در اين فروم قصد دارم در مورد مواد سراميکي صحبت کنم. از همه کساني که به نحوي با اين موضوع در ارتباط هستند خواهش مي کنم که من رو با ايجاد بحث و نظر جديد ياري کنند.
Printable View
در اين فروم قصد دارم در مورد مواد سراميکي صحبت کنم. از همه کساني که به نحوي با اين موضوع در ارتباط هستند خواهش مي کنم که من رو با ايجاد بحث و نظر جديد ياري کنند.
مواد استراتژيک (سراميک های پيشرفته)
مواد نقشی اساسی در پیشرفت جوامع و بهبود وضعیت زندگی افراد دارند. مواد با ایجاد وضعیت مطلوب تر استانداردهای زندگی را بهبود می بخشد، نیازهای یک جامعه را مرتفع می سازد، برای امنیت، ارتباطات، بهداشت و سلامتی و ساخت مکان مناسب برای زندگی بکار برده می شود. در طول تاریخ مواد مورد استفاده توسط بشر، پیشرفت آنان را در دوره های مختلف مشخص می سازد.
عصر حجر، عصربرنز و عصرآهن هر کدام به نوبه خود مشخص می سازد که در عصر مربوطه چه مواداصلی و ممتاز مورد استفاده بشر در آن دوره بوده اند. عده ای عصر حاضر را عصر سیلیکون نامگذاری کرده اند، اما با این سرعت پیشرفت روزافزون در طی سی سال آینده تکنولوژی بر پایه سیلیکون با محدودیت های اساسی روبرو خواهد شد. به هر حال، افزایش متناسب قدرت محاسباتی و تجهیزات، را به سمت مرحله بعدی رهنمون می سازد. علم مواد اخیراٌ از روشی سنتی موسوم به Edisonian سعی و خطا برای کشف مواد به سمت مواد طراحی شده بر اساس یک سیستم پایه، جهت دستیابی به نیازهای ویزه حرکت کرده است. این جابجایی نشان می دهد که در عصر کبیر بعدی امکان دارد ما به عصر "طراحی مواد" برسیم.
صنایع پایه استراتژیک موادی را شامل می گردد که ارتباط وسیع و مهمی با بخش های تجاری، دفاعی و اقتصاد ملی دارد. به عنوان مثال می توان به صنایع فولاد، آلومینیوم و تیتانیوم اشاره کرد، صنایع رایج و متداول موادی را شامل می گردد که هم اکنون بطور کامل اجرایی هستند و یا اینکه در بخش تجاری و یا دفاعی به عنوان یک پروژه قابل قبول مورد پذیرش قرار گرفته اند. به عنوان مثال در این گروه می توان به مواد و تکنولوزی های سوپرآلیاژها، کامپوزیت های ویزه و سرامیک ها، خاک های کمیاب و متالورژی پودر اشاره نمود. مواد آینده، موادی هستند که قابلیت و پتانسیل استفاده بالایی دارند اما نیاز به تحقیقات و پیشرفت بیشتری قبل از مصرف آنها به طور وسیع وجود دارد. نمونه ای از این علوم، علوم شبیه سازی بدن و نانوتکنولوژی است. هم چنین مواد غیر سوختی و مواد حیاتی مثل نفت، زغال سنگ و اورانیوم نیز جزء مواد استراتژیک محسوب می گردند.
شرایط کنونی صنایع مواد استراتژیک
مواد استراتژیک دیروز و امروز : با توجه به هوا، آب و غذا همواره اعلام حیات بشر وابسته به مواد بوده است. امروزه افزایش در تولید وابسته به عرضه مواد قابل رقابت در عرصه جهانی، کاهش بودجه های تحقیق و توسعه، کاهش هزینه های انرژی، توانایی کار و مزیت های نسبی منطقه ای است. پیوند بین مدیریت علم مواد، موفقیت و امنیت در سیستم مواد استراتژیک یک اتفاق بدیهی و ساده نیست و به آسانی میسر نمی گردد.
پس از جنگ جهانی دوم، پیشرفت های تکنولوژیک، سطح زندگی بشر را در حدود 50 تا 70 درصد افزایش داده است. علم مواد در حقیقت تمام محصولات و پروسه ها و فرآیندهایی را دربرمی گیرد که جامعه مدرن امروز به آن نیاز دارد.
اگر پیشرفت علم مواد وجود نداشت هفت مورد از ده مورد کارهای برتر انجام شده در دنیا در سال های اخیر قرن بیستم امکان پذیر نبود. فرود انسان در ماه، ساخت هواپیما، ترانزیستور، مدارهای مجتمع کامپیوتری (IC )، ساخت موتور جت برای هواپیما و ماهواره های ارتباطی همه و همه به پیشرفت علم مواد بستگی داشته و دارد. کامپیوترهای دیجیتالی، تلویزیون و ساخت کانال پاناما همه به واسطه استفاده از مواد بهتر قابل انجام شد.
