مقاله شیشه

مقاله شیشه (docx) 32 صفحه

دسته بندی : تحقیق

نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحات: 32 صفحه

قسمتی از متن Word (.docx) :

مقدمه : یکی از روش های متداول برای ساخت محصولات شیشه ای استفاده از شیشه های تخت است. اگر چه از این روش برای ساخت شیشه های تزئینی و کاربردی سالهاست که بویژه در اروپا استفاده می شود، لیکن شاید عمر آن در ایران به 10 سال نرسد. با توجه به این که روش ذوب شیشه تخت در کوره الکتریکی یک کار فنی و علمی است و اینکه آموزشآن در دانشگاه ها به عنوان واحد کارگاهی با اطلاعات شخصی و تجربی اساتید انجام می گیرد.من را به فکر تحقیق علمی پیرامون روش ها، ابزارها و مواد اولیه و ... این نوع ساخت شیشه انداخت به همین منظور شروع به تحقیق در مورد کتابها و منابع مربوطه کردم از آنجایی که هیچ منبعی به زبان فارسی در مورد این موضوع وجود ندارد، برای انجام پایان نامه تصمیم به ترجمه کتاب Kiln Firing Glass نوشته Boyce Lundstorm که کتاب جامعی در مورد شیشه و فرم دهی آن و حرارت دهی داخل کوره می باشد گرفتم. مطالب این پایان نامه بیشتر ترجمه مطالب کتاب مذکور به علاوه جستجو در برخی کتاب های مربوطه و سایت های مربوطه می باشد . با امید آنکه مورد توجه و استفاده عزیزان قرار گیرد. تاریخچه منابع بسیاری شروع شیشه گری را از حدود سال 2000 ق.م. تخمین زده اند، اما تاریخ شناسان در این مورد اختلاف نظر دارند."تاریخ شیشه سازی درایران هنوز به طور کامل شناخته نشده است . حفریات جدید باستان شناسان نشان می دهد که اولین آثار شیشه ای در ایران مهر های استانه ای می باشند که از محل حفریات چغازنبیل خوزستان به دست آمده است.همچنین از حفریات منطقه رودبار گیلان در تپه مارلیک نیز ظروف زیبای شیشه ای متعلق به اواخر هزاره دوم-اوایل هزاره اول پیش از میلاد به دست آمده است". "بدون شک رومی ها و مصری ها بهترین و پیشرفته ترین شیشه گران عصر خود بوده اند. نمونه های بسیاری از این آثار در موزه های دنیا نگهداری می شود بعنوان مثال در موزه کورنینگ نیویورک قطعات با ارزشی از آثار شیشه مذاب موجود است، که تصاویر آنها در صفحات بعد آمده است(تصویر 1و2).با بررسی این اشیاء اطلاعاتی در مورد روند ساخت شیشه مذاب بدست آمده است. اشیایی مانند کاسه هایی با فرم های پیچیده، جواهرات، و کاشی های تزئینی دیواری که تقریباً در سالهای 1500 ق.م. تا 500 بعد از میلاد ساخته شده است. لیکن بعد از این تاریخ یعنی 500 بعد از میلاد هیچ اثری از آنها یافت نشده است". مشخص نیست بعد از این تاریخ چه برسر آن آمد. 36576003048001001 2857500114300 -34290038100 5715003048002002 1.تکنیک موزائیک شیشه مربوط به مصر 1304-1080 قبل از میلاد. موزه کورنینگ نیویورک 2. تکنیک موزائیک شیشه مربوط به اسکندریه مصر .یک قرن قبل از میلاد. شاید این سئوال را بتوان اینطور پاسخ داد که پس از آن روش شیشه فوتی روش سریع و مطلوب فرم دهی شیشه شد. به نظر می رسد از سالهای 500 بعد از میلاد تا اوائل 1900 عاری از هرگونه اثر شیشه مذاب بوده است. البته باستثنای کارهایی که به روش ذوب شیشه خرده در قالب( Pate de verve ) انجام می شده که در دوره Art Nouveaou بسیار کاربرد داشته است. آثار <<هنری گراس>>، نمونه خوبی از این روش در سالهای 1880 تا 1920 بوده است. هنرمندان شیشه فوتی در دوره های اولیه از بعضی تکنیک های شیشه مذاب نیز برای ایجاد طرح روی آثار خود استفاده می کردند با این وجود فعالیت اصلی آنها در جهت بهبود روش فوق برای بازار در حال رشد شیشه بود. با درنظر گرفتن موارد فوق قابل در ک است که برای احیای دوباره شیشه مذاب ،زمان طولانی صرف شده است."در اواسط سده16 قبل از میلاد یک پیشرفت تکنولوژی اتفاق افتاد و باعث شد صنعت شیشه به صورت جدا گانه شروع به فعالیت کند .این پیشرفت شکل دهی به شیشه با استفاده ازقالب شنی بود که تقریبا برای 1500 سال بعد از آن بدون تغییر ،برای ساخت ظروف شیشه ا یاستفاده می شد.اولین نمونه ها در قسمت های شمالی بین النهرین پیدا شدند که نمونه ای از آنها بطری هایی که در اطراف پایه آنها اغلب شبکه ای از نوار های رنگی در هم شده دیده می شود و بیشتر آنها بین سده های 14و16قبل از میلاد ساخته شده اند.بزودی معلوم شد که شیشه ره می توان مجددا حرارت داد،به این ترتیب شیشه گران قادر به هم جوشی شیشه ها و ساخت یک شیئ یک پارچه شدند بعد از آن استفاده از قالب و نقش انداختن بر روی آن به شیشه گران اجازه داد تا ماده اولیه را به صورت کاسه بشقاب و لیوان درآورند.در نتیجه ظروف شیشه ای موزائیکی به وجود آمدند". تکنولوژی شیشه بهترین دوران رشد و ترقی خود را در طول دوره رنسانس اروپا و همچنین بعد از آن طی کرد. ولی به دلایلی آنطور که انتظار می رفت ،روش ساخت شیشه مذاب تولد دوباره ای در این دوران طلایی نداشت. در این دوران به این روش کم توجهی یا حتی از آن چشم پوشی شد. در دوران معاصر نیز این روش از رشدی که سایر روشهای فرم دهی شیشه داشته، محروم بوده است. هرچند هزاره اول تاریخ 4 هزارساله شیشه گری از آثار بجامانده غنی بوده است ،ولی بنظر می رسد در 2000 ساله بعدی در این زمینه کار نشده است.