سلام
کسی در مورد روش سنتز احتراقی shs در تولید کامپوزیت ها در متالورژی پودر اطلاعات داره؟
سلام دوست عزيز!
مطلب زير از كلاس درس دكتر شاهوردي در دانشگاه تربيت مدرس اخذ شده است:
سنتز دما بالاي خود پيشرو
( سنتز احتراقي )
Self-Propagation High-Temperature
Synthesis
تعريف
سنتز تركيبات يا مواد ، توسط پيشروي موجي از واكنش شيميايي (احتراق) در مخلوط اوليه واكنش گرها را سنتز احتراقي يا SHS مي نامند .
احتراق+تشكيل ساختار SHS=
تاريخچه
– كشف SHS در سال 1967 در مركز تحقيقات آكادمي USSR مسكو انجام شد .
– اين كشف ، در حين تحقيق مدلي از احتراق بدون گاز ( ترميت Fe-Al بهمراه Al2O3 ) بدست آمد .
– از 1967 تا 1992 تحقيقات بر روي SHS در شوروي سابق انجام و پس از انحلال و سقوط اتحاد جماهير شوروي ، مراكز SHS همچنان فعال باقي ماندند .
– از 1982 مطالعات SHS در مركز تحقيقات ارتش آمريكا و آزمايشگاه ملي Lawrence Livermoreشروع شد .
– تحقيقات بر روي shs در ژاپن نيز همچون كشورهاي كره ، چين ، ايتاليا ، اسپانيا ، فرانسه ، هندو ... در دهه 80 آغاز گرديد .
– در طي 5 تا 10 سال گذشته ، بيش از 500 تركيب توسط SHS سنتز شده اند .
فعال ترين انستيتوهايي كه در حوزه SHS در جهان كار مي كنند در زير آمده اند
Joining and Welding Research Institute Osaka University, Japan
High-tech Research Center and Department of Materials Chemistry, Faculty of Science and Technology, Ryukoku University, Japan
Mines, The Center for Commercial Application of Combustion in Space, Colorado Schools of Golden CO, USA
Department of Chemical Engineering and Materials Science Associate Dean, College of Engineering, University of California Davis, Davis CA, USA
University of Notre Dame, Notre Dame, USA
Department of Engineering Science & Applied Mathematics, Northwestern University, Evanston, IL USA
Department of Chemistry/ Chemical Engineering South Dakota School of Mines and Technology, USA
University of Science and Technology, Beijing, China
Dipartimento di Ingegneria Chimica e Materiali, University of Cagliari, Piazza d'Armi, Italy
Technion–Israel Institute of Technology, Haifa, Israel
Department of Metallurgical and Materials Engineering, Sunmoon University, Korea
SHS CERAMICAS, Spain
انواع سيستمهاي سنتز احتراقي:
سيستم عنصري نظير نيكل و الو مينيم ، تيتانيم و كربن
سيستم ترميتي نظير اكسيد الومينيم و اهن
سيستم هاي پيجيده اكسيدي نظير اكسيد تيتانيم و باريم
عوامل مهم در فرايند سنتز احتراقي:
اندازه و شكل ذرات
فراوري ذرات واكنشگر
شيوه هاي احتراق
نرخ گرمايش
پارامترهاي متداول SHS
سرعت سوزش cm/s10-1/0
دماي احتراق K 3800-2300
نرخ گرمايش k/s 106-103
زمان شروع واكنش s 2/1-2/0
مودهاي احتراق
مود خود پيشرو(Self-Propagating)
مود احتراق همزمان (Simultaneous Combustion)
مزايا و محدوديت هاي سنتز احتراقي
مزايا:
سادگي امكانات
بهره وري انرژي
استفاده از مواد ارزان قيمت تر و طبيعي
درجه حرارت بالا احتراق
قابليت انعطاف فرايند
محدوديت ها :
محدوديت براي سنتز مواد گرما زا
تخلخل بالا
عدم يكنواختي در ماده توليدي
كاربردهاي سنتز احتراقي) SHS)
محصولات SHS در حيطه وسيعي نظير ، صنايع شيميايي ، الكترونيك
، صنعت هوا و فضا ، صنعت ساختماني و... داراي كاربرد مي باشد.
توليد پودر نيتريد بور و نيتر يد سيليكون ( فاز α)
عايق دما بالا
لايه هاي نازك و پوشش ها مثل MoSi2 و TiB2 و ...
آلياژهاي هوشمند مثل TiNi
ابزار برش ، سايشي و ... مثل TiC و ...
مواد با خواص مغناطيسي ، الكتريكي يا فيزيكي خاص مثل BaTiO3 و...
المنت هاي مقاوم به حرارت مثل MoSi2
تركيبات بين فلزي دما بالا مثل نيكل آلومينايدها
افزودني ها در فرآيند فولاد سازي مثل فروآلياژهاي نيتريده
الكترودها براي الكتروليز مثل TiN و ، TiB2
مواد كامپوزيتي مثل TiC+AL2O3 ، TiC+AL2O3+Al
پارامترهاي مهم واكنش هاي سنتز احتراقي
1. اندازه و شكل
تأثير بر كنترل دانسيته اوليه ، اندازه تخلخل اوليه ، هدايت حرارتي
تاثير بر تركيب و خواص محصولات نهايي واكنش
آگلومراسيون ذرات با كاهش اندازه آنها
تاثير شكل ذرات بر اصطكاك بين ذرات ، اتصال ذرات و دانسيته نهايي
اندازه ذرات ،كنترل كننده نوع مود احتراق ( نفوذي يا موئينگي ) مي باشد .
افزايش اندازه ذرات مي تواند ماكزيمم درجه حرارت احتراق را كاهش دهد .
اندازه ذرات نه تنها بر نرخ واكنش بلكه بر طبيعت محصول و ميكروساختار نيز تاثير دارد .
2. فرآوري ذرات واكنش گر
فرآوري ذرات تأثير زيادي بر روي تكميل واكنش و يكنواختي ساختار محصول دارد
دو تكنيك فرآوري
فرآوري خشك : تهيه مخلوط پودر ريختن در قالب پرس
فرآوري تر : غوطه وري ذرات در يك مايع اختلاط توسط آلتراسونيك ريخته گري تحت فشار ( سوسپانسون كلوئيدي)
دانسيته بدست آمده از هر كدام اين فرآوري ها ، متفاوت است.
3. تكنيك هاي احتراق
- وقتي نرخ حرارت ورودي از منبع خارجي برابرنرخ حرارت توليد شده از واكنش شيميايي شود ، اشتعال رخ مي دهد .
- درجه حرارت اشتعال نه تنها به مشخصات شيميايي مخلوط واكنش بلكه به انرژي پالس حرارتي بكار رفته براي اشتعال نيز بستگي دارد.
- اشتعال توسط پرتو ليزري ( wm-21011 دانسيته جريان حرارتي)
- اشتعال توسط جريان تشعشعي (wm-2 106*6 با لامپ Xenone)
- اشتعال توسط هسته مقاومتي
- اشتعال توسط جرقه زدن
- اشتعال توسط كوره هاي حرارتي
• نرخ گرمايش
اثر نرخ گرمايش روي نرخ توليد حرارت
تاثير زياد نرخ گرمايش بر روي دانسيته محصولات
نرخ گرمايش 2 تا kmin-150 منجر به افزايش دانسيته 29 تا 55% مي شود
نرخ گرمايشي بالاتر آزاد سازي سريع گازها
افزايش نرخ گرمايشي ميكروساختار غير تعادلي و ناقص
