجيحا در اين جهات اتفاق می افتد( شکافت بصورت ورقه ورقه شدن ) . اين صفحات به صفحات کليواژ معروف هستند . کوارتز و الماس صفحات کليواژ مشخصی ندارند ، بنابراين شکافت در اين کريستالها نياز به تلاش و دقت بيشتری دارد .
در داخل ساختار سنگ گچ يک سری صفحات وجود دارند که هيچگونه اتصالی بين آنها وجود ندارد . اين صفحات همان صفحات کليواژ هستند . برش سنگ گچ در راستای صفحاتی غير از اين صفحات بسيار مشکل تر است . ميتوان برای مقايسه کوارتز را مثال زد که همه صفحات آن به هم متصل و شکست ماده در همه جهات بسيار مشکل است ، اين مسئله دليلی برای اثبات تاثير ساختار کريستالی بر خواص مکانيکی است .

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/cleavage_of_gypsum-s.jpg


کريستالهای مشخصی مثل سنگ گچ ، ميتوانند در راستای صفحات مشخص کريستالوگرافی بوسيله يک تيغه برنده برش داده شوند .

شيشه قابل بريدن نمي باشد ، زيرا يک ماده آمورف است و دارای صفحات کريستالوگرافی نمي باشد.بنابر اين جهات مناسبی برای شکست آسان را دارا نميباشد .مواد آمورف اغلب از لحاظ مکانيکی سخت تر از مواد کريستالی همسان خود هستند . اين يک نمونه از تفاوت خواص مکانيکی مواد کريستالی و آمورف است.




تک کريستالها 3





تک کريستالها : خواص نوری
کريستالهای کوارتز دارای چند ضريب شکست نور( انکسار مضاعف )می باشند .بنابراين از لحاظ نوری ان ايزوتروپ محسوب ميشوند .صفحه ای را در نظر بگيريد ، اين صفحه رشته نوری که از کريستال ميگذارد را بوسيله انعکاس مضاعف پلاريزه ميکند . در داخل کريستال رشته نور به دو اشعه تقسيم ميشود و در امتداد جهات مجاز شروع به پيمودن مسير خود ميکند (p.v.d.s ) .بنابرين رشته های نوری که در امتداد هر p.v.d.s حرکت ميکنند با اختلاف زمانی به سمت ديگر کريستال ميرسند .هنگاميکه دو اشعه دوباره ترکيب ميشوند يک اختلاف فازي ميان دو اشعه وجود دارد که باعث ايجاد يک حالت پلاريزه از اشعه عبور داده شده ميشود .
ان ايزوتروپی نوری در نمونه های نازک را ميتوان با قرار دادن نمونه ميان *****های پلاريزه شده موازی درون يک جعبه روشن مشاهده نمود . ***** تحتانی که ميان منبع نور و نمونه قرار دارد ، پلاريزه کننده نام دارد .***** بالايي که ميان نمونه و مشاهده کننده قرار دارد ، آناليز کننده نام دارد . پلاريز کننده و آناليز کننده به عبارتی ساده تر جهات عمود بر ديگری را تفکيک کرده اند .
وقتی نمونه ای در جايگاه قرار ندارد ، نوری که به آناليز کننده ميرسد نسبت به جهت پلاريزه کننده آناليزگر 90 درجه چرخيده ، پس هيچ نوری به مشاهده کننده نميرسد . زمانيکه يک نمونه کوارتز (با جهات مساعد که در ادامه توضيح داده ميشود ) ميان ***** ها قرار داده ميشود ، کريستال حالت پلاريزاسيون نوری که از ميان آن عبور داده ميشود را تغيير مي دهد . وقتی اين نور به آناليزگر ميرسد مقداری از آن بصورت موازی به سمت همان جهت پلاريزاسيون آناليزگر کشيده مي شود پس در نتيجه قسمتی از نور به سمت مشاهده کننده عبور داده مي شود .

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/light_box.jpg


اين دستگاه که برای آزمايش ان ايزوتروپی نوری استفاده مي شود که از : يک منبع نور سفيد (تک فام) ، دو ***** پلاريزه کننده و يک قاب که آنها را از هم جدا نگه ميدارد تشکيل شده است (اين قاب فضايي را به جهت عملکرد در اختيار ما ميگذارد) .


اگر قطعه کوارتز ان ايزوتروپی نوری نشان ندهد ، شدت نوري که از آناليزگر عبور داده مي شود بر حسب تابعی از زاويه چرخش نمونه کوارتز در داخل صفحه ***** تغيير مي کند . در يک سری جهات مشخص ، هيچ نوری عبور داده نمي شود .اين نقاط تاريک در فواصل 90 درجه يافت ميشوند .
برای دیدن فیلم مربوطه اینجا کلیک کنید (http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/videos/q1_animation.mov)
زمانیکه آزمایشی مشابه ولی با یک تکه شیشه انجام میشود متوجه میشویم که نور از هیچ جهتی عبور داده نمیشود . این بدلیل این است که شیشه از لحاظ نوری ایزوتروپیک است و جهت پلاریزاسیون نوری که از میان آن عبور میکند را تغییر نمیدهد .
در کوارتز یک جهت برای برش وجود دارد که هیچ انعکاس مضاعفی در آن دیده نمیشود . اگر یک نمونه به گونه ای بریده شده باشد که اشعه عبوری موازی با این جهت باشد ، اگر یک نمونه به گونه ای بریده شود که نور تابانیده شده به آن موازی جهت برش آ باشد و نو از آن عبور نکند میتوان آن جهت را محور دید نامید .

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/q_2_s.jpg

وقتی نمونه کوارتز بگونه ای برش داده شود که اشعه نور موازی با محور دید باشد ،در هيچ جهتی نوری عبور داده نمی شود .


این آزمایش اثبات میکند که تک کریستالها ،مانند کوارتز ،خواص نوری ان ایزوتروپیک دارند .شرایط به جهات کریستالوگرافی کریستال با توجه به نور تابیده شده بستگی دارد .مواد آمورف مانند شیشه جهات کریستالی مشخصی ندارند ،بنابراین بطور کلی خواص ان ایزوتروپیدیده نمی شود .
پلی کریستالها



تک کریستال ها تنها در شرایط خاص تشکیل می شوند .جامد معمولی که از یک عنصر یا ترکیب تشکیل میشود ،پلی کریستالیزه است .طبق همان اسم پیشنهادی یک پلی کریستال است .جامد یا پلی کریستال از تعداد زیادی پلی کریستال تشکیل شده است .خواص یک پلی کریستال بصورت قابل ملاحظه ای با یک تک کریستال متفاوت است .کریستالهای ترکیب مشخص اغلب به عنوان دانه به حساب می آیند و اتصالهای آنها به عنوان مرز دانه شناخته می شود .سایز دانه ها نسبت به شرایطی که تحت آن دانه تشکیل شده متغیر است .فولاد گالوانیزه شده یک پوشش روی با دانه های درشت قابل رویت دارد .بقیه مواد دانه های کوچکتری دارند و احتیاج به استفاده از میکروسکپ نوری دارند .