میزان تولید فولاد هر کشور یکی از فاکتورهای اصلی برای بررسی میزان رشد آن کشور محسوب می گردد. با توجه به رشد سریع صنعتی در چین، میزان رشد تولید در چین در طی پنج سال دو برابر شده است. رتبه های بعدی تولید ژاپن و آمریکا هستند. با رشد تکنولوژی امروزه میزان مصرف انرژی طی بیست و پنج سال اخیر با کاهش 27 درصدی روبرو بوده است.
آلومینیوم
آلومینیوم طی فرآیند الکترومتالوژیکی تولید شده و با توجه به قابلیت بازیابی وآسانی مصرف آن محصول قابل توجهی است. این ماده را می توان از سنگ های معدنی ویا توسط بازیابی محصولات مصرف شده تهیه نمود. درروشی که از مواد خام به تولید آلومینیوم می پردازیم سنگ معدن بوکسیت از معدن استخراج شده و پس از تصفیه به آلومینا (اکسید آلومینوم) تبدیل می شود که ماده اولیه تولید فلز آلومینیوم است. درروش دوم از تصفیه فلزات قراضه استفاده می شود که در آن این فرآیند مصرف انرژی کمتری دارد. آلیاژ آلومینیوم با توجه به خصوصیات مورد نظر، از قبیل استحکام، شکل پذیری و مقاوت نسبت به خوردگی طراحی و تولید می شود. برخی ازعناصری که به همراه آلومینیوم به عنوان عناصر آلیاژی مورد مصرف می شود عبارتند از مس، منگنز، سیلیکون، منیزیوم و روی. برخی از کاربردهای آلومینیوم عبارتند از ساختمان سازی، بسته بندی انعطاف پذیر و هم چنین مستحکم(فویل غذا- ظروف نوشابه)، حمل و نقل (اتومبیل، هواپیما، کشتی و واگن های ریلی). مقایسه خواص مکانیکی متالورژی پودر آلومینیوم نشان می دهد که این فلز مزیت بسیار خوبی به علت سبک بودن و پائین بودن دانسیته اش دارد. ازخصوصیات دیگر این ماده می توان به مقاومت نسبت به خوردگی، هدایت و خواص نهایی خوب آن اشاره کرد.
تیتانیوم
این ماده به عنوان نهمین عنصر فراوان در پوسته زمین و چهارمین عنصر فلزی فراوان محسوب می گردد. تیتانیوم استحکام خوبی دارد، وزن سبکی دارد و کارایی زیادی دارد. تولید با بیشترین نسبت استحکام به وزن را در بین فلزات دارد. این ماده در صنایع هواپیمایی، فرآیندهای شیمی و پتروشیمی، نفت و گاز، صنایع دریائی، زیست شناسی، کاربرد رایج تر آن در ساخت توپ گلف و کاشت ها و ایمپلنت های پژشکی است. با توجه به نسبت بالای استحکام به وزن آن و خواص قابل قبول آن امروزه تیتانیوم در طراحی های جدید سیستم های نظامی قابل حمل و نقل کاربرد یافته است. استرالیا بزرگترین تامین کننده این ماده به شکل مینرالی است. بیشترین معادن تیتانیوم به صورت پخش در نقاط مختلف وجود دارد و کمتر به صورت متمرکز در یک منطقه خاص یافت می شود. اما هنوز تولید آن مشکل و هزینه بر است و لذا برای کارهای تجاری مناسب نیست. یکی از بیشترین کاربردهای فلز تیتانیوم در موتور جت است که به دلیل استحکام بالای آن و وزن کم و مقاومت خوب آن در برابر خستگی است. آلیاژ تیتانیوم در بدن هواپیما و قالب های راکت های فضایی به دلیل سبکی وزن و پایداریش بکار می رود. در هر طراحی جدید می بینیم که میزان و درصد استفاده از تیتانیوم در هوا پیما افزایش یافته است. به عنوان مثال در هواپیما 4-f تیتانیوم از نظر درصد وزنی مورد مصرف قرار گرفت،اما هواپیمای مدرن تر 15-f درحدود 26 درصد و هواپیمای آینده که 22-f است در حدود 39 درصد تیتانیوم در خود جای داده است. هزینه استخراج و پروسسینگ برای قالب تولید تیتانیوم درحدود شش برابر قیمت تمام شده برای آلومینیوم ولی برای فولاد است. هم اکنون کارهای زیادی برای کاهش هزینه های استخراج، ذوب و فرآیند تولید تیتانیوم در حال انجام است که هم اکنون مطالعات برروی تکنولوژی تولید پودر برای ایجاد قطعه به صورت صنعتی درحال انجام است تا هزینه های مصرف انرژی را کاهش دهند. دانشگاه کمبریج روش جدیدی را ابداع کرده است که در این روش می توان دریک روز تیتانیوم بیشتری در مقایسه با یک هفته کار به صورت سنتی تهیه نمود و همچنین قیمت تمام شده به یک سوم هزینه های تولید کنونی کاهش می یابد.