« ال. سی.تیفانی» در شاهکارهای خود از این هنر استفاده کرده است. او در اثار خویش از نوارهای با این روش برروی سطوحی که بصورت شیشه فوتی آماده می شد، استفاده می کرد. همچنین از تکه های دمیده شده که وسیله تکنیک Slump به صورت تخت درآمده اند و سطح هایی بافت دار یا نقش دارند، استفاده می کرد. از حدود سالهای 1935 لعاب شیشه ای، روش Slump و برحسب اتفاق شیشه مذاب دوباره ظاهر شد. در آن دوران انواع مختلفی از شیشه در دسترس بود. از شیشه های جام ارزان قیمت گرفته تا بطریهای شیشه ای رنگی این روش دوباره فرم دهی شیشه در یک سری گروههای کوچک درنواحی از آمریکا گسترش پیدا کرد، لیکن در ابتدا درک تکنولوژی شیشه و دانش نحوه استفاده از شیشه در رأس این فعالیت ها نبود. تعریف و خواص مواد دیرگداز 1- تعرف مواد دیرگداز طبق تعریف به موادی دیرگداز گفته می شود که نقطه خمیری شدن آنها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد باشد. معمولاً نقطه خمیری شدن را با مخروط زگر می سنجند. این مخروطها از مواد دیرگداز ساخته می شوند و دارای نقطه خمیری شدن مشخصی هستند. هر مخروط با شماره زگر مشخص می شود. جدول (1) شماره مخروطهای زگر و درجه حرارتهای خمیری شدن آنها را برحسب سانتیگراد نشان می دهد. برای تعیین نقطه خمیری شدن یک آجر دیرگداز معمولاً آن را به شکل مخروط زگر با همان ابعاد استاندارد درآورده و در کوره مخصوصی که بتوان اجسام را در حین حرارت دادن رؤیت کرئ قرار می دهند. دور جسم را مخروطهای زگر با شماره های مختلف می چینند، در حین بالا بردن درجه حرارت کوره، دائماً وضعیت داخل را مشاهده می کنند و هنگامی که جسم کاملاً نرم شده و رأس آن ختم شده و با قاعده در یک سطح قرار گرفت حرارت دادن را قطع می کنند، آنگاه نمونه و مخروطها را پس از سرد شدن از کوره خارج نموده و وضعیت مخروطهای زکر را مورد بررسی قرار می دهند. هر کدام از مخروطها که به شکل جسم مورد نظر درآمده بود (از نظر خم شدن رأس و قرار گرفتن آن در سطح قاعده) شماره دیرگدازی آجد مورد نظر با شماره آن مخروط زگر (که قابل تبدیل به درجه سانتیگراد است) مساوی خواهد بود. 2- ساختمان مواد دیرگداز مواد دیرگداز از مخلوطی از فازهای بلوری مختلف و فازهای شیشه ای گوناگون و تخلخل تشکیل می شوند. 3- نقش مواد دیرگداز نقش این مواد محافظت از محفظه هائی است که در آنها واکنش ها یا عملیاتی در درجه حرارتهای بالا انجام می گردد، منظور از واکنش ها یا عملیات یا واکنش های فیزیکی، شیمیائی و مکانیکی است. مکانهائی که این مواد به کار می روند معمولاً مکانهائی هستند که با دماهای بالا سر و کار دارند مانند صنایع آهن و فولاد، صنایع غیرآهنی، ریخته گری، کارخانجات شیشه و سرامیک، کارخانجات مولد نیرو، راکتورهای اتمی، صنایع سیمان و آهک و کوره های صنعتی. جدول یک - شماره مخروطهای زگر (Seger) و اورتون (Orton) همراه با درجه حرارت معادل آنها برحسب سانتیگراد درجه حرارت معادل برای مخروطهای زگر درجه حرارت معادل برای خروطهای امریکائی اورتونشماره مخروط137513951410144014701490152015301540156015851605163516551680169517101730175517801805183018551875190019401980133713491398143014911512152215411564159016051627163816451654167917171740175917841796183018501865188519702015121314151617181920232627282930313233343536373839404142 4- خواص مهم مواد دیرگداز 1-4 دیرگدازی که با شماره مخروط زگر مشخص می شود. 2-4 مقاومت در برابر سرباره 3-4 پایداری در برابر شوک حرارتی (تغییرات ناگهانی درجه حرارت) 4-4 پایداری در برابر فشار در درجه حرارت اطاق (سرد) 5-4 پایداری در برابر فشار در درجه حرارت بالا 6-4 پایداری حجمی در هنگام حرارت دادن مجدد 7-4 انبساط حرارتی 8-4 قابلیت هدایت حرارت 9-4 تخلخل و دانسیته 10-4 قابلیت نفوذ (در مقابل گازها) 11-4 مقاومت در برابر ضربه 12-4 خزش 5- روشهای اندازه گیری و سنجش خواص فوق 1- 5 دیـرگـدازی به روشی که قبلاً شـرح داده شد (به کمک مخروطهای زگر) سنجیده می شود. 2- 5 مقاومت در برابر سرباره معمولاً آجرهای دیرگداز ممکن است در کوره ها یا پاتیل ها در تماس با سرباره قرار گیرند. سرباره ها از نظر خواص شیمیائی به دو دسته اسیدی و قلیائی تقسیم می شوند، بسته به خواص سرباره و آجر، امکان واکنش بین آنها وجود دارد (آجر اسیدی با سرباره قلیائی و بالعکس). روش اندازه گیری خاصیت فوق بدین ترتیب است که آجر را سوراخ کرده و آنرا با سرباره جامد پر می کنند و پس از حرارت دادن در کوره به مدت مورد نظر آنرا خارج کرده و بعد از سرد شدن آنرا برش داده و میزان نفوذ سرباره به داخل