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/galvanised_steel.jpg

در فولاد گالوانيزه شده دانه ها آنقدر بزرگ هستند که بتوان بدون کمک ، آنها راديد .صفحه با ابعاد 5 سانتیمتر اندازه گیری شده است.

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/hypoeutectoid_s.jpg

در بسیاری از فلزات دیگر مانند اين آلياژ آهن –کربن هيپو يوتکتوئيدی ، دانه ها تنها در زیر میکروسکپ دیده می شوند .

تصاوير يك نمونه پلي كريستاليزه از كواتزي كه با فلد سپار آميخته شده مي باشد كه در آن تمامي دانه ها خواص نوري ان ايزوتروپيك دارند. ميان پلاريزه كننده هاي متقاطع دانه ها با چرخش و تغيير زاويه اجازه مي دهند نور با تغيير جزئي از نقاط مختلف نمونه عبور كند. اين امر نتيجه جالبي را ايجاد مي كند كه در اين شكل ديده مي شود.

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/c_1_s.jpg http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/c_2_s.jpg



اين پلي كريستال داراي دانه هايي با جهت گيري متفاوت است كه امكان عبور در زاويه هاي مختلف را ايجاد مي كند در نتيجه نواحي مختلف پلي كريستال در اين دو عكس ديده مي شوند.


شكل سه بعدي دانه ها در پلي كريستال مانند شكل حبابهاي صابوني است، كه بر اثر دميدن هوا داخل يك محلول صابون كه در يك جعبه شفاف ريخته شده است.
سطح ميان حبابها داراي انرژي زيادي مي باشد. اگر اين سطح كاهش پيدا كند ، انرژي كل سيستم كاهش پيدا مي كند. بنابراين كاهش سطح يك واكنش خودبخودي است. اگر همه حبابها هم سايز باشند، ساختار حاصله يك ساختار فشرده ، با قاعده ، با زاويه 120 بين سطوح و حبابهاي همسايه است. در عمل رشد حبابي كه در سطح حبابهاي يك مقدار بزرگ تر رخ مي دهد ، كمتر از رشدي است كه در سطح حبابهاي خيلي كوچكتر ايجاد مي شود. حبابهاي بزرگ تمايل به رشد دارند و حبابهاي كوچك ميل به انقباض دارند، بنابراين حبابها به اندازه هاي متفاوتي در مي آيند كه باعث مي شود ساختار از حالت فشرده انحراف زيادي پيدا كند. به هر حال بطور متوسط در هر محل اتصال حبابها ، سه حباب ديده مي شود و زاويه بين سطح حبابها معمولا ۱۲۰ درجه میباشد.
انحناي سطوح هم مهم هستند . سطوحي كه درجه انحناي كمتري دارند ، انرژي بيشتري نسبت به سطوح با انحناي بيشتر دارند. در نتيجه بسياري از حبابهاي كوچك نمي توانند منقبض وناپديد شوند. اگر چه اگر اين عمل انجام شود، سطح تماس كاهش پيدا مي كند . به همين دليل است كه انحناي مرزها و انرژي اتصال خيلي بالا خواهد بود. در يك پلي كريستال واقعي ، مرز دانه ها پر انرژي هستند مشابه سطح بين حبابها.
كف صابون مدل بسيار خوبي براي ساختار دانه هاي يك نمونه ماده پلي كريستال است و موارد مشابه بسياري را مي توان در اين دو سيستم مشاهده كرد. حبابهاي صابون با دانه ها قابل مقايسه هستند و سطح حبابها با مرز دانه ها قابل مقايسه اند. عكس حبابهاي صابون را با عكس ميكروسكوپي از ماده پلي كريستال كه براي مشخص شدن مرزدانه هاي آن اچ شده است را مقايسته كنيد.
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/bubblesa_s.jpg http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/bubblesb_s.jpg
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/bubblesc_s.jpg

كف صابون مدل بسيار خوبي براي ساختار دانه هاي يك نمونه ماده پلي كريستال است و موارد مشابه بسياري را مي توان در اين دو سيستم مشاهده كرد. حبابهاي صابون با دانه ها قابل مقايسه هستند و سطح حبابها با مرز دانه ها قابل مقايسه اند. عكس حبابهاي صابون را با عكس ميكروسكوپي از ماده پلي كريستال كه براي مشخص شدن مرزدانه هاي آن اچ شده است را مقايسته كنيد.

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/hypereutectoid_s.jpg


دانه هاي اين آلياژ هايپريوتكتوئيد آهن – كربن به روشي مشابه حبابهاي شكل قبل در كنار هم قرار گرفته اند.


مرزدانه ها در يك جامد پلي كريستال مي تواند زمانيكه ديفوزيون امكان پذير است مجددا باچيني شوند.
( با استفاده از اين روش انرژي كل سيستم را كاهش دهند)در موارد واقعي ، موارد بسيار ديگري مي توانند روي ساختار دانه اي كه مشاهده مي شود تاثير بگذارند.
عيوب


در داخل يك تك كريستال يا دانه ، ساختار كريستالي كامل نيست. ساختار داراي عيوبي مانند جاي خالی است، جائيكه يك اتم كلا حذف مي شود و يا نابجايي ، جائيكه تكامل ساختار در طول يك خط گسيخته شود . مرز دانه ها در پلي كريستالها را مي توان از لحاظ دو عيب ، در شبكه كامل مورد بررسي قرارداد.
عيوب كريستالي در مشخص كردن بسياري از خواص مواد مهم هستند. مانند سرعت نفوذ اتمي و استحكام مكانيكي.
ما مي توانيم از يك مدل توپي shot model براي گرفتن يك عكس از عيوب كريستالي استفاده كنيم .
اين مدل از تعداد زيادي توپ كوچك تشكيل شده كه از يك دريچه وارد يك لايه (شكاف) ميان دو صفحه شفاف مي شوند. آنها مانند اتم ها در داخل كريستال عمل مي كنند و مي توانند نمونه هاي مشابهي از عيوب را نشان دهند.
زمانيكه shot model بصورت افقي نگه داشته مي شود كه توپها بتوانند آزادانه حركت كنند، ساختار حاصله مانند مايع است.

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/shotmodel0_s.jpg

مدل توپي بصورت افقي قرار داده مي شود. توپها ساختاري شبيه مايع ايجاد مي كنند.

