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 درمورد 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 .

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 .

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 .

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

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 .

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 .

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 .

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) :


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 .

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 ) .

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 .

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

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 .

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 .

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 .

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