اینا جزء قسمتی از چیزیه که از بخش مواد سرامیکی اصول علم مواد تایپ کردم خودم جدولا و نمودارارو عکس گرفتم زیاد خوب نیست...اما موجوده
تخلخل واقعی شامل هم تخلخل هایی که به یکدیگر راه دارند و هم تخلخل های بسته است.تخلخل واقعی که با خواص سرامیک بیشتر در ارتباط است از رابطه زیر به دست می اید:
در این رابطه B چگالی توده یا نسبت وزن به حجم سرامیک وB=wd/(ww-ws) وб چگالی حقیقی یا وزن مخصوص سرامیک است.
ناخالصی:
ناخالصی های مختلف می تواند به شکل گیری فاز های شیشه ای در مرز دانه ها منجر شودکه موجب خزش با سیلان چسبنده میشود.
درجه حرارت:
دماهای بالا،استحکام مرز دانه ها را کاهش و سرعت نفوذ را افزایش میدهد و این فاز های شیشه ای را تقویت میکند.
سرعت خزش در شیشه ها به ویشکوزیته یا چسبندگی بستگی دارد.سرعت خزش شیشه از رابطه زیر به دست می اید.έ=б/ŋ
سرامیک های پیشرفته:
سرامیک های پیشرفته شامی کاربید ها،برید ها،نیتراید ها و اکسید ها هستند،جدول(11-5).این سرامیک ها اغلب به دلیل مقاومت سایشی و مقاومت به خوردگی بالایی که در دماهای بالا دارند،در ساخت قطعاتی از موتور های جت و توربین ها به کار میروند.گروهی از سرامیک های پیشرفته به دلیل داشتن خواص فیزیکی ممتاز(مغناطیسی،الکترونیکی و اپتیکی) در ساخت قطعات الکتریکی و الکترونیکی،عایق های الکتریکی با ولتاژ بالا و پایین،خازن ها،مبدل های سیگنال های الکتریکی و برعکس در تجهیزات التراسونیک و به عنوان سرامیک های مغناطیسی در کامپیوتر های بزرگ دیجیتالی برای ذخیره سازی داده ها،هم چنین با داشتن مقاومت خوردگی بالا در دماهای بالا به عنوان کاتالیزر های واکنش های شیمیایی،قابلیت به کار گیری به عنوان سنسور برای ردیابی گاز های خطرناک و به دلیل سازگاری با بدن انسان به عنوان تجهیزات و اجزایی از بدن انسان به کار میروند.سرامیک های پیشرفته هم چنین در قطع و وصل سیستم الکترونیکی،سیستم های نوری فلورسنتی با فرکانس بالا،***** های تداخل مخابراتی و کاربرد های مختلف دیگر اهمیت خاصی دارند.
تغییر شکل سرامیک ها در دماهای بالا:
از انجا که نا به جایی ها در سرامیک ها در دماهای پایین متحرک نیستند،تغییر شکل قابل توجهی در انها مشاهده نمیشود.در دماهای بالاتر،سیلان خمیری شکل یکنواخت و لغزش مرزدانه در تغییر شکل انها اهمیت میابد.معمولا سیلان یکنواخت خمیری شکل در شیشه ها و سرامیک هایی که شامل مخلوطی از فاز های شیشه ای و کریستالی هستند رخ میدهد،در حالی که لغزش مرزدانه در سرامیک هایی که عمدتا دارای ساختار کریستالی هستند،اتفاق می افتد.
خزش در سرامیک ها:
با توجه به اینکه سرامیک ها غالبا برای کاربرد در دماهای بالا طراحی شده اند،مقاومت خزشی برای انها اهمیت دارد.سرامیک های کریستالی به علت نقطه ذوب و انرژی محرکه بالا برای نفوذ مقاومت خزشی خوبی دارند.شکل(11-9)استحکام خمشی چند ماده سرامیکی را در مقایسه با سوپر الیاژ Ni-Cr نمایان میسازد.این شکل نشان میدهد که سرامیک ها تمایل به حفظ استحکام در مواردی تا بالاتر از دمای 1200 درجه ی سانتی گراد را دارند.