آجر و واکنشهای انجام شده را در زیر میکروسکپ مورد مطالعه قرار می دهند. 3- 5 مقاومت در برابر شوک حرارتی برای سنجش خاصیت فوق قطئه ای از آجر را بریده و پس از حرارت دادن در کوره به مدت معین، آنرا خارج کرده و در هوا یا آب به مدتی معین خنک می کنند و این سیکل گرم کردن و سرد کردن را آنقدر ادامه می دهند که آجر کاملاً خرد شده و یا اولین ترک ها در آن ظاهر گردد (معیار مذکور انتخابی است و می تواند یکی از این معیارها به عنوان معیار شکست آجر در نظر گرفته شود). معمولاً تعداد سیکل ها اگر بالای 30 بود مقاومت آجر در برابر شوک، بسیار عالی است. عوامل موثر در مقاومت در برابر شوک عبارت از انبساط حرارتی، هدایت حرارتی و خواص الاستیک مواد دیرگداز می باشد. برخی از مواد دیرگداز ممکن است از نظر انبساط حرارتی دارای خاصیت انیزوتروپی بوده و در جهات مختلف دارای، ضرایب انبساط حرارتی مختلفی باشند (مثل گرافیت و آلومینا). این امر ممکن است مقاومت در برابر شک را کاهش دهد از سوی دیگر مواد دیرگداز از فازهای مختلفی تشکیل می شوند که ممکن است دارای ضرائب انبساط کاملاً متفاوتی باشند. در این صورت نیز پایداری در برابر شوک ممکن است پایین باشد. هدایت حرارتی باعـث می شود که جسم پس از خروج از محیط گرم و قرار گرفتن در محیط سرد بتواند زودتر شیب حرارتی خود را کاهش دهد (اختلاف درجه حرارت بین سطح و مرکز جسم به سرعت بیشتری کم می شود و مرکز زودتر به درجه حرارت سطح می رسد)، در مورد جسم عایق این موضوع صادق نیست و خود این امر باعث می شود که پس از مدتهائی مدید مرکز جسم هنوز گرم و سطح سرد باشد و در نتیجه مقدار انبساط و انقباض در سطح و مرکز متفاوت بوده و باعث ترک شود. خاصیت الاستیسیته جسم هر چقدر بیشتر باشد جسم می تواند تنش های بیشتری را قبل از ایجاد ترک و خرد شدن تحمل کند و مقاومت آن در برابر شوک بهتر خواهد بود (اجسام سرامیکی معمولاً به صورت کاملاً الاستیکدر نظر گرفته می شوند که تنها دارای تغییر شکل الاستیک بوده و قبل از انجام تغییر شکل پلاستیک می شکنند). عامل دیگر، تغییرات فاز است که در صورت توام بودن با تغییرات حجمی زیاد ممکن است در آن محدوده، جسم دارای مقاومت کمی در برابر شوک حرارتی باشد (مثلاً کوارتز در حدود 573 که تبدیل به در آن انجام می گیرد). تمام این عوامل ممکن است باعث ایجاد ترک های موئی ریز در جسم شده که در اثر رشد این ترک ها جسم عاقبت خرد شود. بنابراین پائین بودن ضریب انبساط حرارتی، یکنواخت بودن نسبی آن در تمام جهات، اختلاف کم در ضریب انبساط حرارتی مواد تشکیل دهده جسم دیرگداز، هدایت حرارتی خوب، عاری بودن جسم از تغییرات فازی در آن درجه حرارت (درجه حرارت اندازه گیری مقاومت در برابر شوک)، الاستیسیته زیاد جسم (پائین بودن E) همه عوامل موثری در بالا بودن پایداری اجسام در برابر شوک حرارتی هستند. تخلخل آجر نیز یکی از عواملی است که باعث مقاومت در برابر شوک می شود به علت این که خلل و فرج می تواند ترکها را متوقف کرده و از رشد آنها جلوگیری کنند. 4- 5 پایداری در برابر فشار در درجه حرارت اتاق با افزایش فشار بر روی آجر می توان فشاری را که آجر در درجه حرارت اتاق خرد می شود اندازه گیری کرد. تخلخل اثر منفی بر روی خاصیت فوق دارد. 5- 5 پایداری در برابر فشار در درجه حرارتهای بالا دو نوع روش برای اندازه گیری خاصیت فوق وجود دارد. 1- روش درجه حرارت فزاینده 2- روش درجه حرارت ثابت در روش اول جسم را تحت فشار ثابت و معینی به میزان PSI28 قرار می دهند (یا PSI50 در مورد آجرهای سیلیسی به علت بالا بردن مقاومت فشاری گرم آنها) و سپس درجه حرارت را با منحنی مشخصی بالا می برند تا جسم به اندازه معینی مثلاً 10% کاهش طول نشان دهد و درجه حرارت مربوطه به عنوان معیار مقاومت فشاری گرم در نظر می گیرند. در روش فوق می توان آزماش را تا شکست کامل جسم ادامه داد و درجه حرارت شکست را یادداشت کرد. در روش دوم نمونه را داخل کوره گذاشته (تحت همان فشار استاندارد) و درجه حرارت را به مقدار معین و ثابتی می رسانند (مثلاً 1500) و زمان لازم برای شکست جسم در آن دما و یا 10% تغییر فرم در آن دما را یادداشت کرده و این زمان معیار مقاومت فشاری گرم خواهد بود (زمان هرچه بیشتر باشد، مقاومت بیشتر است). 