علمی (مهندسی مواد)

سرامیک کوردیریت ، دارای خواص دمابالای ویژه­ای است، که از جمله آن، مقاومت به شوک حرارتی­عالی و پایداری خواص شیمیایی در دماهای بالا از خود نشان می­دهد. مخصوصاً از خواص شوک­پذیری حرارتی­عالی آن، می­توان به­عنوان سرند[1]های پیشرفته تولید پودر سرامیکی استفاده نمود، با این وجود، باید دوام ساختاری نسبتاً ضعیف این سرامیک که تحت عملیات دراز­مدت قرار می­گیرد، از لحاظ ایمنی­صنعتی بهبود یابد. لذا باید روشی با استفاده از فاز تقویت­کننده پیاده کنیم تا این مشکل برطرف گردد.

به­دلیل این­که سرامیک مولایت ، نقطه ذوب بالا، مقاومت خوب در برابر تغییرشکل ناشی از خزش و ضریب انبساط حرارتی متوسطی دارد، با ترکیب کوردیریت (یعنی کامپوزیت کوردیریت­-مولایت C/M) می­توان به سرند پیشرفته­ای با افت کم­تر خواص شوک­پذیری حرارتی آن دست پیدا کنیم. به علاوه، دانه­های باریک مولایتی[2] می­توانند با به­کارگیری روش تولید مناسبی تشکیل شوند، که ممکن است باعث بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت C/Mباشد. بحث خوردگی داغ در این دیرگداز در مجاورت نمک­های مورد بررسی قرار گرفت. خوردگی سرامیک­های آلومینوسیلیک??تیحاویمولایتدرمجاورتنمک­هایفوقتحتشرایطمختلفبررسیشدهونیزنتایجآنبرمبنایدیاگرامفازموردآزمایشقرارگرفتهاست. بهدیرگدازنانوکامپوزیت?? C/M در اتمسفر غلیظ در دمای ^oc1000 به مدت 24ساعت حرارت داده شد تا مشخصه خوردگی این سیستم ارزیابی شود.

مولایت به­­عنوان مواد ساختاری به­دلیل خواص مکانیکی عالی آن در برابر دماهای بالا استفاده می­شود و همچنین به دلیل خواص دیرگدازی بالا برای زیرپایه­های الکترونیکی مناسب هستند. با سنتز کامپوزیت مولایت-کوردیریت ممکن است خواص حرارتی و رفتار مکانیکی آن افزایش پیدا کند.

با توجه به رفتار ترمومکانیکی این نوع مواد دیرگداز می­توان به کاربرد آن­به­عنوان آسترکاری کوره­های دمابالا و راه­گاه­های تصفیه، در صنایع بزرگی چون متالورژی، سیمان و پتروشیمی اشاره نمود. کاربرد فزاینده محاسبات اجزای محدود برای پیش­بینی رفتار دیرگداز در شرایط واقعی مستلزم دانش خواص مکانیکی نسبتاً نزدیک به تکامل آسیب در دمای­بالا است که برای حوزه کاربردهای این مواد مغایرت دارد.

مواد دیرگداز حاوی مولایت-کوردیریت در صنعت سرامیک به­وفور به­عنوان قطعات تکیه­گاهی در کوره استفاده می­شود.

این مواد میکروساختار پیچیده­ای دارند که با فازهای بلورین در اثر عدم انطباق انبساط حرارتی و خواص الاستیک مختلف، و با فاز سیلیکات شیشه­ای پسماند ایجاد شده­اند. با این وجود، در بسیاری از دیرگدازهای چندفازی، بیشتر پدیده­های میکروساختاری در طی چرخه­های حرارتی به­وجود می­آید و شامل تنش­های داخلی هستند که هنگام سرمایش، عمدتاً به­دلیل وجود تضاد بین خواص انبساط حرارتی، به دیرگداز آسیب وارد می­کنند. دگرگونی دیرگداز در دمای­بالا، و به­طورخاص آسیب­وارده به­آن، هنگام چرخه­های حرارتی ویژه توسط دو روش مکمل غیرمخرب صوتی برای ارزیابی دگرگونی آسیب درونی دیرگداز در مقیاس موضعی است: پژواک­نگاری به­کمک تپش فراصوتی به­روش میله­بلند اجازه­ی محاسبه مدول یانگ را می­دهد و روش انتشار صوت.