خزش در سرامیک های کریستالی غالبا ناشی از لغزش مرزدانه است.همین که دانه ها از کنار یکدیگر عبور میکنند شکل گیری ترک ها میتواند اغاز شود که احتمالا به شکست می انجامد.عواملی که لغزش مرزدانه را راحتر میسازد و نتیجتا مقاومت خزشی را کاهش میدهد:
اندازه دانه:نوعا سرامیک های دانه ریز محکم تر از دانه درشت هستند.با کوچکتر شدن اندازه دانه ها و افزایش مرز دانه های ناششی از ان،لغزش مرزدانه اسانتر میشود.خواص مغناطیسی،دی الکتریکی،اپتیکی مواد سرامیکی به اندازه دانه ها بستگی دارد.
تخلخل:افزایش تخلخل در سرامیک ها موجب کاهش سطح مقطع و افزایش تنش وارد بر سرامیک میشود.بنابر این تخلخل ها میتواند لغزش مرزدانه را اسانتر کند که به افزایش سرعت خزش منجر میشود.
حفره ها از جمله مهم ترین عیوب در سرامیک های پلی کریستالی میباشد.حضور حفره ها محل های مناسبی برای شکل گیری ترک و رشد ان است.بنابر این حضور حفره ها یکی از دلایل رفتار ترد سرامیک ها در مقابل تنش های کششی است.خواص مکانیکی سرامیک ها را عمدتا حفره ها(در ارتباط با مقدار،اندازه،نحوه توزیع)مشخص میکند.اما از طرفی دیگر حضور حفره ها میتواند برای افزایش مقاومت در مقابل شوک های حرارتی مفید باشد.برای کاربرد های معینی مثل ***** مایعات و گاز ها،حضور حفره های مرتبط(حفره هایی که به یکدیگر راه دارند)مطلوبند.
حفره ها داخل سرامیک میتوانند مجزا یا بسته و یا به یکدیگر مرتبط باشند.تخلخل ظاهری اندازه حفره هایی را که به یکدیگر راه دارند نشان داده و نفوذ ناپذیری یا سهولت رسوخ وحرکت مایعات و گاز ها از درون یک سرامیک را مشخص میکند.
میزان تخلخل ظاهری سرامیک از طریق توزین سرامیک خشک(wd) و توزیع مجدد سرامیک معلق در اب(ws) و هم چنین بعد از خارج ساختن از اب(ww) با استفاده از روابط زیر تعیین میشود.
سرامیک های پیشرفته شامی کاربید ها،برید ها،نیتراید ها و اکسید ها هستند،جدول(11-5).این سرامیک ها اغلب به دلیل مقاومت سایشی و مقاومت به خوردگی بالایی که در دماهای بالا دارند،در ساخت قطعاتی از موتور های جت و توربین ها به کار میروند.گروهی از سرامیک های پیشرفته به دلیل داشتن خواص فیزیکی ممتاز(مغناطیسی،الکترونیکی و اپتیکی) در ساخت قطعات الکتریکی و الکترونیکی،عایق های الکتریکی با ولتاژ بالا و پایین،خازن ها،مبدل های سیگنال های الکتریکی و برعکس در تجهیزات التراسونیک و به عنوان سرامیک های مغناطیسی در کامپیوتر های بزرگ دیجیتالی برای ذخیره سازی داده ها،هم چنین با داشتن مقاومت خوردگی بالا در دماهای بالا به عنوان کاتالیزر های واکنش های شیمیایی،قابلیت به کار گیری به عنوان سنسور برای ردیابی گاز های خطرناک و به دلیل سازگاری با بدن انسان به عنوان تجهیزات و اجزایی از بدن انسان به کار میروند.سرامیک های پیشرفته هم چنین در قطع و وصل سیستم الکترونیکی،سیستم های نوری فلورسنتی با فرکانس بالا،***** های تداخل مخابراتی و کاربرد های مختلف دیگر اهمیت خاصی دارند.