به محض اينكه مدل براي عمودي شدن كج شود. توپها نزديك هم جمع مي شوند. اين امر كريساليزاسيون را تداعي مي كند. يك يا دو توپ ممكن است بالاي بدنه اصلي بوسيله نيروهاي الكترواستاتيك معلق بمانند. اين با بخاري كه بالاي كريستال يافت مي شود قابل مقايسه است.
در بعضي نقاط توپها نواحي با ساختار فشرده ايجاد مي كنند. ضربه زدن به مدل باعث مي شود توپها بازچيني ناقص تري داشته باشند، مخصوصا در بالاي قسمت جامد. اين به ديفوزيون شبيه است. در چنين نمونه هايي ضربه با فعاليت حرارتي مقايسه شده است. گاهي عمل ديفوزيون باعث مي شود و دانه به هم بپيوندند يا براي بعضي دانه ها منجر به رشد آنها مي شود. تطابق دادن شكل زير رفتار مدل توپي را زمانيكه بوسيله ضربه زدن بازچيني شده نشان مي دهد كه از حالت پلي كريستالي با تعداد زيادي دانه كوچك شروع شده و با دانه هاي بزرگتر پايان يافته ، وجود جاهاي خالي را در ساختار فراموش نكنيد.
با دقت بيشتر ممكن است بتوان يك تك كريستال ساخت البته زمانيكه تمامي توپها يك نمونه واحد تشكيل دهند. توجه كنيد كه ديفوزيون بيشتر در بالاي توپها انجام مي شود، همانطور كه شكل نشان مي دهد آن ها به سمت وسط و زير نمي توانند به آساني حركت كنند.
جهت دیدن فیلم کلیک کنید (http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/videos/grain_growth.mov)
حتي در يك تك كريستال يا نمونه هاي با دانه هاي درشت هنوز هم جاي خالي هايي وجود دارند، همان طور كه در مدل توپي هم نشان داده مي شود. اين مسئله مستلزم وجود آنتروپي است. در همه دماهاي محدود در كريستال تا حدي بي نظمي وجود خواهد داشت. توپها در داخل يك دانه چيدمان خود را براي رسيدن به يك سطح فشرده تنظيم مي كنند. در فلزات ساختار فشرده اي اتم ها ساختار بسيار رايجي است. اين الگو نمونه اي است از شبكه هگزاگونال فشرده (hcp ) و مكعب فشرده.
توجه كنيد كه در مدل دو بعدی هر توپ با 6 توپ ديگر در تماس است. در يك كريستال سه بعدي ، مانند يك نمونه واقعي آن، هر توپ با سه توپ ديگر را در صفحه بالايي و سه توپ در صفحه پايين در ارتباط است.

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/close_packed_plane.gif


A close-packed plane


در مدل توپي توپها در حالت نرمال بصورت پلي كريستالي شكل مي گيرند.
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/polycrystal2.gif
http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/atomic-scale-structure/images/polycrystal1.gif

يك پلي كريستال داراي نواحي كريستالي ( دانه ها) است كه بوسيله مرزدانه هاي بي نظم بهم متصل شده اند. توجه كنيد كه چيدمان اتمها در مرز دانه ها در مقايسه با خود دانه ها بي نظم است. در يك مرزدانه ساختار معمولي كريستال به وضوح به هم ريخته بنابراين مرزها نواحي پر انرژي هستند. حالت ايده آل كم انرژي يك تك كريستال خواهد بود.

پلي كريستالها از يك مذاب بوجود مي آيند. زيرا كريستاليزاسون از تعدادي مركز جوانه زني شروع مي شود. اين كريستالها به رشد خود ادامه مي دهند تا با هم برخورد كنند. از آنجا كه دانه ها تا قبل از اينكه به هم برخورد كنند هم جهت نشده اند ، بنابراين احتياجي ندارند كه لزوما براي تبديل به يك تك كريستال با هم تركيب شوند، از اين رو به صورت پلي كريستال در مي آيند.
پس از كريستاليزاسيون جامد تمايل به كاهش مرز و در نتيجه كاهش انرژي دروني بوسيله رشد دانه دارد. اين امر فقط با انجام يك پروسه نفوذ اتمي در جامد امكان پذير است. اين ديفوزيون در دماهاي بالا بسيار سريعتر انجام مي پذيرد ، زيرا واكنشي است كه با دما فعال مي شود.

[ghasem motamedi]