6- 5 پایداری حجمی هنگامی که مواد دیرگداز را به کار می بریم اگر واکنش های انجام شده در هنگام پخت به صورت کامل انجام نشده باشند ممکن است در هنگام کاربرد، آجر منقبض یا منبسط شود( در اثر ادامه واکنش های انجام شده در هنگام پخت) معمولاً برای اندازه گیری این عامل، آجر را طبق منحنی مشخصی حرارت داده و پس از رسیدن به درجه حرارت مربوطه آنرا برای مدتی در کوره نگاه می دارند و بعد از آن کوره را خاموش کرده و طول نمونه را اندازه گیری می کنند. به وسیله آن باطول نمونه قبل از حرارت دادن می توان پی به انقباض یا انبساط آجر برد. 7- 5 انبساط حرارتی این خاصیت را به وسیله دیلاتومتر اندازه گیری می کنند. 8- 5 هدایت حرارتی - روش اندازه گیری این خاصیت نیازمند توصیحات نسبتاً مفصل می باشد که از حوصله این جزوه خارج است. 9- 5 تخلخل تخلخل بر دو نوع است: 1- تخلخل باز که با سطح آزاد نمونه ارتباط دارد. 2- تخلخل بسته که با سطح آزاد نمونه ارتباط ندارد. روابط بین تخلخل ها و دانسیته های مختلف به قرار زیر می باشد. 4587240215265جرمVb00جرمVb 457200011938000=حجم تخلخل بسته + حجم تخلخل باز + حجم حقیقی = دانسیته کلی 4587240215265جرمVas00جرمVas 457200011938000= Dasحجم تخلخل بسته + حجم حقیقی = Vas حجم ظاهری جامد. دانسیته ظاهری جامد 4587240215265جرمVt00جرمVt 457200011938000= Dtحجم جسم جامد بدون در نظر گرفتن = Vt حجم حقیقی دانسیته حقیقی 1344930239395حجم تخلخل بازVb00حجم تخلخل بازVb 127825514414500= Pa تخلخل ظاهری 1257300239395حجم تخلخل باز و بستهVb00حجم تخلخل باز و بستهVb 127825514414500= Pt تخلخل ظاهری 1344930239395حجم تخلخل بستهVb00حجم تخلخل بستهVb 127825514414500= Pc تخلخل ظاهری آزمایش تعیین تخلخل: 11201402503170Waحجم کلی جسم = Wc - Wb00Waحجم کلی جسم = Wc - Wbابتدا جسم را در هوا وزن کرده و سپس در داخل آب قرار می دهیم و آب را می جوشانیم تا هوا خارج شده و آب در داخل خلل و فرج نفوذ کند (زمان حرارت دادن استاندارد است). و در این حال خلل و فرج باز، پر از آب می شود. پس از خشک کردن سطح نمونه با پارچه خیس دوباره آنرا در هوا وزن کرده سپس همان جسم پر از آب را در آب وزن می کنند. اگر وزن جسم در هوا قبل از فرو بردن در آب ، وزن جسم پر از آب در هوا ، و وزن همین جسم در آب باشد : 117729014478000= Db دانسیته کلی و حجم حقیقی را از طریق پیکنومتر تعیین می کنند. جسم را به شکل پودر در آورده و آنرا در داخل پیکنومتر پر از آب می ریزند و حجم حقیقی را به دست می آورند. (پیکنومتر ظرفی است مخصوص این کار). 10- 5 مقاومت در برابر ضربه این آزمایش با دستگاه مخصوص آزمایش ضربه که در مورد فلزات نیز به کار می رود انجام می شود. در اینجا نمونه های استاندارد با نمونه های فلزی متفاوت هستند. 11- 5 خزش خزش عبارت است از تغییر شکل جسم برحسب زمان در درجه حرارتهای بالا و تحت تأثیر تنش. تنش وارده در حدی است که در دماهای معمولی ایجاد تغییر طول در نمونه نمی کند اما در درجه حرارتهای بالا (معمولاً بیش از نصف نقطه ذوب ماده) تغییر شکل ظاهر می شود و تا شکست ادامه می یابد. معمولاً در مورد سرامیکها، این آزمایش تحت فشار انجام می شود (اصولاً سرامیکها که مواد دیرگداز نیز جزئی از آنها هستند در برابر فشار تحمل بیشتری دارند تا در مقابل کشش). 6- انواع آجرهای دیر گداز آجرهای دیرگداز را می توان از سه نظر تقسیم بندی کرد. 1- از نظر شیمیائی (اسیدی، خنثی، قلیائی) 2- روش تولید : الف) پرس خشک ب) اکستروژن (به شکل گل) ج) ریخته گری دوغ آبی (در قالب های گچی) 3- دیرگدازی الف) درجه حرارت پائین 28 – 19 زگر Low duty ب) درجه حرارت متوسط 30 – 28 زگز intermediate duty ج) درجه حرارت بالا 33 – 30 زگر high duty د) درجه حرارت فوق العاده بالا - بالای 33 super duty از نظر اسیدی و خنثی و قلیائی بودن تقسیم بندی مواد دیرگداز به قرار زیر است. 1- اسیدی: زیرکونیائی، زیرکونی، سیلیکائی، شبه سیلیکائی، خاکنسوز، کائولین، خاک نسوز با آلومینای بالا، سیلیمانیتی، مولیتی. 2- خنثی: بوکسیتی، آلومینائی، کربنی، سیلیکون کاربیدی، کرمی، کرم – آلومینایی کرم – منیزیتی. 3- قلیائی: منیزیت – کرمی، منیزیتی، پریکلاس، دولومیتی، فورستریتی. 4- مواد اولیه آجرهای دیرگداز: مواد دیرگداز عموماً از اکسیدها که نقطه ذوب بالائی دارند ساخته می شوند. جدول زیر نقطه ذوب برخی از اکسیدها را نشان می دهد. نقطه ذوب نام اکسید172320202570CaO2800MgO22652750 بخش دوم انواع آجرهای دیرگداز 7- دیرگدازهای ویژه 1-7- مقدمه: ساختمان بلوری دیرگدازهای ویژه ساختمان های اکسیدی: ساختمانهای ساده اکسیدهای فلزی از چیده شدن متراکم یونهای اکسیژن به صورت F.CC با هگزاگونال تشکیل می شود که کاتیونهای فلزی در جاهای خالی یا حفره های شبکه قرار می گیرند بسیاری از آنها دارای ساختمان نمک طعام می باشند. (مانند Mgo ، Cao و Feo و . . .) در اینجا یونهای بزرگ اکسیژن یک ساختمان F.C.C تشکیل می دهند و تمام حفره های هشت وجهی توسط یونهای فلزی پر می شود. عدد کوردیناسیون هم برای کاتیون و هم برای آنیون 6 است. در مورد Beo ساختمان متفاوت است و نسبت شعاعی کوچک باعث می شود که عدد کوردیناسیون بریلیوم چهار باشد و ساختمان به این ترتیب تشکیل می شود که اتمهای اکسیژن در شبکه هگزاگونال قرار گرفته و نیمی از فضاهای چهار وجهی توسطBe پر می شود. در مورد (توریا) اندازه نسبتاً بزرگ یونهای توریوم باعث می شود که ساختمان از چیدن مکعبی ساده آنیون های اکسیژن تشکیل شود که یونهای توریوم