سوپر آلیاژها :
اصطلاح سوپر آلیاژها برای اولین بار به فاصله کمی بعد از جنگ جهانی دوم برای گروهی از آلیاژهای فلزی بکار برده شد که برای استفاده در توربوشارژها و توربین های موتور هواپیما جهت کاربرد در دماهای بالا مورد استفاده قرار گرفتند. این مواد به خاطر خصوصیات دما بالایشان به عنوان مواد استراتژیک مهمی شناخته شده اند. سه گروه اصلی سوپرآلیاژها عبارتند از سوپرآلیاژهای برپایه نیکل، آهن و کبالت (عنصر اصلی موجود در آلیاژ). سوپر آلیاژها مزیت های زیادی دارند. این مواد هم استحکام بالایی دارند وهم اینکه دردماهای بالا قابلیت استفاده دارند. یک کاربرد نظامی سوپرآلیاژها درموتور هواپیماهای نظامی است که با توجه به نیروی خروجی موتور و دمای بالای کارکرد شرایط را برای آلیاژهای معمولی غیر قابل مصرف می سازد.
عناصر کمیاب
این هفده عنصر به خاک های کمیاب شهرت دارند. برخلاف نامشان این مواد در پوسته زمین فراوانند اما درهیچ کجای زمین به صورت متمرکز یافت نمی شوند. خاک های کمیاب خواص مختلف و زیادی از جمله هسته ای، متالوژی، شیمیایی، کاتالیتیکی، الکتریکی، مغناطیسی و اپتیکی دارند که این خصوصیات آنها را برای استفاده در کاربردهای High-tech و با تکنولوژی بالا مناسب می سازد.
متاسفانه استخراج این عناصراز دیگر مواد کاری بسیار پرهزینه و زمان بر است (که حتی برای تعدادی از این عناصر ممکن است به دو سال برسد) و این در حالی است که وجود مقدار کمی از این عناصر برای صنایع الکترونیک لازم و ضروری است.
در کاربردهای نظامی مثل سیستم های راهنمای اسلحه ها، نمایشگرهای کابین هواپیما و سیستم های آنتن رادار کاربرد این مواد مسلم است. تعدادی از خاک های کمیاب به دلیل خواص مغناطیسی و حرارتی شان بسیار کاربرد دارند و نقش اساسی در تکنولوژی ساخت قطعات مینیاتوری و کوچک ازمتیل موتورها، اجزای سرامیکی وتوربین های قدرتمند دارند. بیشترین میزان تولید این مواد درمیان کشورهای جهان در چین است که حدود 90 درصد تولید این مواد را به خود اختصاص داده است.
درصورت تکمیل شدن تحقیقات برروی این مواد شاهد خواهیم بود مشکلات موجود در صنعت تولید اتومبیل کاهش یافته، کارکرد اتومبیل ها افزایش یافته، سریع تر، کوچک تر و با تجهیزات نمایشگر الکترونیک پیشرفته تری عرضه خواهند شد.
کامپوزیت های پیشرفته
کامپوزیت درحقیقت ترکیب دو یا چند ماده با خصوصیات غیر مشابه است تا بتوان ماده جدیدی با خواص بهتر تهیه نمود. مواد کامپوزیتی که می شناسیم تنوع بسیار زیادی دارند واز چوب های لایه(پلی وود)، لعاب مینا برروی فلزات، صفحات کاغذی سخت شده با پلاستیک، بتون مسلح با فولاد، فایبرگلاس، تایر اتومبیل (لاستیک تقویت شده با شیشه، سرامیک و یا فلز) می توان به عنوان مثال های مواد کامپوزیتی روزمره نام برد. کامپوزیت ها به صورت پلاستیک های تقویت شده به صورت فیبر یا الیاف در زمینه پلیمری شناخته شده اند. این مواد کاربردهای زیادی در صنایع نظامی دارند. آنها می توانند عملکرد قطعه را افزایش داده و در سیستم های ماهواره ای، هواپیما وسایل نقلیه روی خشکی، کشتی، زیردریایی و .... کاربرد دارد. این مواد سبک وزن و با ساختار مستحکم باعث تقویت سرعت، بهبود مصرف سوخت، در علوم مختلف از جمله علوم هوایی دارد این مواد در مقابل خستگی و خوردگی و مقاوم بوده و دوام و ماندگاری قطعات را افزایش می دهند. هم اکنون تحقیقات وسیعی برای تجاری تر کردن و تهیه آسان تر این مواد در حال انجام است تا بتوان موادی با وزن کم و استحکام بالا برای کاربردهای ویژه نظیر انرژی محیطی، حمل و نقل ،ساختمان سازی و امنیتی و محافظتی تهیه نمود.