يكي از عيب‌هاي گيربكس، صدا دادن و زوزه كشيدن آن در حين كار كردن است. از دلايل مهم اين پديده لقي1 چرخ‌دنده‌هاي گيربكس در محل اتصال با يكديگر است. عوامل زيادي مي‌تواند باعث ايجاد لقي شود. از مهم‌ترين عوامل ايجاد لقي در چرخ‌دنده‌هاي گيربكس، اعوجاج2 و تغيير شكل اين چرخ‌دنده‌ها پس از انجام عمليات حرارتي آنهاست. اگر از اين منظر بخواهيم به رفع عيب صداي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس بپردازيم، يعني تغيير شكل چرخ‌دنده‌ها را پس از عمليات حرارتي حذف كرده يا به حداقل برسانيم، بايد علاوه‌بر انتخاب نوع فولاد بهينه، عمليات حرارتي سطحي بهينه‌اي را نيز براي چرخ‌دنده‌هاي گيربكس انتخاب كنيم. از فرايندهاي عمليات حرارتي سطحي نفوذي، چهار فرايند كربن‌دهي3، نيتروژن‌دهي4، كربن نيتروژن‌دهي5 و نيتروژن كربن‌دهي6 در مورد فولادها متداول‌ترند كه انتخاب عمليات حرارتي بهينه از بين اين چهار عمليات حرارتي سطحي، انجام مي‌شود.
فولادهاي مناسب براي انواع عمليات حرارتي متداول
براي هر كدام از چهار عمليات حرارتي سطحي متداول در فولادها (كربن‌دهي، نيتروژن‌دهي، كربن- نيتروژن‌دهي و نيتروژن- كربن‌دهي)، يك‌سري از فولادها مناسب بوده و توسط عمليات حرارتي مورد نظر، خواص بهينه‌اي به دست مي‌آورند. در زير، فولادهاي مناسب براي هر عمليات سطحي با ذكر دليل معرفي شده است.
الف- فولادهاي مناسب براي كربن‌دهي
فولادهاي ساده كربني كه براي سخت كردن سطحي به روش كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، معمولاً كمتر از 2/0 درصد كربن دارند. اين ميزان كربن موجب مي‌شود كه فولاد پس از سخت شدن، حداكثر استحكام به ضربه و بيشترين انعطاف‌پذيري را داشته باشد. تحت شرايطي كه استحكام بيشتري نياز باشد، فولاد با درصد كربن اوليه تا حداكثر 3/0 درصد را نيز مي‌توان انتخاب كرد.
منگنز باعث پايداري سمنتيت شده و تا حدود 4/1 درصد، به كربن‌دهي كمك مي‌كند. همچنين، كاربرد منگنز، ضخامت لايه سخت شده را افزايش مي‌دهد. بنابراين، ضمن سرد كردن سريع، امكان ترك برداشتن قطعه بيشتر مي‌شود كه اين امر بايد در نظر گرفته شود.
سيليسيم، عنصري گرافيت‌زاست و باعث تجزيه سمنتيت مي‌شود. لذا وجود آن در فولاد، كربن‌دهي را به تعويق مي‌اندازد. بنابراين در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات كربن‌دهي قرار گيرند، مقدار سيليسيم كمتر از 35/0 درصد انتخاب مي‌شود.
كروم، باعث پايداري سمنتيت و افزايش سختي و مقاومت به سايش پوسته سخت شده مي‌شود. همچنين، حضور اين عنصر منجر به افزايش استحكام مغز قطعه (تا حدودي) مي‌شود، اما انعطاف‌پذيري آن را به ميزان اندكي كاهش مي‌دهد. با اين وجود، از آنجا كه كروم مقاومت به ضربه را كاهش مي‌دهد، مقدار آن در فولادهايي كه قرار است تحت عمليات سطحي كربن‌دهي قرار گيرد از 5/1 درصد نبايد بيشتر شود.
نيكل، باعث پيشگيري از رشد دانه‌ها به هنگام كربن‌دهي شده و با كاربرد آن معمولاً نيازي به عمليات نرماله كردن قطعه براي ريز كردن دانه‌ها نيست. لذا وجود آن در فولاد كربن‌دهي شده، مفيد است.
به‌طور كلي از مباحث فوق نتيجه مي‌شود كه فولادهاي ساده كربني كه براي كربن‌دهي انتخاب مي‌شوند، تا 4/1 درصد منگنز، تا 3/0 درصد كربن و كمتر از 35/0 درصد سيليسيم دارند. فولادهاي آلياژي مناسب براي كربن‌دهي علاوه‌بر عناصر فوق، مي‌توانند داراي 5/4 درصد نيكل، 5/1 درصد كروم و 3/0 درصد موليبدن باشند. نقش عناصر آلياژي ياد شده، افزايش استحكام بدون كاهش انعطاف‌پذيري و مقاومت قطعه به ضربه (تافنس) است.
ب - فولادهاي مناسب براي نيتروژن‌دهي
به‌طور كلي، فولادهاي زير را مي‌توان براي كاربردهاي خاص تحت عمليات حرارتي نيتروژن‌دهي قرار داد:
1. فولادهاي كم آلياژ آلومينيم‌دار
2. فولادهاي كم‌آلياژ كروم‌دار با كربن متوسط (بيش از 25/0 درصد كربن) از گروه‌هاي 4100، 4300، 5100، 6100، 8600، 8700، 9300 و 9800 (دو رقم سمت راست اين گروه‌ها كه بيانگر صدم درصد كربن است، بايد بيشتر از 25 باشد)
3. فولادهاي قالب گرم كار حاوي 5 درصد كروم نظير11 H13، H 12، H.
4. فولادهاي زنگ نزن فريتي و مارتنزيتي از گروه 400.
5. فولادهاي زنگ نزن آستنيتي از گروه 300.
6. فولادهاي زنگ نزن سخت‌شونده رسوبي نظير
PHا4 - 17، PHا7 - 17 و 286 - A.
فولادهاي ساده كربني براي نيتروژن‌دهي مناسب نيستند. اين امر تشكيل يك لايه سطحي بسيار ترد است كه به سادگي از سطح جدا مي‌شود. به علاوه، افزايش سختي در ناحيه نفوذ نيتروژن در اين نوع فولادها كم است.
پ- فولادهاي مناسب براي كربن- نيتروژن‌دهي
سختي‌پذيري كه معياري براي سهولت تشكيل مارتنزيت و تشكيل آن در آهنگ‌هاي سرد شدن كمتر است، به هر اندازه كه بيشتر شود، مفيد خواهد بود. براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، نياز به آهنگ سرد شدن كمتري وجود دارد. لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه كربن داده شده به تنهايي است. بنابراين، فولادهاي كربن- نيتروژن داده شده را مي‌توان با سرد كردن در روغن و يا حتي توسط گاز (در برخي موارد) و در نتيجه، كاهش احتمال اعوجاج و تاب برداشتن قطعه، به حداكثر سختي مورد نظر رساند. از سويي ديگر، در اين فرايند با هزينه كمتر به ضخامت پوسته سخت شده مورد نظر خواهيم رسيد.
فولادهايي كه معمولاً كربن- نيتروژن‌دهي مي‌شوند، عبارتند از:
گروه‌هاي 1000، 1100، 1200، 1300، 1500، 4000، 4100، 4600، 5100، 6100، 8600 و 8700 با درصد كربني حداكثر برابر با 25/0 درصد.