در نیمی از فضاهای خالی قرار می گیرند. هر فضای خالی توسط هشت اتم محصور شده است. این ساختمان شبیه بوده و به نام ساختمان فلوئوریت موسوم است. ساختمان مونو کلینیک نیز نظیر ساختمان فوق است. در مورد اکسیدهای مرکب ما در اینجا فقط با زیرکون سروکا خواهیم داشت که ساختمان آن از نوع ارتو سیلیکاتها است که در آن واحدهای ساختمانی مستقل و منفرد بوده و توسط کاتیونها به هم متصل می شوند. این واحدها به صورت چهار وجهی هائی هستند که در وسط آن قرار گرفته و در چهار رأس چهار یون اکسیژن جای می گیرند. می توان گفت یونهای اکسیژن در ردیف های هگزاگونال چیده شده و کاتیونهای Zr در فضاهای هشت وجهی و Si در فضاهای چهار وجهی قرار می گیرند. ساختمان کار بیدها، نیتریدها، بوریدها، سیلیسیدها: فلزات گروه عناصر انتقالی با کربن، نیتروژن، بوروسیلیسیم ترکیب شده و ترکیباتی تشکیل می دهد که بسیار سخت بوده و دارای نقطه ذوب بالائی هستند. در اینجا یونهای فلزی M بزرگتر از یونهای غیرفلزی هستند (یونهای x) در نتیجه یونهای غیرفلزی در جاهای بین نشینی قرار می گیرند. موادی که به عنوان مواد دیرگداز ویژه مورد نظر ما هستند، ترکیبات بینابینی ساده ای هستند intermediate Compounds که از نوع MX ، ، یا می باشند. آنها را می توان مطابق نسبت شعاعهای اتمی طبقه بندی کرد که همانور که قبلاً گفته شده در مورد این مواد همواره کوچکتر از یک است. اگر این نسبت کوچکتر از 59/0 باشد، اتمهای فلزی معمولاً شبکه ای از نوع مکعبی متراکم F.C.C یا هگزاگونال تشکیل می دهند که در آن اتصال فلزی غلبه دارد. نسبت های شعاعی بزرگتر از 59/0 معمولاً با ساختمانهای بلوری پیچیده همراه هستند، که در آنها اتصال فلز - شبه فلز حد واسط بین اتصال کووالانت و فلزی است در مورد سیلیکون کاربید (کاربید سیلیسیم) الکترونگاتیویته دو عنصر مساوی بوده و ساختمان کاملاً کووالانت است. 2-7- روشهای تولید دیرگدازهای ویژه 1- مواد اولیه و آماده سازی آن در اینجا ما هم با اندازه دانه و هم توزیع آن (مواد اولیه) سروکار داریم. اکنون تمایل صنعت بیشتر به سمت استفاده از دانه های ریزتر است (به منظور استفاده از سرعت های بیشتر زینتر یا درجه حرارتهای پائین تر برای عمل زینتر، با افزایش سطح ویژه دانه های مواد اولیه). هدف در اینجا بیشتر دست یابی به اتصال مستقیم جامد به جامد می باشد. بال میل (آسیاب گلوله ای) یا رادمیل (آسیاب میله ای) معمولیف در صورت کاربرد برای تولید پودرهای ریز از چنین مواد سختی دارای راندمان خوبی نیست. به ویژه هنگامیکه ما دانه های بسیار ریز 10 – 1 میکرون لازم داشته باشیم. اخیراً استفاده از آسیاب های گلوله ای لرزشی متداول گشته است. آسیاب گوله ای لرزشی عبارت است از دستگاهی که در آن ظرف محتوی گلوله ها فرکانس های 700 ، 1400 یا 2800 سیکل در دقیقه نوسان می کند. نه تنها می توان فرکانس نوسان را با دور موتور تغییر داد بلکه می توان انرژی آسیاب را نیز با تغییر دامنه نوسان داد. چنین آسیابهائی می توانند مواد سختی مانند کاربید تنگستن یا تینانیوم دی بوراید را ظرف 9-6 ساعت از اندازه اولیه 10 میکرون به 2 میکرون برسانند. آنها قادر هستند که مواد نرمی مانند گرافیت را نیز آسیاب کنند. عمل آسیاب می تواند خشک یا تر انجام شود. در مورد کاربیدها، نیتریدها و مانند آنها مایع به کار رفته باید غیر قطبی باشد مانند الکل سفید در حالیکه در مورد اکسیدها می توان از آب استفاده کرد. روش خشک کردن دمشی (Spray drying) به تدریج به روشی بسیار مهم در آماده سازی مواد اولیه تبدیل شده است. یک دوغاب یا محلول تعلیقی مرکب از مواد از طریق یک افشانک nozzle یا با پاشیدن بر روی یک دیسک چرخان به قطرات ریزی تقسیم شده و به داخل یک محفظه پاشیده می شود. در داخل این محفظه (که به شکل استوانه است) جریان هوای گرمی به سمت پائین در حال حرکت است که باعث خشک شدن قطرات شده و آنها به شکل ذرات پودر کروی در ته ظرف جمع می شوند. این کرات اغلب توخالی هستند. جریان محصول به دست آمده به علت داشتن شکل کروی در قالب (لغزیدن بر روی هم و پر کردن قالب) به سهولت انجام می گیرد. 2- روش های شکل دادن دیرگدازهای ویژه الف : ریخته گری دوغابی و ریخته گری Thixotropic ساخت اشیاء دیرگداز به کمک فرآیندهای ریخته گری دوغابی سابقه زیادی دارد. اما اغلب مواد حاوی رس از این طریق ریخته گری می شدند (در قالب گچی) اما این روش اکنون به عنوان روشی از شکل دادن برای اکسیدهای خالص و کاربیدها نیز به کار می رود. مزایای ریخته گری دوغابی عبارت است از : 1- این روش می تواند اشیائی با اشکال نسبتاً پیچیده به وجود آورد. (هم به صورت توپرو هم به صورت مجوف) 2- می توان توزیع نسبتاً یکنواختی از وزن مخصوص به وجود آورد. 3- تنها احتیاج به وسایل ساده دارد، در نتیجه برای دوره های کوتاه تولیدی باصرفه است. ویسکوزیته دوغاب باید کنترل شود. معمولاً دانه های نسبتاً درشت