سرامیک های پیشرفته :
همانگونه که می دانید سرامیک ها و صنایع مرتبط با آن بسیار محدوده گسترده ای دارند و از مواد سفالی گرفته تا ترکیب سرامیک ها با فلزات و عناصر فلزی که برای بهبود خواص با یکدیگر ترکیب می شوند و سرامیک های الکتریکی، بیوسرامیک های مهندسی این محدوده ادامه دارد. الیاف سرامیکی یکی از مواد مهم در صنایع مختلف محسوب می شود و اکنون مشکل موجود هزینه بالای تولید این الیاف است که قیمت آن را بالا می برد. سرامیک های پیشرفته کاربردهای زیادی در صنایع تولیدی، ژنراتورهای برق، هوافضا، حمل و نقل، صنایع نظامی و هم چنین به عنوان سپرهای محافظتی از بدن دارند. از دهه 1990 و با شروع رشد در صنایع سرامیک های پیشرفته محصولات جدید زیادی به بازار آمده اند ولی می بایست کارهای بعدی برای کاهش قیمت بر روی آنها انجام شود تا با قیمت فلزات قابل مقایسه باشند. سرمایه گذاری بخش خصوصی با توجه به زمان بازگشت سرمایه این مواد چندان نمی تواند قابل توجیه باشد. سرامیک ها می توانند جزء موادی باشند که کارکرد سوخت و عملکرد آن را در موتورها بالا برده، مقاومت سایشی ترکیبات را افزایش دهند، وزن وسایل نقلیه و هواپیماها را کاهش داده و باعث افزایش راندمان در انواع ماشین آلات گردند.
خواص سرامیک ها :
مواد سرامیکی خواص ویژه ای از خود نشان می دهند به طوری که این امر موجب می گردد که جایگزین دیگری با مواد دیگر نداشته باشد وبنابراین نقش ویژه ای در تهیه انواع بیشماری از ادوات و تجهیزات بازی می کند. برای ایجاد یک خواص خوب و مناسب ودر نتیجه بکارگیری صحیح مواد سرامیکی دانستن اطلاعات درمورد رابطه بین خواص و ریزساختار مواد سرامیکی ضروری است. ریزساختار مواد بستگی زیادی به فرآیند تولید و روش تهیه دارد. سرامیک های پیشرفته امروز کاربردهای بسیار فراوانی دارند و امروزه سعی بر تولید مواد سرامیکی است که به شکل کامل تولید شده و بعد از تولید نیاز به ماشین کاری و در نتیجه تحمیل هزینه اضافی به سیستم حذف گردد.
مواد جدیدی که امروزه اهمیت ویژه ای برای تحقیق و توسعه این مواد در نظر گرفته می شوند در زمینه سرامیک به شرح زیر می باشند :
بیوسرامیک ها که تاثیر به سزایی در رشد صنعت پزشکی و بهبود وضعیت سلامتی جوامع انسانی داشته اند، مواد ساینده نظیر ابزار برش و چرخ های ساینده که کاربری آن در صنایع کاربردی فلزات و ... است. سرامیک های سخت و بسیار سخت (hard and Super hard ceramics ) موادی هستند که مطالعه بر روی آن ها بسیار پر اهمیت و البته هزینه بر است.
روش های مطالعه رفتار مواد در دماهای بالا، فیلترها، خوردگی مواد نیز نیاز به تقویت دارد. تجزیه SO و NO در فرآیند احتراق محصولات سرامیکی در دماهایی پائین از طریق احیای کاتالیتیک (Catalytic reduction ) مورد بررسی قرار گیرد.
اجزای سرامیکی برای هایپر فیلتراسیون (Hyper filtration ) گازی در اندازه مولکولی در مایع آب مناسب هستند. الکتروسرامیک ها کاربردهای بسیار متنوعی داشته و شامل سرامیک های با هدایت یونی (کاربرد در باتری ها و سنسورها )، عایق های الکتریکی، نیمه هادی ها و سوپرهادی ها می گردند.
سرامیک های فروالکتریک کاربردهای بسیار زیادی در خازن ها، سنسورها، سرامیک های پیزوالکتریک، اجزای الکترواپتیک ترمیتورها دارند که بسیار مورد توجه محققان هستند. سرامیک های فرو مغناطیس نقش اساسی در صنعت الکترونیک ایفا کرده و کاربرد آن در سیستم های ذخیره سازی، ارتباطات ماهواره ای، تلویزیون و سایر سیستم های الکترونیکی است.
اجزای کوچک شده الکتروسرامیک ها (Miniaturization ) موادی هستند که در آینده کاربردهای زیادی خواهند داشت.
خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی مواد سرامیکی را بسیار متمایز کرده است. در زیر به نمونه هایی از کاربردهای جدید مواد سرامیکی اشاره می شود:
حمل و نقل :
کاتالیست ها موادی هستند که جهت پالایش گازهای آلاینده اتومبیل ها بکار برده می شوند. این مواد فوم مانند امروزه تولید شده اند اما فیلترهایی که برروی موتورهای دیزلی نصب می شوند هنوز نیاز به تحقیقات بیشتری دارد زیرا مشکل خوردگی در این سیستم ها وجود دارد.
