کامپوزیت فصل ۸ الیاف بور

کامپوزیت فصل ۸ الیاف بور – irantarjomeh.ir

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

کتاب کامپوزیت ها

فصل ۸

الیاف بور (بر)، سیلیکای سخت، کوارتز و سرامیک

۱-۸- مقدمه

الیاف بور، سیلیکای سخت، کوارتز و سرامیک در صنایع هوا فضا، هوا نوردی، الکترونیک، اتومبیل و سایر صنایع متقاضی استفاده می­شوند. بوردهای ساخته شده از الیاف سرامیک نظیر آلومینا، آلومینا- سیلیکایا زیرکونیا برای عایق نمودن در شرایط دمایی بالا به کار برده می شوند. کاشی­های سرامیکی حاوی الیاف سیلیکا و آلومینا پوسته آلومینیومی شاتل فضای ایالات متحده آمریکا را در برگشت از فضا جایی که سطح پوسته کاشی به صورت آئرودینامیکی تا ۱۲۶۰ درجه سانتی گراد گرم می­شود، محافظت می کند. (Banas، McCormick و Creedon سال ۱۹۹۱). از دیگر کاربردهای این الیاف تقویت کامپوزیت های پلیمری، ماتریکس، فلز، سرامیک، شیشه و  …  است. اگر شرایط کامپوزیت مناسب انتخاب شده باشد، کامپوزیت به وسیله مواد ماتریکس مقاوم تر خواهد بود.

۲-۸- تولید

فرآیندهای شیمیایی، رسوب بخار و ذوب برای ساخت و تولید الیاف و ویسکرها مورد استفاده قرار می گیرند. الیاف و ویسکرهایی که به وسیله فرآیند ذوب ریسی تولید می­شوند شامل الیاف کوارتز ممتد به وسیله کشش از یک میله کوارتز ذوب شده، الیاف استیپل آلومینا- سیلکیا به وسیله اتمیزه کرده یک جریان سرامیک ذوب شده و ویسکر آلومینای ممتد به وسیله کشش از مذاب  تولید
 می­شوند. فرآیند رسوب بخار شامل رسوب بخار شیمیایی کربید سیلیکون یا بور بر روی یک هسته تنگستن برای ساخت الیاف ممتد و فرآیند بخار- مایع- جامد (VLS) برای تولید ویسکرهای غیر ممتد می شود.

۳-۸- الیاف ممتد

۱-۳-۸- الیاف سیلیکای سخت

لیف سیلیکای سخت آمورف (بی شکل) با فروشست اکسید سدیم از الیاف شیشه سیلیکات سدیم قابل تولید هستند. الیاف شیشه، ساخته شده به وسیله تکنیک های تولید الیاف شیشه متداول، از ترکیب ۵/۷۴ درصد سیلیکا و ۲/۲۴ درصد اکسید سدیم تشکیل شده اند. الیاف در یک سبد، در یک تانک استوانه ای معلق نگه داشته می شوند.

۲-۳-۸- کشش الیاف کوارتز ذوبی ممتد

الیاف کوارتز ذوبی آمورف (بی شکل) از شکل دادن میله های کوارتز ذوب شده ساخته می شوند. انتهای یک میله کوارتز ذوبی به وسیله یک شعله هیدروژن- اکسیژن حرارت داده شده و لیف کشیده شده به اندازه مورد نیاز درآورده شده و به دور یک قرقره پیچیده شده و یا با سایر الیاف کشیده شده مشابه ترکیب می شود تا یک رشته را تشکیل دهند.

۴-۸- الیاف کوتاه (STAPLE)

فرآیند ساخت الیاف کوتاه آلومینا شبیه فرآیندی است که برای تولید الیاف ممتد آلومینا پایه استفاده می­شود. یک محلول غلیظ و آبی یک ماده پلیمری جدید آلومینا، سیلیکا و یک پلیمر ارگانیک در طول یک جریان گاز سرعت بالا الکترود می­شود که الیاف کوتاه (سوخته نشده) را تولید می کند. الیاف کوتاه سبز (green) رسوب دهی می­شود. سیلیکا برای سخت شدن الیاف استیپل به دست آمده اضافه می­شود در زمانی که الیاف کوتاه سبز ذوب و رسوب دهی می­شوند (Bunsell و همکاران، ۱۹۸۸).