تحت شرايطي كه در آنها، به مجموعه‌اي از خواص نظير سخت شدن سرتاسري با تافنس قابل قبول و سطحي سخت با مقاومت به سايش زياد، نظير شافت‌ها و دنده‌ها نياز باشد، مي‌توان سطح بسياري از فولادهاي گروه‌هاي ياد شده را با درصد كربني بين 3/0 تا 5/0 درصد، تا عمق 3/0 ميلي‌متر تحت عمليات كربن- نيتروژن‌دهي قرار داده و سخت كرد. براي دستيابي به پوسته‌اي نازك با سختي و مقاومت به سايش بيشتر در مقايسه با شرايط سخت كردن حجمي مرسوم، اغلب فولادهاي كربني آلياژي با كربن متوسط را در اتمسفر كربن- نيتروژن‌دار حرارت داده و سپس سريع سرد مي‌كنند. در مورد فولادهايي نظير: 4140، 5140، 8640 و 4340 كه براي كاربردهايي مانند چرخ‌دنده‌هاي سنگين مورد استفاده قرار مي‌گيرند مي‌توان عمليات حرارتي مشابهي انجام داد. دماي عمليات حرارتي براي اين منظور حدود 845 درجه سانتي‌گراد (دماي آستنيته كردن) است.
ت- فولادهاي مناسب براي نيتروژن- كربن‌دهي
به‌طور كلي از عمليات حرارتي نيتروژن كربن‌دهي، در مواردي استفاده مي‌شود كه نياز به افزايش مقاومت در برابر سايش و خستگي و يا هر دو باشد. مثال‌هايي در اين زمينه عبارتند از: چرخ‌دنده‌هاي ماشين‌آلات نساجي، ميل‌لنگ‌ها، انواع شافت‌ها، محورها و قطعات مشابه. بيشترين افزايش مقاومت در برابر خستگي و خراشيدگي در اثر اين فرايند، در مورد فولادهاي ساده كم كربن گزارش شده است.
مشخص شده است كه براي بهره‌گيري از حضور لايه سفيد رنگ (حاوي فاز كاربونيتريد اپسيلن به علاوه نيتريدها و اكسيدهاي ديگر) براي افزايش مقاومت در برابر خراشيدگي، تنش‌هاي تماسي نبايد آن‌قدر زياد باشد كه از استحكام تسليم فلز در زير لايه نيتريد بيشتر شود. تحت شرايطي كه تنش‌هاي تماسي بسيار زياد باشند، اگر از روي سختكاري سطحي نيتروژن- كربن‌دهي استفاده شود، استحكام فلز زير لايه بايد افزايش داده شود. براي اين كار افزايش ضخامت پوسته سخت شده در اين روش الزامي است. در غير اين صورت، استفاده از روش سخت كردن سطحي كربن- نيتروژن‌دهي توصيه مي‌شود.
عمليات حرارتي بهينه براي فولاد 27CD4
براي ساخت دنده‌هاي گيربكس خودرو مي‌توان از فولاد 27CD4 استفاده كرد. درصد كربن فولاد 27CD4 به‌طور ميانگين 27/0 درصد است. در بررسي قطعات گيربكس، ملاحظه مي‌شود كه عمق پوسته سخت شده در دنده‌هاي گيربكس و شافت ورودي و خروجي (در صورتي كه در ساخت همه آنها از فولاد 27CD4 استفاده شده است) برابر با 35/0 ميلي‌متر است. از آنجا كه لايه كربن- نيتروژن داده شده، داراي سختي‌پذيري بيشتري در مقايسه با لايه صرفاً كربن داده شده است، براي تشكيل پوسته سخت شده با ضخامت مشخص، به آهنگ سرد شدن كمتري نياز خواهد بود. بنابراين، اگر در عمليات حرارتي سطحي، كربن و نيتروژن را با هم به سطح قطعه نفوذ دهيم، بهتر است. علاوه‌بر مزيت ذكر شده، سطوح كربن- نيتروژن داده شده، داراي مزاياي زير هستند:
1. مقاومت سطوح كربن- نيتروژن داده شده در برابر نرم شدن به هنگام بازپخت، به مراتب بيشتر از سطوح كربن داده شده تنهاست.
2. سطوح كربن- نيتروژن داده، استحكام ضربه‌اي (تافنس) و مقاومت خستگي بهتري در سختي يكسان دارند. (در مقايسه با سطوح كربن داده شده)
3. مقاومت به پوسته شدن در سطوح كربن- نيتروژن داده شده نسبت به سطوح كربن داده شده بيشتر است.
4. سطوح كربن- نيتروژن داده شده مقاومت به سايش بيشتري دارند.
5. الگوي تنش پسماند در سطوح كربن- نيتروژن داده شده به علت كاهش نرخ سرد كردن سريع آنها از سطوح كربن داده شده بهتر است.
در نتيجه، احتمال ايجاد اعوجاج در قطعه به حداقل ممكن مي‌رسد كه نتيجه آن حذف يا به حداقل رسيدن لقي در چرخ‌دنده‌هاي گيربكس به علت وجود تمامي مزاياي گفته شده است.
عمليات حرارتي كربن- نيتروژن‌دهي يا نيتروژن- كربن‌دهي، بر عمليات كربن‌دهي در مورد فولاد 27CD4، ارجحيت دارد. عمليات نيتروژن‌دهي در مورد اين فولاد توصيه نمي‌شود. زيرا اولاً با توجه به درصد كربن نسبتاً كم اين فولاد نيتروژن‌دهي ممكن است سختي لازم براي سطح را تأمين نكند و ثانياً خطر ترك خوردن و يا پوسته شدن لايه نيتريد وجود دارد. حال بايد ديد كه از دو فرايند كربن- نيتروژن‌دهي و نيتروژن كربن‌دهي، كدام يك مناسب‌تر است. تحت شرايطي كه تنش‌هاي تماسي بسيار زياد باشد، مانند چرخ‌دنده‌هاي گيربكس، استحكام فلز در زير لايه سخت شده بايد افزايش داده شود. براي تأمين اين منظور اگر از عمليات حرارتي نيتروژن- كربن‌دهي استفاده كنيم بايد ضخامت لايه سفيد حاوي نيتريدها افزايش داده شود كه اين امر هزينه و وقت زيادتري لازم دارد. بنابراين بهتر است كه روش كربن- نيتروژن‌دهي را براي سخت كردن سطح اين فولاد انتخاب كنيم. محيط خنك‌كننده هم مي‌تواند روغن داغ انتخاب شود.
روش‌هايي مناسب براي به حداقل رساندن اعوجاج قطعه
1. گرم و يا سرد كردن قطعات به طور يكنواخت
2. استفاده از روش صحيح براي فرو بردن قطعات در محيط سردكننده
3. عدم انتخاب دماي بسيار بالا براي آستنيته كردن
4. آرام سرد كردن قطعه در زير نقطه MS (دماي آغاز تشكيل مارتنزيت)
5. كاربرد عمليات حرارتي مارتمپرينگ در صورت امكان
6. تميز كردن سطح قطعات قبل از كوئنچ كردن
7. طراحي قطعات مورد عمليات حرارتي حتي‌الامكان به صورت قرينه
8 . استفاده از روش كوئنچ تحت فشار
9. تثبيت ابعاد قطعه با ضربه مكانيكي
از بين 9 روش مورد اشاره، توضيح دو مورد آخر ضروري به‌نظر مي‌رسد.
الف- تثبيت ابعاد با ضربه مكانيكي
براي تأمين ثبات اندازه‌ها مي‌توان بعد از عمليات حرارتي ضربه مكانيكي را به‌كار برد. اين عمل به منظور به وجود آوردن تغيير شكل جزئي ماندگار، انجام مي‌گيرد. در نتيجه با تكرار تغيير شكل الاستيكي، تنش‌هاي باقيمانده برطرف مي‌شوند. در شكل (1) تغيير طول فولاد W1 سخت شده به اضافه برگشت ديده، تحت شرايط ساچمه‌زني و بدون ساچمه‌زني، مشاهده مي‌شود.
http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/09/2503071.jpg
شكل 1: تأثير ضربه بر تثبيت ابعاد فولاد W1
ب- كوئنچ تحت فشار
براي به حداقل رساندن اعوجاج به هنگام عمليات كوئنچ قطعات حساس نظير چرخ‌دنده‌ها، به جاي كوئنچ معمولي تحت فشار پتك به اندازه 10-7اT در روغن به‌كار برده مي‌شود. در اين روش، تغيير ابعاد اتفاق مي‌افتد اما پيچيدگي، در حدي بسيار پايين است.