ترمزهای یکپارچه و یا سرامیکی با الیاف کامپوزیتی برای کامیون ها، قطار، هواپیما و اتومبیل هنوز نیاز به تحقیق بیشتر از نظر طول عمر، هزینه تولید و کارایی دارد. استفاده از ترکیبات سرامیکی در دریچه های اطمینان،محفظه ها و کپسول ها اجزای چرخنده ماشین آلات توربوشارژ، رولرها و ... نمونه های دیگری از کاربرد این مواد است که به علت هزینه بالای آن وهم چنین مشکلات مربوط به قابلیت اطمینان به کارکرد این مواد به شدت محدود شده اند. ترکیباتی که برای ژنراتورهای توربین های گازی مورد استفاده قرار می گیرند امروزه تقویت شده اند و سلول های سوختی با کارکرد مناسب امروزه گسترش یافته اند.
تولید انرژی:
جهت تولید انرژی عمدتاً از زغال سنگ، گاز یا سوخت هسته ای استفاده می شود. به علت رفتار ترمومکانیکی و شیمیایی دیرگدازها استفاده از زغال سنگ محدود شده است. تقویت سیستم توربین های احتراقی نیاز به بهبود کیفیت سرامیک هایی که در آن توربین ها مورد استفاده قرار گرفته اند، پوشش های محافظ حرارتی و هم چنین کاهش هزینه های تولید دارد. مشکل کاهش آلودگی های ناشی از مواد و امواج رادیواکتیو در مجتمع های تولید انرژی می بایست حل گردد. فاکتورهای زیست محیطی که شامل نوع و میزان مواد آلاینده است، ریسک سلامتی، درصد آلایندگی و روند آلودگی خاک، آب و هوا می بایست تحت کنترل قرار گیرد. الیاف، اکسید کرم و ذرات ریزدانه و... می توانند سرطان زا بوده و در نتیجه می بایست برای این مواد جایگزینی تهیه شود.
صنعت ساختمان :
با توجه به اینکه صنعت ساختمان تاثیر زیادی بر زندگی مردم دارد درنتیجه مواد سرامیکی در این بین تاثیرگذار هستند. این مواد شامل انواع سیمان، بتن، گچ، کاشی و آجر می گردد. سرامیک های سنتی هم اکنون دراین صنعت مورد استفاده قرار می گیرند ولی به علت کم بودن تحقیقات پیشرفته بیشتر در این زمینه نیازمند صرف هزینه و دقت بیشتری است. امروزه تحقیقات بر روی مواد لازم جهت مرمت آثار باستانی و مقبره های قدیمی و ... در حال توسعه است.
تهیه پودر:
تهیه پودر نیازمند مطالعات تکمیلی بیشتری در زمینه فرآیند شکل دهی و افزایش دانسیته قطعات است. برخی از روش های شکل دهی مانند پرس کردن، ریخته گری دوغابی و ریخته گری نواری کاملا شناخته شده اند. زینترینگ بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است و مکانیزم های آن در سرامیک ها مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل سازی اختلاف دانسیته در هنگام فرآیند پرس و انقباض ناشی از زینترینگ می بایست برای محاسبه قطعات قبل از تولید مورد توجه قرار گیرد. قالبگیری تزریقی یکی از روش هایی است که هزینه های تولید را پائین آورده اما به علت استفاده از مواد ارگانیک می بایست که از سیستم خارج شوند باید دقت لازم مبذول گردد.
بیوسرامیک ها
امروزه ایمپلنت های مورد استفاده در ارتوپدی به طور متوسط طول عمری در حدود 10 تا 15 سال دارند که بیشتر کاهش طول عمر این مواد به علت تجزیه است، که این امر به دلیل پوشش های پلی اتیلن فلزات و سرامیک ها ( آلومینا – اتیریا و زیرکونیای پایدار شده) است. سعی بر این است که عمر متوسط قطعات به بیش از سی سال افزایش یابد که نیازمند ایجاد پوشش های جدید سرامیکی برای قسمت های مختلف است. همچنین باید قابلیت اعتماد به این قطعات سرامیکی افزایش یابد. سعی بر این است که با کنترل شرایط ریزساختاری (کلوئیدی و سل ژل) با کنترل مواد پایه آلومینایی و زیرکونیایی مقاومت در برابر ترک و پایداری را افزایش داد.