تغییر شکل سرامیک ها در دماهای بالا:
از انجا که نا به جایی ها در سرامیک ها در دماهای پایین متحرک نیستند،تغییر شکل قابل توجهی در انها مشاهده نمیشود.در دماهای بالاتر،سیلان خمیری شکل یکنواخت و لغزش مرزدانه در تغییر شکل انها اهمیت میابد.معمولا سیلان یکنواخت خمیری شکل در شیشه ها و سرامیک هایی که شامل مخلوطی از فاز های شیشه ای و کریستالی هستند رخ میدهد،در حالی که لغزش مرزدانه در سرامیک هایی که عمدتا دارای ساختار کریستالی هستند،اتفاق می افتد.
خزش در سرامیک ها:
با توجه به اینکه سرامیک ها غالبا برای کاربرد در دماهای بالا طراحی شده اند،مقاومت خزشی برای انها اهمیت دارد.سرامیک های کریستالی به علت نقطه ذوب و انرژی محرکه بالا برای نفوذ مقاومت خزشی خوبی دارند.شکل(11-9)استحکام خمشی چند ماده سرامیکی را در مقایسه با سوپر الیاژ Ni-Cr نمایان میسازد.این شکل نشان میدهد که سرامیک ها تمایل به حفظ استحکام در مواردی تا بالاتر از دمای 1200 درجه ی سانتی گراد را دارند.
خزش در سرامیک های کریستالی غالبا ناشی از لغزش مرزدانه است.همین که دانه ها از کنار یکدیگر عبور میکنند شکل گیری ترک ها میتواند اغاز شود که احتمالا به شکست می انجامد.عواملی که لغزش مرزدانه را راحتر میسازد و نتیجتا مقاومت خزشی را کاهش میدهد:
اندازه دانه:نوعا سرامیک های دانه ریز محکم تر از دانه درشت هستند.با کوچکتر شدن اندازه دانه ها و افزایش مرز دانه های ناششی از ان،لغزش مرزدانه اسانتر میشود.خواص مغناطیسی،دی الکتریکی،اپتیکی مواد سرامیکی به اندازه دانه ها بستگی دارد.
تخلخل:افزایش تخلخل در سرامیک ها موجب کاهش سطح مقطع و افزایش تنش وارد بر سرامیک میشود.بنابر این تخلخل ها میتواند لغزش مرزدانه را اسانتر کند که به افزایش سرعت خزش منجر میشود.
حفره ها از جمله مهم ترین عیوب در سرامیک های پلی کریستالی میباشد.حضور حفره ها محل های مناسبی برای شکل گیری ترک و رشد ان است.بنابر این حضور حفره ها یکی از دلایل رفتار ترد سرامیک ها در مقابل تنش های کششی است.خواص مکانیکی سرامیک ها را عمدتا حفره ها(در ارتباط با مقدار،اندازه،نحوه توزیع)مشخص میکند.اما از طرفی دیگر حضور حفره ها میتواند برای افزایش مقاومت در مقابل شوک های حرارتی مفید باشد.برای کاربرد های معینی مثل ***** مایعات و گاز ها،حضور حفره های مرتبط(حفره هایی که به یکدیگر راه دارند)مطلوبند.
حفره ها داخل سرامیک میتوانند مجزا یا بسته و یا به یکدیگر مرتبط باشند.تخلخل ظاهری اندازه حفره هایی را که به یکدیگر راه دارند نشان داده و نفوذ ناپذیری یا سهولت رسوخ وحرکت مایعات و گاز ها از درون یک سرامیک را مشخص میکند.
میزان تخلخل ظاهری سرامیک از طریق توزین سرامیک خشک(wd) و توزیع مجدد سرامیک معلق در اب(ws) و هم چنین بعد از خارج ساختن از اب(ww) با استفاده از روابط زیر تعیین میشود.