نیز به کار می روند (برای تأمین کانالهای بین دانه ای با اندازه مطلوب که می تواند دوغاب را خارج کند). تیکسروتروپی عبارت است از سرعت تغییرات ویسکوزیته دوغاب با زمان و یا سرعت کرنش برشی (Shearing Strain rate) روش ریخته گری تیکسوتروپیک تقریباً مشابه با ریخته گری دوغابی است، با این تفاوت که در اینجا می توان از مواد دانه درشت نیز استفاده کرد. دوغاب تیکسروتروپیک از مجموعه مواد دیرگداز (دانه درشت و دانه ریز) همراه با آب (حداقل مقدار) و مواد معلق ساز (defloculants) تشکیل می شود. این مواد را در داخل قالب گچی می ریزند و برای جلوگیری از بسته شدن دوغاب معمولاً قالب را به طرق گوناگون وادار به نوسان می کنند. ب : روش های فشردن سرد قطعه های سرامیکی را به طور سنتی همراه با مواد رسی یا سایر مواد پلاستیک (شکل پذیر) به شکل مورد نظر در می آورند. این عمل بدان دلیل است که خواص شکل پذیری مطلوب را به آن بدهیم. روش فوق ساده است اما معمولاً توأم با از دست دادن برخی از خواص شیمیائی و مکانیکی، به خصوص در دماهای بالا است که این امر نمی تواند در مورد کاربرد دیرگدازهای ویژه خالی از اشکال باشد. مواد دانه درشت را می توان با به کار بردن مخلوط مناسبی از دانه های مختلف و فشار لازم به خوبی فشرده کرده و به وزن مخصوص خام بالایی دست یافت. اما به علت سطح ویژه کمی که این مواد دارند زینتر آنها به آسانی امکان پذیر نیست، و دست یابی به وزن مخصوص های بالا (پس از پخت) بسیار مشکل است. اکنون تمایل بیشتر به سمت استفاده از مواد اولیه ریزدانه است (به منظور دست یابی به وزن مخصوص های بالا پس از پخت) اما در اینجا انقباض زیاد مسئله ساز است، زیرا برای دست یابی به تولورانس های مطلوب باید وزن مخصوص خام همواره یکسان و یکنواخت باشد. دست یابی به وزن مخصوص خام یکنواخت و ثابت با به کار بردن روش های معمولی فشردن و پرس کردن مواد اولیه نرم و ریز مخصوص در مورد اشکال پیچیده مسئله ساده ای نیست. بعضی از روشهای ویژه فشردن سرد عبارتند از : ب–1– پرس ایزواستاتیک پرس ایزواستاتیک برای این مسئله راه حل جالبی ارائه می دهد. در اینجا مسئله اصطکاک قالب اصلاً مطرح نیست و فشار از همه سو به یکسان وارد می شود. ابتدا مخلوط مورد نظر را در داخل قالب های قابل ارتجاع (لاستیکی) قرار داده و سپس آنرا در داخل محفظه فشار قرار می دهند. در دور محفظه فشار، مایعی مانند ب یا گلیسرین وجود دارد. فشار وارده از طریق مایع به قالب لاستیکی منتقل شده و پودر مربوطه را در داخل قالب فشرده می سازد. در اینجا در صورت دقت در مورد پرکردن قالب می توان به تولورانس های بسیار جالب دست یافت. فشاری در حد PSI100.000 در اینجا به آسانی قابل دست یابی است. وزن مخصوص هائی در حد %90 وزن مخصوص تئوریک را می توان به سهولت وجود آورد. می توان از مواد کاملاً خشک بدون اضافه کردن آب یا چسب و حتی به صورت کاملاً غیرپلاستیک استفاده کرد. در اینجا می توان لوله ها - میله ها و سایر اشکالی را که دارای نسبت طول به قطر نسبتاً زیادی هستند به آسانی پرس کرد. ب–2– پرس لرزشی دستگاه مربوطه از یک پرس تشکیل شده است که در آن می توان یک نیروی نوسان کننده را (معمولاً سینوسی) به نیروی استاتیک معمولی اضافه کرد. در اینجا نیروی استاتیک لازم برای ایجاد مقدار معینی از فشردگی بسیار کمتر از حالتی است که در مورد فشردن ساده لازم است. این روش به خصوص درمورد شکل دادن مواد سخت با اشکال نامنظم به کار می رود. نیروی لرزشی (نوسانی) می تواند همزمان، با اعمال نیروی استاتیک یا قبل از آن اعمال گردد. این موضوع بستگی به نوع ماده مورد نظر دارد. زمان لرزش یا نوسان، کوتاه بوده و معمولاً بیش از 20 ثانیه نیست. ب–3– شکل دادن با انرژی زیاد در اینجا از یک ضربه پنوماتیک – مکانیکی استفاده می شود، که فک متحرکی با سرعت 50 مایل بر ساعت به پودری که داخل ماتریس قرار گرفته استف ضربه وارد می سازد. انرژی حاصله حدود 150.000 فوت – پوند در 5 – 3 هزارم ثانیه است. چنین انرژی زیادی که یک باره آزاد می شود، باعث ایجاد تنش های حبس شده در مواد داخل ماتریس شده (معمولاً پودرهای ترد) و آزاد شدن این تنش ها در هنگام زینتر به فرآیند فوق سرعت و قوت بیشتری می بخشد. کنترل وزن مخصوص ظاهراً مشکل است زیرا وارد آمدن سریع فشار باعث می شود که نواحی نزدیک فک فشرده تر از قسمت های دیگر شوند. ب–4– قالب گیری تزریقی پلاستیک روش فوق برای تولید زیاد اشیاء دیرگداز با سرعت زیاد به کار می رود. مثلاً در مورد اکسید آلومینیوم، پودر ریز آلومینا را (با دانه بندی 5 – 1 میکرون) با حدود 22% پلی استیرن Polystyrene مخلوط کرده و در درجه حـرارت 150- 120 از طـریـق تـزریـقـی شـکـل می دهند. اشیاء به دست آمده دارای کمترین وزن مخصوص (نسبت به روش های دیگری که تا به حال ذکر شده) خواهند بود. 3- روش های زینتر کردن دیرگدازهای بسیار خاص باید در درجه حرارتهای بسیار