[ghasem motamedi]

ریزساختارهای یوتکتیک و هیپریوتکتیک آلیاژ(Al-Ge)
در این مقاله ریزساختارهای یوتکتیک و هیپریوتکتیک آلیاژAl-Ge))تحت فشارهای مختلف توسط میکروسکوپهای نوری والکترونی روبشی برای آنالیز اثرفشار روی ساختار یوتکتیکی دراین آلیاژهای فلزی مشاهده شدند.مشاهده شدکه با افزایش فشاراز4تا5گیگا پاسکال بطور مشخصی ریز ساختارآلیازGe(w t53%)Al- بهسازی شد. مشاهده شد که شاخه های فرعی ریزساختاریوتکتیکی که در این آلیاژتحت فشارطبیعی منجمدشده اندتحت فشار بالایGPa5تمایل به محو شدن دارندبوسیلهTEM میکروسکوپ نوری تغییرات شکل رشدژرمانیم ازواضح تا غیر واضح در آلیاژهای جامد شده تحت فشار GPa 5مشاهده شدند.
مقدمه:

آلومینیوم وژرمانیم میتوانند یک سیستم یوتکتیکی دوتایی ساده ای تشکیل دهند.دیاگرام فازتعادلی آلیاژAl-Geحداقل حلالیتGe 5/0% رادر دمای0k450نشان میدهندکه تا 2/7%در دمایok697(دمای یوتکتیک) قابل افزایش است. فاز میانی ای در آلیاژها Al-Geمنجمد شده تحت فشار طبیعی وجود ندارد. با وجود این فشار بالا میتواند تغییراتی در دیاگرام فاز این آلیاژ ایجاد کند(1).
حلالیت GeدرAlتا18%با فشارGpa7قابل افزایش است و دو فاز بلوری میانی با مقدار 50- 45و68 درصدGe تحت فشارهای بالا برای این آلیاژها قابل مشاهده اند(2).
تحت فشارGPa9 در دمایok320فاز میانی(گاما)γبا ساختار هگزاگونالی با پارامتر شبکهnm2830/.= aوnm2622/0= cدرآلیاژ70Ge30Alپیدا میشود(2).
در سال 1998منحنی سالیدوس تحت فشارهای مختلف برای آلیاژهای Al-Geبوسیله کاگایا و همکارانش(3) با قانون ذوب لیندمن بدست آمد.مشاهده شد که با افزایش فشار منحنی سالیدوس در دیاگرام فازی(Al-Ge) بالا می آید و به سمت Geحرکت میکند. اخیرا"تحقیقات بسیار وبسیاری در آلیاژهایAl-Geمشخصا"با سرعت های سرد شدن زیاد برای پیدا کردن فاز های نیمه پایدارصورت گرفته است. اما تحقیقات روی تاثیر فشار در ریز ساختارهای انجمادی آلیاژهای Al-Geخیلی محدودند.
در این تحقیق اثرفشار روی فرایند انجماد این آلیاژها ابتدائا"مورد توجه قرار گرفته سپس اثر فشار روی ریزساختارهای آلیاژهای هیپریوتکتیک با میکروسکوپ های نوری(OM)الکترونی روبشی, (SEM)الکترونی عبوری و تشخیص فاز توسط پراش اشعهX (XRD)صورت گرفته است.
روش آزمایش:

الیاژهای یوتکتیک وهیپر یوتکتیک (53%و60%و70% وزنی ژرمانیم) با کوره ذوب الکترود ثابت سرد شونده با لوله های آبگرد مسی با استفاده ازآلومینیوم با خلوص 99/99 وژرمانیم با خلوص 999/99 ذوب وتهیه شده است.سپس نمونه های آلیاژی در سایزهایmm4 x4x4 درفلاکس) (BN flux تا دمای oC 1400به مدت 7-5 دقیقه برای تشکیل ذوب نمونه تحت فشارGPa4و5 و6در محیط دماغه شش وجهی CS-IBحرارت داده شدند نمونه با سرعت تقریبی1KS-200 تا دمای اتاق تحت فشار مربوطه سرد شده اند. میکروسکوپ نوری و روبشی وعبوری برای نمایش ریز ساختار و آنالیز پراش اشعه xبرای حصول فازهای تشکیل دهنده در این آلیاژها مورد استفاده قرار گرفتند.
نتایج آزمایش و بحث :

شکل(1) نتایج پراش اشعهx Ge 60%- Alکه تحت فشارGPa5 منجمد شده را نشان میدهد.مشاهده شده است که وقتی این آلیاژ تحت فشار بالا منجمد میشود فاز هایی ازAl(α)وGe(β) بصورت محلول جامد وبدون هیچ فاز دیگری مشاهده میشوند.کاهش اندکی در پارامتر شبکه کریستالی فاز ازnm 5662/.تا nm 5428/.از تغییر فشار طبیعی تا فشار بالای GPa5 بدست میآید.شکل (2) ریز ساختار از آلیاژ یوتکتیک Ge53%-Al که تحت فشارهای مختلف منجمد شده را نشان میدهد. ساختار نمونه در آلیاژ یوتکتیکی منجمد شده تحت فشار طبیعی مشتمل بر فازهای لایه ای) β+α) و دو فاز Al(α)وGe(β) که رشد های زوجی دارند در شکل (a)2 مشاهده میشود .همچنین از شکل (2) فهمیده میشود که ساختار یوتکتبکیبا افزایش فشار بصورت مشخصی بهسازی شده است. در یک رنج مشخص فشار میتواند ضریب نفوذ را کاهش داده و سرعت نفوذ را پایین آورد ومسافت کوتاه عناصر در فاز مایع این آلیاژ میتواند ساختار یوتکتیکی را بطور مشخصی بهسازی کند.در زمان مشابهی مشاهده شده است که شاخه های فرعی ساختار یوتکتیکی تمایل به نا پدید شدن دارند شاید به این دلیل که مادون انجماد در نوک منطقه دندریتی کاهش پیدا میکند و در نتیجه رشد نوک (دماغه) افزایش می یابد. شکل (3)ریز ساختار آلیاژ هیپر یوتکتیکwt Ge70 % Al-که در تحت فشارهای مختلف منجمدشده اندرا نشان میدهند. در شکل(a)3 فهمیده میشود که فاز اولیه هیپر یوتکتیک βمیباشد. که در الیاژهای تحت فشارهای بالای GPa5 منجمد میشوند.همانطور که در شکل (3)bفاز اولیه αدر آلیاژهای منجمدشده تحت فشار بالای GPa6 مشاهده میشود. از رابطه کلاسیوس- کلاپیرون در معادله(1) فهمیده میشود که نقطه ذوب آلومینیوم تاOC 4/6 وقتی که فشار بالای Mpa100 میرود افزایش می یابد.(6)
که در این معادله p فشار- dT تغییرات نقطه ذوب -Tm نقطه ذوب -1V حجم جامد –2Vحجم مایع وΔHmگرما ی نهان ذوب میباشند. بدلیل اینکه حجم آلومینیوم خالص و ژرمانیم خالص در تماس با هم وقتیکه تحت فشارهای بالا ذوب میشوند منبسط میگردد. از معادله (1) حاصل میشود که نقطه ذوب Alخالص تا 1304کلوین بالا میرود و نقطه ذوب Geخالص از 1210به 1015کلوین تحت فشار GPa5 وتا 988کلوین تحت فشار GPa6 کاهش می یابد.
بنابراین نتیجه میشود که تحت فشارGPa6 نقطه ذوب برای فاز(β) Ge پایین تر از فاز(α) Al میباشد.
بر طبق تحقیقات کاگایا و همکارانش (3) تاثیر فشار روی دیاگرام فازی Al-Ge با قانون ذوب Lindman قابل بررسی است.با افزایش فشار حلالیت Ge در Al افزایش می یابد اما دمای یوتکتیک تغییر زیادی نمی کند بنا بر ایننقطه یوتکتیک در جهت Ge در دیاگرام فازی Al-Ge حرکت میکند و دیاگرام فازی تقریبی شکل 4 حاصل میشود.شکل 5 مورفولوژی یوتکتیک آلیاژGe53% Al- که تحت قشار بالا منجمد شده را نشان میدهد از این شکل فهمیده میشود که گوشه ها و لبه های Ge گرد و روان میشوند وقتیکه تحت فشار بالا منجمد میشوند . این مساله نشان میدهد که شکل رشد Ge به تدریج از واضح به سمت غیر واضح تحت فشار بالا تغییر میکند . بنابراین انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای بالا شاخه های فرعی لایه های یوتکتیک را از بین می برد وریز ساختار بهسازی شده ای از یوتکتیک و بنا براین با این تکنیک کامپوزیتیاز یوتکتیک لایه ای فلز –نیمه هادی قابل حصول است .
نتیجه گیری :