متالورژی پودر:
صنعت متالوژی پودر، صنعتی است که در آن با استفاده از فشار بالا، پودر فلزات را تبدیل به قطعات و اجزایی می کنیم که از روش های دیگر معمول، تولید آن امکان پذیر نمی باشد. قطعات متالورژی پودر می توانند از فلزات آهن، آلومینیوم، مس، نیکل، تیتانیوم، پلاتین، منیزیوم، استرانسیوم عناصر کمیاب و مواد دیگر تهیه شوند. در صنعت متالورژی پودر از قطعات تکه تکه شده فلزات استفاده نمی کنند بلکه از پودرهای فلزات که توسط روش های بمباران اتمی، یا ریزسازی فلز ذوب شده، احیاء اکسیدها، الکترولیز(تجزیه بوسیله جریان برق) و احیای شیمیایی تهیه می شوند. خواص بسیار نامحدودی برای قطعات متالورژی پودر حاصل می گردد به طوری که استحکام بالاتر، دانسیته تقویت شده و گزینه های مقصد دیگری نسبت به تهیه فلزات به صورت سنتی دراین روش حاصل می گردد.
قطعات متالورژی پودر رشد زیادی در صنایع خودرو و هواپیما داشته است. متور هواپیما بیش از 4500 پوند از قطعات سوپر آلیاژهای تهیه شده به روش متالورژی پودر را در خود جای داده است.
خواص قطعات متالورژی پودر بسیار برای صنایع هواپیمایی مهم است زیرا این قطعات در دماهای بالای بکاررفته و تلورانس و تحمل بالایی از خود نشان می دهند
سیستم های میکرو الکترومکانیک (MEMS )
ادغام ترکیبات برای تولید سیستم
امروزه استفاده از مواد با ابعاد میکرونی و ادغام ترکیبات مختلف این مواد، ما را قادر ساخته تا موادی تهیه کنیم که در حقیقت تقویت شده از لحاظ مکانیکی هستند.
ادغام سنسورها و پردازشگرها به ما این امکان را می دهد که قطعه ای را تهیه کنیم به عنوان مثال سنسور نقش چشم و دست را بازی کرده و پردازشگر نقش مغز سیستم را به عهده داشته باشد. این سیستم ها توانایی های زیادی در زمینه های مختلف همانند فعالیت در سیستم های مغناطیسی، اپتیکی، شیمیایی، بیولوژی، حرارتی و مکانیکی را دارا هستند. این موادها برای تولید، قطعات و سیستم های هوشمند بکار برده می شوند.
کاربرد مواد MEMS با سنسور فعال کننده کیسه هوا در اتومبیل رشد پیدا کرد و اندازه کوچک قطعات MEMS و هزینه پائین تولید آن ها، این مواد را تبدیل به موادی مناسب برای نوآوری های جدید نمود. با توجه به پتانسیل بالای این مواد جهت صنایع نظامی پروژه های بسیار زیادی دراین زمینه در کشورهای مترقی چون ایالات متحده آمریکا در حال انجام است. این سیستم ها شامل سیستم های مادون قرمز (infra red ) رایج در انواع گوشی های تلفن همراه، سنسورهای بیولوژیکی و شیمیایی می شود.
چرا شیشه را تمپر می کنند؟
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
مقدمه: شیشه همانند دیگر مواد سرامیکی ماده ای ترد و شکننده است و در نتیجه استخکام خمشی و کششی آن کم است. هنگامی که این ماده بر اثر ضربه، فشار و یا اختلاف و گرادیان حرارتی در سطح و قسمت های داخلی شیشه ترک برداشته و می شکند به قطعات تیز و برنده ای تبدیل می گردد که بسیار خطرناک می باشند. تمپر کردن در حقیقت روشی است که در این روش همانند آنیلینگ با استفاده از حرارت دادن شیشه و سردکردن کنترلی آن می توان به افزایش استحکام شیشه کمک نمود و هم چنین از تبدیل شیشه به قطعات ریز تیز و برنده جلوگیری نمود.
شیشه تمپر شده استحکامی در حدود دو برابر و یا بیشتر از شیشه های آنیل شده دارد. این شیشه ها پس از شکست به ذرات بسیار ریزی تبدیل می شود که خطرات ناشی از مجروح شدن را کاهش می دهد. کاربرد شیشه های تمپر شده: شیشه نمای سردر، درب های شیشه ای، ورودی ساختمان ها، حمام، حصارهای شیشه ای و کلاً مواردی که نیاز به استحکام بالا و خواص محافظتی دارد.
روش های تمپرینگ:
روش حرارتی:
در این روش یک شیشه آنیل شده؛ تا 680 درجه سانتیگراد حرارت داده شده و به یکباره سرد می شود. اگر سرعت سردکردن بالا باشد، شیشه تا چهار برابر استحکام شیشه های آنیل شده مستحکم می شود و به هنگام شکست به ذرات بسیار ریز تبدیل می گردد. اگر سرعت کردن کمی آرام تر باشد افزایش استحکام تا دو برابر استحکام اولیه خواهد رسید.
روش شیمیایی:
در این روش شیشه درون محلول شیمیایی قرار داده شده تا استحکام مکانیکی آن افزایش یابد. شیشه هایی که تمپر شیمیایی شده اند، خواص مشابهی با تمپر حرارتی دارند اما این نوع شیشه ها کاربردهایی در شیشه های پنجره ندارد ولیکن در صنعت و در جایی که نیاز به شیشه های مستحکم نازک باشد مورد مصرف قرار می گیرد.