بالایی زینتر شوند تا اتصال مستقیم حالت جامد در آنها ایجاد شود. برای مواد استوکیومتریک، ذکر شده است که دماهائی در حدود M75/0 باید به کار رود که در اینجا M عبارت از نقطه ذوب ماده مربوطه است (برحسب کلوین). چنین درجه حرارتی در مورد آلومینای خالص 1800 ، برای بریلیا و زیرکونیها حدود 1850 و برای توریا حداقل 2000 خواهد بود. نباید فراموش کرد که عوامل دیگری مانندسطح مخصوص هم در اینجا نقشی به عهده خواهند داشت. چنین درجه حرارتهائی را می توان در کوره های گاز سوز با سیستم ری کوپراتیو به دست آورد (مثلاً با به کار بردن آتمسفر غنی از اکسیژن). هنگامیکه کنترل دقیق آتمسفر لازم باشد، مثلاً در مورد زینتر کردن اکسیدهای خالص یا کاربیدها، نیتریدها و بوریدها کوره های الکتریکی ترجیح دارند. روش های زینتر تحت فشار: موادی که در درجه حرارت پخت تولید فاز مایع نمی کند و در نتیجه ایجاد استحکام در آنها بستگی به تشکیل اتصال مستقیم جامد – جامد دارد، اکنون بیشتر از طریق اعمال فشار حین فرآیند زینتر ساخته می شوند. روش فوق الذکر به "پرس گرم" موسوم است اما بهتر است زینتر تحت فشار نامیده شود تا با روش های دیگر شکل دادن گرم که توأم با عمل زینتر نیست اشتباه نشود. روش مورد نظر اساساً عبارت است از قرار دادن مواد (معمولاً به شکل پودر) در داخل ماتریس و بستن آن توسط سمبه و سپس اعمال توأم فشار و حرارت. شرایط دقیق فشار – درجه حرارت بستگی به شکل، نوع ماده و خواص فیزیکی قطعه مورد نظر دارد. معمولاً فشار و درجه حرارت می توانند تا حدودی به جای هم جایگزین شوند اما چون فرآیند فوق معمولاً به آهستگی انجام می گیرد (مثلاً ده قطعه در روز) بهتر است که بالاترین دمای ممکن را انتخاب کنیم اما محدودیت ما در اینجا استحکام گرم موادی است که در ساخت سمبه و ماتریس از آنها استفاده می شود. برای ساخت سمبه و ماتریس اغلب از گرافیت استفاده می کنند و معمولاً استحکام آن با افزایش درجه حرارت زیاد می شود (لااقل تا دمای 2500) این ماده را به آسانی می توان از طریق القایی به وسیله جریانهای با فرکانس زیاد گرم کرد. اما مهمترین عیب این قالب ها، مقاومت کم آنها در برابر اکسیداسیون است. قالب های فلزی از جنس نایمونیک و مولیبدن و تنگستن نیز به کار می روند. زینتر تحت فشار این مزیت را دارد که آماده سازی مواد اولیه آن در مقایسه با روش زینتر معمولی اهمیت کمتری دارد. افزایش سرعت دیفوزین در صورت اعمال فشار، دست یابی به تخلخل های بسیار کم و حتی صفر را امکان پذیر می سازد. در واقع بسیاری از کاربیدها، نیتریدها، بوریدها و سیلیسیدهای با تخلخل کم تنها از این طریق می توانند ساخته شوند. پرس داغ مداوم: روش پرس داغ کمتر به صورت روش تجارتی درآمده است و دلایل آن به قرار زیر است : الف – روش بسیار آهسته است و بیشتر از ده – دوازده قطعه در روز نمی تواند تولید کند. ب – شرایط فشار و درجه حرارت طوری است که عمر ماتریس و سمبه را بسیار کوتاه می کند. اخیراً توانسته اند روش مداومی برای تولید میله های سرامیکی با وزن مخصو زیاد به وجود آورند. پرس ایزواستاتیک داغ: به علت موفقیت روش پرس ایزواستاتیک تلاش هائی انجام می شود تا فرآیند فوق را به صورت داغ نیز انجام دهند. پودر مواد دیرگداز در داخل غشاء فلزی قرار گرفته و در داخل ماتریس گرم قرار می گیرد و به کمک گازی با فشار 1500 آتمسفر فشرده می شود. 3-7- خواص و کاربرد الف . کاربیدها: کاربیدها عبارت از ترکیباتی هستند که از عناصر فلزی و کربن تشکیل می شوند و فرمول عمومی آنها است. اینها شامل موادی هستند که بالاترین نقاط ذوب شناخته شده را دارند که این حقیقت خود به معنی وجود اشکالات فراوان در فرآیند زینتر در درجه حرارتهای معمولی است (درجه حرارتهائی که معمولاً در زینتر دیرگدازهای ویژه به کار می رود). در نتیجه به استثناء برخی از انواع کاربید سیلیسیم، کاربیدها، معولاً به کمک 60% - 10% فلز اتصال می یابند و بهتر است که آنها را به صورت نوع ویژه ای از سرمت بدانیم. این عامل به تنهایی کاربرد آنها را در درجه حرارتهای بالا محدود می سازد زیرا اتصال فلزی، بالنسبه نقطه ذوب کمتری دارد. محدودیت دیگری که این مواد دارند مقاومت کم آنها در برابر اکسیداسیون است. بسیاری از آنها تا دمای 1000 کاملاً اکسیده می شوند. کاربید کرم از این نظر یک استثناء است و در درجه حرارت 1350 – 1100 در هوا پایدار است. هرچند که نقطه ذوب نسبتاً پائین آن (1890) کاربرد آنرا به عنوان ماده دیرگداز ویژه محدود می سازد. کاربید سیلیسیم در حین کاربرد یک لایه محافظه بر سطحش تشکیل می شود و تقریباً تنها کاربیدی است که در کاربردهای فولاد سازی دارای ارزش عملی است. ب. نیتریدها: نیتریدها هم شامل چند ترکیب با نقاط ذوبی بالای 2500 هستند. اما این مواد اکثراً ترد بوده و مقاومت آنها در برابر اکسیداسیون کم است. داده های تجربی نسبتاً کمی که درباره این ماده وجود دارد