(ww-ws)×100÷ (ww-wd)
تخلخل واقعی شامل هم تخلخل هایی که به یکدیگر راه دارند و هم تخلخل های بسته است.تخلخل واقعی که با خواص سرامیک بیشتر در ارتباط است از رابطه زیر به دست می اید:
تخلخل واقعی=B)/б×100 –б(
در این رابطه B چگالی توده یا نسبت وزن به حجم سرامیک وB=wd/(ww-ws) وб چگالی حقیقی یا وزن مخصوص سرامیک است.
ناخالصی:
ناخالصی های مختلف می تواند به شکل گیری فاز های شیشه ای در مرز دانه ها منجر شودکه موجب خزش با سیلان چسبنده میشود.
درجه حرارت:
دماهای بالا،استحکام مرز دانه ها را کاهش و سرعت نفوذ را افزایش میدهد و این فاز های شیشه ای را تقویت میکند.
سرعت خزش در شیشه ها به ویشکوزیته یا چسبندگی بستگی دارد.سرعت خزش شیشه از رابطه زیر به دست می اید.
در این رابطه б تنش اعمال شده و ŋ چسبندگی است.ŋ به عنوان نسبت تنش برشی به افت سرعت سیلان مایع لسبت به موقعیت ان از تنش برشی ، یعنی
ŋ=ŋ0exp(Qn /RT)
با کاهش دما ŋ افزایش میابد و تغییر شکل شیشه مشکل تر میشود.ŋ=ז÷(dV/dZ)
تعریف شده است.ŋطبق رابطه زیر به دما بستگی دارد:ŋ=ŋ0exp(Qn /RT)
تخزیب مکانیکی سرامیک ها:
مواد سرامیکی در دماهای پایین بسیار تردند.از این رو وجود عیوبی مانند ترک های ریز،تخلخل،فاز های شیشه ای خطر شکست ترد سرامیک ها را تشدید میکند.اثر عیوب از لحاظ اندازه،شکل و جهت متفاوت است.
شکست ترد:
وجود هر نوع عیب مقاومت کششی قطعه ی سرامیکی را محدود می سازد چون وجود ترک موجب تمرکز تنش و چند برابر شدن ان در نقاطی می شود.شکل(11-10)ترک سطحی به طول a را در ماده ای ترد نشان میدهد.با اعمال تنش کششی б تنش واقعی ایجاد شده در راس ترک برابر است با:
Бواقعی≈2б مواد سرامیکی در دماهای پایین بسیار تردند.از این رو وجود عیوبی مانند ترک های ریز،تخلخل،فاز های شیشه ای خطر شکست ترد سرامیک ها را تشدید میکند.اثر عیوب از لحاظ اندازه،شکل و جهت متفاوت است.
شکست ترد:
وجود هر نوع عیب مقاومت کششی قطعه ی سرامیکی را محدود می سازد چون وجود ترک موجب تمرکز تنش و چند برابر شدن ان در نقاطی می شود.شکل(11-10)ترک سطحی به طول a را در ماده ای ترد نشان میدهد.با اعمال تنش کششی б تنش واقعی ایجاد شده در راس ترک برابر است با:
برای ترک های بسیار ریز (rکوچک)یا ترک های با طول زیاد(a بزرگ)نسبت تنش کششی واقعی به تنش کششی بزرگ یا چند برابر میشود.اکر تنش واقعی ایجاد شده از حد استحکام تسلیم فراتر رود حتی اگر تنش به کار برده شده کوچک باشد ترک رشد میکند و سرانجام به شکست می انجامد.