فرآیند تمپرینگ:
پروسه و فرآیند تپمرینگ شیشه های معمولی سودالایم بسیار ساده است. برای این کار می بایست شیشه را به صورت یکسان در تمامی نقاط آن تا بالای نقطه نرم شوندگی آن حرارت داد به طوری که شیشه حالت تخت خود را از دست ندهد. پس از حرارت دهی می بایست شیشه سرد شده و این سرد کردن باید به طور یکسان در سطوح بالایی و پایینی صورت گیرد. در این مرحله دمای سطح شیشه نسبت به دمای داخل شیشه کمتر خواهد بود و با توجه به اینکه شیشه تا زیر نقطه نرم شوندگی آن سرد شده است، شیشه به جامدی سخت تبدیل شده است. با سرد کردن بدنه، هنگامی که بدنه شیشه تبدیل به جامد می گردد، قسمت های داخلی شیشه دمای بالاتری نسبت به سطح شیشه دارند و این موضوع موجب می گردد که قسمت های داخلی نسبت به بیرون تحت انقباض قرار بگیرند. این موضوع موجب ایجاد فشار بر سطح و در نتیجه افزایش استحکام شیشه می گردد.
از نظر علمی می دانیم که نقطه نرم شوندگی شیشه در حدود 550 درجه سانتیگراد است. در زیر این دما ما می دانیم که شیشه کاملاً حالت جامد دارد و در بالای این دما حالت شیشه تبدیل به حالت پلاستیک می گردد. اگر در این حالت ما افزایش 9 درجه ای در دما را داشته باشیم شاهد خواهیم بود که ویسکوزیته شیشه نصف می گردد و به راحتی قابلیت شکل دادن پیدا می کند.
برای اینکه به بیشترین سطح تنش (منظورایجاد تنش فشاری در سطح است) در شیشه دست یابیم و در نتیجه عملیات تمپرینگ تحت شرائط استاندارد صورت پذیرد، در هنگامی که ما به سرد کردن شیشه از بالای نقطه نرم شوندگی آن به دمای محیط مشغول هستیم نیاز به ایجاد اختلاف دمایی در حدود 100 تا 170 درجه سانتیگراد بین سطح و قسمت های داخلی شیشه است. (این میزان بسته به استاندارد متفاوت است). در شیشه هایی که ضریب انبساط حرارتی کمی دارند، همانند شیشه های بوروسیلیکات (پیرکس)، سخت شیشه از طریق حرارتی دشوار است.
شکل 1، تفاوت دمایی و تنش های زودگذر را در شیشه در طول فرآیند تمپرینگ نشان می دهد.
در فرآیند تمپرینگ در زمان های مختلف چه اتفاقاتی می افتد؟
ثانیه صفر- شیشه وارد کوره نشده است و در نتیجه هنوز بر شیشه هیچ تنشی وارد نمی گردد.
ثانیه 20 – شیشه در درون کوره قرار گرفته و در نتیجه انبساط سطح بر اثر حرارت موجب فشار می گردد.
ثانیه 70 - در این حالت اندک اندک اختلاف دمایی که بین سطح و داخل در ابتدا وجود داشت رو به کاهش می گذارد.
ثانیه 140 – شیشه در بالای نقطه نرم شوندگی خود قرار گرفته است و مشاهده می شود که هیچ تنشی بر شیشه وارد نمی گردد.
ثانیه 160 – شیشه کوینچ می شود.
ثانیه 165 – کوینچ شیشه یه پایان می رسد و کشش کمی در سطح مشاهده می شود.
ثانیه 175 – سرعت سردکردن بالاست و در نتیجه در سطح کشش مشاهده می شود.
ثانیه 230 – دمای نرمالیزاسیون – در این مرحله تنش های نرمال ایجاد می گردد.
ثانیه 320 – شیشه تمپر شده است.
برای یک شیشه 4 میلیمتری و استفاده از کوینچ توسط جریان هوا مطابق استاندارد، نیاز به حدود 5 ثانیه برای ایجاد اختلاف 170 درجه ای بین سطح و قسمت های داخلی شیشه می باشد و قسمت های داخلی شیشه در این مرحله با سرعتی در حدود 12 درجه سانتیگراد بر ثانیه شروع به سرد شدن می کنند. اگر قبل از اینکه مرکز شیشه سخت گردد (565 درجه سانتیگراد)، می خواهیم که به اختلاف دمایی مورد نظر دست یابیم، با توجه به پنج ثانیه زمان سردکردن با سرعت سرد کردن 12 درجه سانتیگراد بر ثانیه (60 درجه سانتیگراد)، می بایست از دمای 625 درجه سانتیگراد آغاز کنیم.