حاکی از این است، که برخی از آنها در دماهای بالا دارای استحکام خوبی هستند و مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی هم خوب است. نیترید سیلیسیم اخیراً مورد توجه زیادی قرار گرفته است (به خصوص در کاربردهای مهندسی در دماهای زیاد). نیترید بور که ماده ای است شدیداً غیر ایزوتروپیک از بسیاری جهات شبیه گرافیت اما از نظر الکتریکی عایق است و مقاومت آن در برابر اکسیداسیون نیز بهتر است. ج . سیلیسیدها : شباهت بین کربن و سیلیسیم در ترکیبات مربوطه شامل کاربیدها و سیلیسیدها نیز می شود. این مواد ترکیبات واسطه حقیقی هستند که دارای جلای فلزی و نقطه ذوب بالا بوده و معمولاً سخت و شکننده اند هر چند این مواد دارای خواص مکانیکی، استحکامی نسبتاً خوبی هستند (در درجه حرارت های بالا) اما مقاومت اکسیداسیونی آنها نسبتاً کم است (متوسط است) و بیشتر بستگی به تشکیل یک لایه سیلیسی دارد که ضریب انبساط حرارتی آن با ماده اصلی در یک حدود بوده و باعث چسبندگی خوب به سطح می شود. از این نظر دی سیلیسیدهای تنگستن و تانتالیم به صورت بالقوه مواد خوبی هستند اما تاکنون فقط مولیبدنیم دی سیلیسید کاربرد داشته است. این ماده در درجه حرارتهای بالا به عنوان المان حرارتی پوشش ترموکوپل مصرف می شود. د . بوریدها : خصوصیات بوریدهای فلزات انتقالی نیز مانند سیلیسیدها در بسیاری از فلزات بیشتر بوده و این مواد سخت و در برابر سایش مقاوم هستند و می توانند پولیش شده و جلای فلزی پیدا کنند. در درجه حرارت اتاق ترد و شکننده بوده اما داده های ناقصی که از رفتار آنها در دماهای بالا وجود دارد نشان می دهد که خواص مکانیکی آنها در دماهای بالا بهبود یافته یا لااقل بدون تغییر می ماند (نسبت به درجه حرارت اتاق). مقاومت آنها در برابر اکسیداسیون بسیار خوب است، اما این مواد معمولاً پست تر از اکسیدهای دیرگداز هستند. این مواد دارای ضریب انبساط حرارتی کم بوده و این خاصیت همراه با هدایت حرارتی خوب می تواند حاکی از مقاومت در برابر شوک حرارتی باشد. هـ . مواد مرکب و الیاف : اکسیداسیون باعث می شود که سرمت ها (مواد مرکب فلزی - سرامیکی) کاربرد محدودی پیدا کنند و تنها محدود به ترکیبات اکسیدی - فلزی شوند. اگر چه این مواد در تکنولوژی توربین های گازی بسیار مورد بحث هستند اما کار عملی و تحقیقاتی زیادی بر روی آنها انجام نگرفته است (مثلاً در مقایسه با فوق آلیاژها) مواد مرکبی که در آنها فاز اکسیدی غلبه دارد، دارای استحکام بالا بوده و در مقابل اکسیداسیون مقاوم هستند اما مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی خوب نیست. تنها مواد مرکبی که زیاد مورد توجه و تحقیق قرار گرفته اند عبارت از موادی در سیستم آلومینا – کرم هستند. در این ماده ضرائب انبساط حرارتی دو فاز نزدیک به هم هستند و عمده ترین محصول اکسیداسیون یعنی پایدار است و خواص آن با آلومینا یکسان بوده و چسبندگی خوبی به آن دارد. روش ساخت معمولی عبارت از همان روش تولید در متالوژی پودر می باشد اما در صورتیکه بتوان فلز مذاب را به داخل اکسیدی که قبلاً زینتر شده نفوذ داد، خواص خیلی بهتری حاصل می شود. و . زیرکون و زیرکونیا : زیرکون - زیرکون عبارت از سیلیکات زیرکونیم است که دارای وزن مخصوص 7/4 بوده و نقطه ذوب آن حدود 2550 – 2340 می باشد. در محدوده درجه حرارتی 1650 – 1500 تجزیه شده و به صورت زیرکونیا و سیلیس آمرف در می آید : میزان این تجزیه در صورت حرارت دادن مداوم در 1600 بسیار قابل توجه می گردد. زیرکونیا – زیرکونیا اکسید زیرکونیوم است که دارای وزن مخصوص 56/5 است (در مورد نوع درجه حرارت پائین آن که مونوکلینیک است) نقطه ذوب ماده خالص بالا است و در حدود 2750 می باشد. نوع مونوکلینیک تا حدود 1000 پایدار بوده و در این درجه حرارت به صورت برگشت پذیر به نوع تتراگونال به نام می شود. این تبدیل همراه با 9% انقباض حجمی است. ماده خالص در صورت ادامه حرارت دادن به صورت غیرقابل برگشتی به تبدیل می شود. نوع در صورت سرد کردن در درجه حرارت 650 به صورت نوع (تریگونال) در می آید. این تغییر و تبدیلات تحت تأثیر حضور ناخالصی ها می تواند دچار دگرگونی شوند. مثلاً در صورت حضور سیلیس، نوع تتراگونال به صورت برگشت پذیر در درجه حرارت 1460 به نوع مونوکلینیک تبدیل می شود. و این عمل توأم با انبساط زیادی است که اغلب باعث خرد شدن نمونه می گردد. اما اضافه کردن MgO ، CaO یا به میزان % 28 - 3 باعث می شود که زیرکونیا در صورت حرارت دادن تا 1700، ساختمان مکعبی به خود می گیرد و هنگام سرد کردن نیز ساختمانش ثابت بماند (باعث پایداری ساختمانی زیر کونیا می شوند) وزن مخصوص و نقطه ذوب این نوع مکعبی بستگی به نوع و مقدار مواد اضافه شونده دارد (تثبیت کننده) اضافه کردن 7 – 5 % از CaO باعث ایجاد وزن مخصوصهائی در حدود 75/5 – 5/5 گرم بر سانتیمتر مکعب و نقطه ذوبهایی در حدود 2600 الی 2700 می شود.