۸-۵- ویسکرها (WHISKERS)

۸-۵-۱- ویسکرهای یکسره

ویسکرهای آلومینای یکسره تک بلوری را می توان با استفاده از اصلاح روش Czochralsk و از طریق رشد مذاب خالص تولید کرد. هنوز روش اصلاح شده به عنوان تکنیک بلور متحرک طبقه بندی می شود، اما برخلاف تکنیک Czochralsk، از حدیده برای شکل دادن ویسکر در حال رشد استفاده می کند. لوله های نازک (موئینه) مذاب را به سمت بالا و به بالای حدیده می رسانند. مذاب به سمت لبه های عمودی حدیده جریان پیدا کرده و متوقف می شود، بنابراین لبه های عمودی حدیده شکل ویسکرکشیده شده بعدی را کنترل می کنند.

۸-۵-۲- ویسکرهای غیر یکسره با فرآیند VLS

با روش VLS، ویسکر کریستالی جامد – کاتالیست مایع – گاز استفاده می شود. در فرآیند ویژه VLS برای ساخت ویسکرهای کربید سلیس تک کریستال، ذرات کاتالیست، با اندازه یکنواخت برای مواد کربنی استفاده می­شود. مواد کربنی و کاتالیست درون محفظه رشد قرار می گیرند.

۸-۶- خواص

الیاف بور، سلیکانیت، کوارتز و سرامیک در مقایسه با الیاف ارگانیک پایداری شیمایی و حرارتی بالایی دارند. بالاترین دمای استفاده از الیاف بور، سلیکانیت، کوارتز و سرامیک به استثنای لیف بور در اتمسفر اکسیداسیون. بالای ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد است. این الیاف دارای تعادل خوبی از استحکام ویژه (استحکام کششی/ نسبت دانسیته) و مدول های ویژه (مدول های الاستیک/ نسبت دانسیته) در مقایسه با سایر مواد می باشند. Tsirlin’s (1985) نموداری از استحکام ویژه در مقابل مدول های ویژه الیاف بور یا کربید سیلیس را رسم کرد.

کتاب کامپوزیت ها فصل ۸ الیاف بور (بر) سیلیکای سخت-کوارتز و سرامیک

 ۸-۷- فرمها

شکلی که لیف می­گیرد وابسته به طول آن، قطر و خواص مکانیکی آن همچون مدول های الاستیک و استحکام کششی است. در حالت کلی ویسکرهای غیر یکسره برای ریسیده شدن بسیار کوتاه هستند با این وجود ویسکرهای VLS با طول ۱۰۰-۷۵ میلی متر ممکن است به نخ ریسیده شوند (۱۹۸۹، KO).

۸-۸- کاربردها

در جدول ۳-۸ تعدادی از کاربردهای الیاف بور، سلیکا سخت کوارتز مذاب و سرامیک ذکر شده است. برای مشاهده سایر کاربردها ، Mortensen و Koczak (1993)، Bracke، Schurmans و Verhoest (1984) و Schwartz (1992). و یا سایر فصل های این کتاب راهنما را مشاهده کنید.

۸-۸-۱- نانو کامپوزیت ها

الیاف آلومین (اکسید آلومینیوم) و الیاف کوتاه آلومین- سیلیس و الیاف یکسره سخت سیلیس در بسیاری از صنایعی که با دمای بالا سر و کار دارند استفاده می شوند. اشکالی از این الیاف بورای عایق دمایی، محافظت شخصی و کلاه کاست استفاده می­شود. برای مشاهده سایر کاربردهای الیاف سیلیکا سخت Carborundum (1991) و برای الیاف سیلیکا- آلومین. Carborundum (1989) را ببینید.

۸-۸-۲- کامپوزیت ها

 ویسکرها برای تقویت پلیمرها، اپوکسی­ها، شیشه ها، فلزات و یا سرامیک ها کاربرد دارند. مواد تقویت شده در حالت کلی کامپوزیت نامیده می­شوند و یا در حالت خاص تر، کامپوزیت­های پلیمری، اپوکسی، شیشه­ای، فلزی و یا سرامیکی نامیده می­شوند. تقویت کننده ها بصورت ویسکرهای غیر یکسره و هم بصورت الیاف یکسره برای کاربردهای جدول ۳-۸ هستند، اما الیاف کوتاه و ویسکر یکسره نیز به عنوان مواد تقویت کننده استفاده می­شوند. معمولا برای پوشاندن عیوب سطحی، ایجاد مانع پخش میان الیاف یا ویسکر و محافظت از الیاف و یا ویسکر از اکسیداسیون، سطح آنها با ماده­ای پوشانده می­شود. علاوه بر این، پوشاندن یک واسطه ضعیفی ایجاد کرده که ترک­های ایجاد شده درون ماتریکس کامپوزیت های سرامیکی را منحرف می­کند.