انجماد آلیاژهای یوتکتیک و هیپر یوتکتیک Al-Ge تحت فشارهای مختلف انجام گرفت ونتایجی حاصل شد . فاز جدید دیگری وقتیکه آلیاژ Al-Ge تحت فشار بالای 4 تا 6 منجمد میشود دیده نشد با افزایش فشار ریز ساختار یوتکتیکی با شاخه های فرعی خشن به تدریج نا پدید شده و ریز ساختار یوتکتیکیبه طور مشخصی بهسازی شد . نقطه یوتکتیک با افزایش فشار به تدریج به سمت Ge حرکت میکند ونقشه ای از دیاگرام آلیاژ Al-Ge تحت فشارهای مختلف را مطرح میکند .

http://www.rasekhoon.net/_WebsiteData/Article/ArticleImages/1/1388/farvardin/09/2502241.jpg

[ghasem motamedi]

یکی از اولین زمینه های استفاده از روش EBSD در مورد آنالیز بافت مواد بود. همانطور که می دانیم بیشتر مواد پلی کریستال هستند. از طرفی دانه ها درمواد پلی کریستال معمولا به صورت تصادفی جهت یافته نیستند. بیشتر دانه ها نزدیک به یک جهت خاص خوشه ای می شوند. مسیر جهت دار شدن خوشه ای دانه ها را بافت ماده گویند. بافت ها بواسطه مسیرهایی که دانه ها از مذاب و یا حالت دیگر فرآوری ماده شکل می گیرند، بوجود می آیند.
در یک تک کریستال خواص فیزیکی بسته به جهتی که این خواص اندازه گیری شوند، تفاوت می نماید. بنابراین، خواص فیزیکی مواد پلی کریستال بستگی به توزیع جهت گیری های کریستالی موجود در ماده دارد.
شکل پذیری مواد ورقه ای به شدت وابسته به بافت ماده داشته و بنابراین مراحل فرآوری در راه رسیدن به به ماده نهایی به دقت تحت کنترل بوده تا بافت مورد نظر به دست آید.
برای نمونه، بافت در ورقه های آلومینیومی مورد استفاده در قوطی های نوشیدنی به دقت کنترل می شود، در غیر اینصورت بخش بالایی قوطی ناصاف و سطح آن ناهموار خواهد شد. بیشتر خواص مواد الکترونیکی و مغناطیسی وابسته به جهت گیری کریستالی دارد. مثلا، هسته ترانسفورهای الکتریکی به نحوی بافت دار می شوند تا افت انرژی در ترانسفورماتور کاهش یابد. به علت اینکه EBSD جهت کریستالی را مشخص می نماید،داده های حاصل از آن را می توان در آنالیز بافت ماده نیز به کار برد. در این راه روش EBSD مکمل روشهای استاندارد اندازه گیری بافت با استفاده از پراش پرتو X می باشد. اما روش EBSD پیشتر هم می رود، چون با آن می توان بافت یا بافتهای موجود در ماده را با ریزساختار آن مرتبط ساخت. به علاوه، تغییر بافت از محلی به محل دیگر در ماده را به راحتی می توان مطالعه نمود. گسترش بافت در سطح ریزساختاری را می توان با این روش بررسی نمود.
http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image001-thumb.jpg (http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image001.jpg)http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image002-thumb.jpg (http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image002.jpg)
سمت چپ: نمونه با جهت گیری تصادفی دانه ها(بدون بافت)
سمت راست:نمونه با جهت گیری غیر تصادفی دانه ها(دارای بافت)
مرزدانه ها
مرزدانه های فصل مشترک بین دانه ها هستند. این مرزها در مشخص نمودن چگونگی کاربرد یک ماده اهمیت زیادی دارند، زیرا ساختار اتمی در منطقه باریکی نزدیک مرزدانه با ساختار اتمی داخل دانه متفاوت است. وقتی که جهت گیری دانه تغییر می کند، ساختار مرز نیز تغییر می یابد. به علت اینکه EBSD جهت گیری کریستالی را اندازه گیری می کند، این روش قادر است بواسطه تغییر جهت گیری در هر دو طرف دانه مشخصات دانه را تعیین نماید. مطمئنا به علت وجود تعداد زیاد دانه در ماده اندازه گیری فقط یک دانه کافی نخواهد بود. EBSD توانایی اندازه گیری جهت گیری چندین هزار مرزدانه را داشته تا داده های آماری مناسبی از نوع مرزدانه موجود در ماده به دست آید.
این نوع اطلاعات با توجه به اینکه جهت گیری مرزدانه ها اثر مهمی بر خواص مواد دارند، از اهمیت خاصی برخوردار هستند.
برای نمونه، خوردگی و شکست می تواند از مرزدانه آغاز شود. برخی جهت گیری مرزدانه ها مقاومت بیشتری در برابر این پدیده ها نسبت به دیگر جهت گیری ها ازخود بروز می دهند. روشهای فرآوری مواد که سبب ایجاد مرزدانه ها با مقاومت بیشتر می شوند، می توانند سبب تولید مواد با خواص بهبود یافته شوند. این گونه روشها گاهی اوقات به نام مهندسی مرزدانه معرفی می شوند. یک نمونه از این مواد، بیشترکردن عمر الکترودهای سربی در اسید باتری است که در ماده به نحوی فرآوری می شود که کسر بالاتری از نوع خاصی از مرزدانه ها درآن ایجاد شود.
http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image003-thumb.jpg (http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image003.jpg) http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image004-thumb.jpg (http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image004.jpg)
http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image006-thumb.jpg (http://metallurgist.files.wordpress.com/2007/06/clip-image006.jpg)
مدل نشان دهنده جهت گیری کریستالی درنقاط A و B در هر دو طرف یکمرزدانه می باشد. مشاهده می کنید که کریستال حول بزرگترین قطر در مکعب دوران کرده است. این نوع خاص از مرزها به دوقلویی معرف می شود.
جمع بندی
1- در مواد کریستالی اتمها به صورتی که در فضا بطور متناوب تکرار شوند، مرتب شده اند.
2- مواد پلی کریستال تشکیل شده از تجمع دانه های تک کریستالی هستند. بسیاری از مواد مهم مهندسی و معدنی پلی کریستال هستند
3- ریز ساختارها مجموعه ای از دانه ها، و دیگر اجزایی چون رسوبات و حفرات هستند.
4- الگوی پراش الکترونهای برگشتی روشی در میکروسکوپ الکترونی روبشی جهت اندازهگیری جهت گیری کریستالی است.
5- نقشه جهت گیری کریستالی توسط روش EBSD قابل جمع آوری بوده و هرگونه ابهام در تشخیص دانه ها و مرزدانه ها با استفاده از این روش از بین می رود.
6- دانه ها در مواد پلی کریستال معمولا به صورت تصادفی جهت دار نیستند و بافت موجود در این مواد خواص ویژه ای را به ماده می دهد.
7- EBSD یک روش مهم در آنالیز بافت ماده می باشد زیرا این روش اجازه مطالعه رابطه بین بافت و ریزساختار را به محقق میدهد.
8- مرزدانه ها فصل مشترک بین دانه ها در مواد پلی کریستال هستند. مرزهای تشکیل شده بین دانه ها با جهت گیری خاص نسبت به دانه دیگر می تواند خواص مناسب را به ماده بدهد.
9- EBSD قادر است این مرزها را تعیین مشخصات نموده و توزیع نوع مرزهای مختلف در یک نمونه را تعیین نماید.
10- روش EBSD یک روش آنالیز ساختاری می باشد.