طبق تعریف کهن، روش انتشار صوت برای شناسایی آسیب وارد به سازه­هایی مثل مخازن تحت فشار، سازه­های حمل­ونقل مناسب بوده است. همچنین می­توان برای درک و شناسایی بهتر مکانیزم­های آسیب وارده، این دیرگدازها را در معرض بارگذاری مکانیکی قرار داد. در این چند سال اخیر، این روش برای شناسایی سفت­شدن سیمان و شناخت تهی­شدن شبکه­های مویرگی در مواد متخلخل هنگام خشک­کردن، سازگار بوده است. مواد دیرگدازی که در معرض دمای­بالا قرار می­گیرند، هر دو روش برای شناسایی پدیده­های آسیب­شناختی مناسب است و پژواک­نگاری فراصوتی با درک بهتر اثر پروسه آسیب روی خواص الاستیک دگرگونی انجام شده بود.

سیلیس اسفنجی از ضایعات صنعتی، فلز سیلیسیم و فروآلیاژ سیلیسیم تهیه می­شود که شامل 94 تا 97% وزنی دی اکسید سیلیسیم است و درحین احیاء کردن کوارتز خالص با کربن در حضور آهن، با حرارت­دادن در کوره­های برقی در دمای بالای^oc1750 تشکیل می­شود. به دلیل اندازه دانه­ریز، درصد بالای سیلیس و سطح ویژه زیاد اسفنج، می­توان آن­را به­عنوان پوزولان[3] برای بهبود خواص بتون استفاده کرد. به­علاوه، سیلیس اسفنجی به­منظور بهبود استحکام فشاری، استحکام خمشی، و مقاومت به سایش بتون­ها به­کارگرفته شده­است. همچنین، نفوذپذیری آن­را کاهش می­دهد و به دنبال آن فولاد را از خطر خوردگی نجات می­دهد. در این پژوهش سعی شده با کاربری آسان سیلیس اسفنجی به­عنوان محتوای درصدی سیلیس موجود در بال­کلی، آلومینا و منیزیای تکلیس­شده به­منظور تولید نانوکامپوزیت مولایت-کوردیریت استفاده شده است.

سرامیک کوردیریت شامل سیستم سه­جزئی است و در شبکه بلوری، ارتورمبیک شبه شش­گوشی تبلور می­یابد، و دانسیته آن 2.53 و دارای نقطه گدازی ^oc1470 است.

مولایت یکی از مهم­ترین مواد سرامیکی است که دارای شبکه بلوری ارتورمبیک و دانسیته آن 3.17 و نقطه گداز آن ^oc1810 است.

کوردیریت به دلیل ثابت دی­الکتریک پائین (6-5e=)، مقاومت الکتریکی بالا (10¹²r> اهم.سانتی­متر) ، پایداری شیمیایی بالا، مقاومت به شوک حرارتی بسیار بالا و ضریب انبساط حرارتی پائین (^1-c ^6-10x2-1=a) در کاربردهای زیادی مستمر ثمر واقع شده است. نمونه­ای از کاربردهای آن را می­توان به: الکتروپرسلان­ها، زیرپایه­های مبدل کاتالیزور برای کنترل دمنده خودروها[4]، مبدل حرارتی برای توربین­های گازی، اغلب کوره­های صنعتی، مواد متراکم در مدارهای پیشرفته، پوشش نسوز روی فولاد، زیرپایه­مدار مجتمع و... اشاره نمود. با این حال، زینترینگ فاز جامد دیرگداز کوردیریتی مشکل است در ادامه زینترینگ در حضور فاز مایع با افزودن گدازآورها برای تراکم­پذیری کوردیریت استفاده نمی­شود چون خواص حرارتی و الکتریکی آن توسط گدازآورها از بین می­رود.

 

آزمون­های صنعتی انجام­شده روی مواد دیرگداز کوردیریت-مولایت برای تولید آجر و کاشی­های سقف کوره­های ذوب مورد استفاده قرار گرفت.

کوردیریت با داشتن خواص انبساط حرارتی پائین، شوک­پذیری حرارتی آن بسیار عالی­تر از مولایت است. هرچند، کوردیریت در دمای بالا (^oc1200) مقاومت به خزش بالایی ندارد، اما مولایت در دماهای بالا، استحکام مکانیکی خود را حفظ می­کند و می­تواند جزء مواد اولیه کم هزینه به­حساب بیاید چراکه به­عنوان فاز ثانویه برای برطرف­کردن ضعف­های کوردیریت اضافه می­شود.

مولایت یکی از سرامیک­های سیلیکاتی است که می­توان به روش­های گوناگونی من جمله دگرگونی فاز آندالوزیت و یا با تجزیه کائولینیت مطابق معادلات شیمیایی زیر تشکیل شود