با اعمال تنش б کرنش الاستیکی متناسب با مدول الاستیکی در ماده سرامیکی رخ میدهد.موقعی که ترک گسترش یابد این انرژی کرنشی رها شده موجاب کاهش انرژی سراسری می شود پس با کشش ترک دو سطح جدید ایجاد میشود که خود موجب افزایش انرژی در ارتباط با سطح میشود.با توازن انرژی کرنشی و انرژی سطحی میتوان تنش بحرانی لازم برای گسترش ترک را از رابطه گریفیث به دست اورد:
Бc=
در این رابطه انرژی سطحی است.این نشان میدهد که عیوب کوچک استحکام سرامیک را شدیدا محدود میکند.
وقتی تنش اعمالی از نوع کششی باشد نقش عیوب در تخریب بیشتر میشود.در حالیکه تنش های فشاری تمایل به بستن ترک دارند از اینرو سرامیک ها غالبا مغاومت فشاری بسیار خوبی دارند.
سرامیک ها به دلیل ترد بودن،مقاومت بالایی در مقابل شوک های حرارتی ندارند لذا برای کاربرد هایی با نوسانات دمایی محدودیت دارند.
فرایند تولید سرامیک های پیشرفته:
برای کسب پودر مواد خام با درجه خلوص مناسب اغلب از روشهای سنتز ویژه ای استفاده میشود.مثال تاثیر فرایند تولید بر خواص سیلسیم نیتراید در جدول (11-6)استبا اعمال تنش б کرنش الاستیکی متناسب با مدول الاستیکی در ماده سرامیکی رخ میدهد.موقعی که ترک گسترش یابد این انرژی کرنشی رها شده موجاب کاهش انرژی سراسری می شود پس با کشش ترک دو سطح جدید ایجاد میشود که خود موجب افزایش انرژی در ارتباط با سطح میشود.با توازن انرژی کرنشی و انرژی سطحی میتوان تنش بحرانی لازم برای گسترش ترک را از رابطه گریفیث به دست اورد:
Бc=
در این رابطه انرژی سطحی است.این نشان میدهد که عیوب کوچک استحکام سرامیک را شدیدا محدود میکند.
وقتی تنش اعمالی از نوع کششی باشد نقش عیوب در تخریب بیشتر میشود.در حالیکه تنش های فشاری تمایل به بستن ترک دارند از اینرو سرامیک ها غالبا مغاومت فشاری بسیار خوبی دارند.
سرامیک ها به دلیل ترد بودن،مقاومت بالایی در مقابل شوک های حرارتی ندارند لذا برای کاربرد هایی با نوسانات دمایی محدودیت دارند.
فرایند تولید سرامیک های پیشرفته:
روش های کسب پودر مواد خام با درجه خلوص مناسب:
1.فشردن و پختن
2.اتصال واکنشی
3.فرایند سل ژل
شکل دادن سرامیکها:
روشهای متداول:ریخته گری خمیری یا دوغابی یا خمیری،روشهای شکل دهی گل، فشردن پودر،فشردن ایزو استاتیک، فشردن گرم، فشردن ایزو استاتیک داغ،ریخته گری تحت فشار،شکل دهی نواری،قالب گیری تزریقی و روشهای پوشش دهی.تعد از شکل دهی قطعه ی سرامیکی تولید شده که شامل آب و روان کارهای افزوده شده بوده متخلخل بوده و محکم نیست.خشک کردن و احتراق تخلخل ها را کاهش ، چگالی و استحکام را افزایش میدهد.
1.فشردن و پختن
2.اتصال واکنشی
3.فرایند سل ژل
شکل دادن سرامیکها:
روشهای متداول:ریخته گری خمیری یا دوغابی یا خمیری،روشهای شکل دهی گل، فشردن پودر،فشردن ایزو استاتیک، فشردن گرم، فشردن ایزو استاتیک داغ،ریخته گری تحت فشار،شکل دهی نواری،قالب گیری تزریقی و روشهای پوشش دهی.تعد از شکل دهی قطعه ی سرامیکی تولید شده که شامل آب و روان کارهای افزوده شده بوده متخلخل بوده و محکم نیست.خشک کردن و احتراق تخلخل ها را کاهش ، چگالی و استحکام را افزایش میدهد.