http://iranmetallurgy.blogspot.com/ (http://iranmetallurgy.blogspot.com/)

[ghasem motamedi]

شاید بارها نام فازهای مختلف دیاگرام آهن- کربن را شنیده اید و دوست داشته ایدبدانید منشا این نامها چیست. در ادامه مطلب در این مورد بحث شده است.





سمانتیت (Cementite): حدس زدن این مورد شاید آسان باشد. این لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگلیسی به معنای ماده ای است که مواد مختلف را به هم می چسباند، می باشد.


در سال 1855 Osmond و Werth تئوری سلولی را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه های آلوتروپیک آهن( که امروزه به نام آستنیت و فریت معروف هستند) را پیشنهاد دادند، بلکه در این تئوری نگاه تازه ای به تشکیل کاربید ها شده بود. تحقیقات آنها در خصوص فولادهای پرکربن نشان داد که مخلوطی شامل سلولهای و دانه های آهن وجود دارد که توسط لایه ای از کاربید آهن محصور شده است.در حین انجماد ابتدا گلبولها یا سلولهای آهن تشکیل شده و رشد می کنند و باقیمانده مذاب به صورت کاربید آهن منجمد می شود. بدین ترتیب کاربید تشکیل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهای قبلی شکل گرفته، آنها را به هم می چسباند. از این شرح می توان دریافت چرا Osmond کاربید تشکیل شده را از لغت فرانسوی Ciment نامگذاری کرد.


این فاز در زبان آلمانی با Zementit و در انگلیسی با Cementite نشان داده می شود.


فریت (Ferrite): Ferrum ریشه لاتین برای بیشتر لغات جدید ساخته شده در خصوص آهن و ترکیبات آن می باشد که احتمالا ریشه سامی دارد.


آستنیت (Austenite): این فاز به یادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژیست انگلیسی تبار(1843-1902) نامگذاری شده است.


Robert-Austen اولین کسی بود که دیاگرام اولیه آهن – کربن را در سال 1897 (شکل زیر) و فرم نهایی آن را در سال 1899 منتشر کرد.

















او همچنین اولین دانشمندی است که اندازه گیری کمی (Quantitative ) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس ) را با توجه به قوانین نفوذ فیک انجام داد.


پرلیت(Pearlite): برگرفته از ظاهر درخشنده مروارید شکل (Pearl) و رنگین کمانی این فاز می باشد.علت اینکه ساختار این فاز به صورت مروارید این است که تیغه های تشکیل شده با داشتن خاصیت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گیری مختلف، تشکیل کریستال های متفاوت نوری می دهند.


لدبوریت (Ledeburite): نامگذاری شده به افتخار Adolf Ledebur (1837- 1916).


Ledebur اولین پروفسوری بود که در سال 1882 مخلوط کریستالی آهن کربن را کشف نمود.


مارتنزیت (Martensite): به افتخار Adolf Martens(1850-1914) نامگذاری شده است.


وی کارش را در آزمایشگاه مکانیکی رویال در برلین به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه یک جایزه مشهور به نام او اهدا می شود.


بینیت (bainite): این فاز به یادبود E.C. Bain شیمیدان آمریکایی نامگذاری شده است.


تاریخچه آستمپرینگ به سال 1930 بر می گردد، زمانی که Grossman و Bain در آزمایشگاه های فولاد ایالات متحده بر روی ارزیابی پاسخ متالورژیکی فولادهای سرد شده با سرعت زیاد از دمای 1450 درجه فارنهایت (788 درجه سانتیگراد) به دماهای متناوبا بالا و نگهداری در این دماها به مدت زمانهای مختلف های در حال کار بودند.


نتیجه تحقیقات آنها چیزی است که ما امروزه به عنوان دیاگرامهای استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram) می شناسیم.


Grossman و Bain با ساختارهای معمول متالورژیکی فریت، پرلیت و مارتنزیت آشنا بودند. چیزی که آنها کشف کردند ساختار دیگری بود که در بالاتر از دمای آغاز تشکیل مارتنزیت (Ms) و پایین تر از دمای تشکیل پرلیت بود.


در فولادها این ساختار شکل ساختارهای سوزنی (بشقابی) با ظاهری پر مانند را داراست. تحقیقات X ray نشان داد که بینیت شامل فریت و کاربید فلزی است.

http://www.metallurgist.blogfa.com/ (http://www.metallurgist.blogfa.com/)

[nrsd]

در موردسوالات حلاليت ها همراه با نمودار فازي

[askari1072]

با سلام.دنبال یه مقاله 10 صفحه ای در مورد یکی از موضوعات زیر میگردم.کسی مینونه کمک کنه؟
1- قالب پولك زني و پانچ كاري (Blanking and Punching Dies)
2- قالب سوراخ كاري (Piercing Die)
3- قالب تقطيع (Cut off Die)
4- قالب هاي تركيبي (Compound Die)
5- قالب هاي تكاملي (چندمرحله اي) (Progressive Die)
6- قالب لبه چيني (پيرايش) (Trimming Die)
7- قالب دوره بُريِ تكميلي (Shaving Die)
8- قالب شكل دهي با قالب باز (Open die forming Die)
9- قالب شكل دهي با قالب بسته‌ (Closed die forming Die)
11- قالب خان كِشي (Broaching Die)
12- قالب هاي شيپوري يا سجاف زني (Horning Die)
13- قالب با سنبه ي افقي (Side cam Die)
14- قالب خم كاري (Bending Die)
15- قالب شكل دهي غلتكي (Roll forming Die)
16- قالب شكل دهيِ انحنادار (Forming Die)
17- قالب كشش و كشش عميق (Drawing and Deep drawing Dies)
18- قالب لب برگرداني (Curling Die)
19- قالب شكم دهي (Bulging Die)
20- قالب گلودهي (Swaging or necking Die)
21- قالب روزن راني (Extrusion Die)
22- قالب شكل دهيِ سرد (Cold Forming Die)
23- قالب هاي پرسيِ كم فشار (Sub-press Die)
24- قالب مونتاژ (سرهم بندي) (Assembly Die, Montage Die)