هرچقدر به دماهای بالای 625 درجه سانتیگراد برویم زمان بیشتری برای رسیدن به اختلاف دمایی مورد نظر وجود دارد و در نتیجه نیاز به جریان هوای کمتری برای سرد کردن است. اما مشکل اینجاست که هرچه دما بالاتر می رود شیشه نرم تر می گردد و هم چنین خصوصیت اپتیکی شیشه نیز کاهش می یابد. در زیر 625 درجه سانتیگراد شیشه سفت تر و مستحکم تر است و خصوصیات اپتیکی مناسب تر است، اما زمان کمی داریم و در نتیجه باید از هوای بیشتری برای کوینچ استفاده کنیم تا به اختلاف دمایی مورد نظر دست یابیم. این سرد کردن سریع تر موجب ایجاد تنش های ناپایدار بیشتری در شیشه شده و کیفیت استحکامی شیشه را بهبود می بخشد اما مشکل اینجاست که ممکن است موجب شکسته شدن شیشه بر اثر تنش های وارده بر شیشه در حین کوینچ گردد.
برای دستیابی به دمای برون رفت کوره (Texit)، می بایست دمای کوره را در 625 درجه سانتیگراد تنظیم نمود و شیشه را برای چند ساعت در کوره قرار داد و باید اطمینان حاصل نمود که دمای کوره در این زمان تغییر نمی کند. اما شرایط هیچ گاه به این صورت نمی باشد و بنابراین دمای کوره را بالا می بریم و زمان ماندن در آن دما را کاهش می دهیم. حال با در نظر گرفتن فرمول زیر می توانیم زمان مورد نظر را محاسبه نماییم:
Texit=((TFurnace-Tambient)(1-e-k) + Tambient)/17.5
ضخامت شیشه / زمان ماندن در کوره برحسب ثانیه K=
اگر شرایط حرارتی در سیستم ثابت باشد مقدار 5/17 در فرمول بالا به 2/11 تبدیل می گردد.
حال بسته به زمان ماندن در کوره و شرایط دیگر این میزان سنجیده می شود. هرچقدر دمای برون رفت شیشه با دمای کوره نزدیک تر باشد حرارت دهی کوره آرام تر صورت می پذیرد و در نتیجه یکسانی دمایی بیشتری در شیشه ایجاد می گردد.
کوره های مورد استفاده تمپرینگ:
کوره های تمپرینگ از نوع کوره های رولری بوده و رولرهای آن می تواد از نوع فیوز سیلیکا انتخاب گردند. استفاده از رولرهای فیوز سیلیکای توخالی برای کوره های تمپرینگ مزیت هایی دارد که در زیر آورده شده است:
استحکام مکانیکی مناسب
مقاومت به شوک حرارتی بسیار خوب و حالت هموژن و یکدست سیلیکا
مقاومت شیمیایی بالای آن و عدم واکنش آن با شیشه در طول فرآیند تمپرینگ
ذخیره سازی حرارتی کم آن و در نتیجه کاهش زمان افزایش دما در آن
وزن کم آن و در نتیجه آسانی شریط نگهداری
قابلیت استفاده تا دمای 800 درجه سانتیگراد
باتوجه به اینکه مقداری از حرارت از طریق تشعشع به سیستم منتقل می گردد در شیشه های مختلف، زمان حرارت دهی متفاوت خواهد بود. به عنوان مثال در شیشه های کم گسیل با توجه به اینکه تابش گرمایی به دلیل وجود لایه های پوششی به خوبی انجام نمی گیرد، زمان حرارت دهی افزایش می یابد. در سیستم های حرارتی FCH با توجه به اینکه انتقال حرارتی به وسیله همرفت یا جابجایی به میزان زیادی صورت می گیرد زمان گرمادهی از حدود 40 ثانیه برای هر میلیمتر ضخامت شیشه به حدود 33 تا 30 ثانیه برای هر میلیمتر کاهش می یابد.
شکل 2- منحنی گرمادهی برای شیشه های شفاف و کم گسیل در دو نوع کوره اشاره را نشان می دهد.
شکل 3- نمایش یک سیکل کامل تمپرینگ.
هنگامی که یک شیشه در کوره قرار داده می شود، در ابتدا دمای قسمت های مرکزی شیشه از قسمت های سطح شیشه پایین تر است و موجب می شود که سطح شیشه تحت فشار قرار بگیرد (در این حالت تنش ایجادی همانند شیشه های تمپرشده است) و در نتیجه شیشه بسیار مستحکم است. در شیشه های ضخیم (ضخامت بیش از 10 میلیمتر)، تنش ایجاد شده در حین عملیات تمپرینگ زیاد شده و اگر درز و یا ترکی در شیشه وجود داشته باشد شیشه ممکن است بشکند و اگر این اتفاق بیفتد شیشه به به قطعات بسیار ریزی تبدیل می گردد.
هنگامی که شیشه در دمای بالای نقطه نرم شوندگی اش حرارت می بیند، حالت پلاستیک در آن اتفاق می افتد و تنش های موجود در شیشه آزاد می گردد. اگر دمای حرارت دهی شیشه به دماهای بسیار بالاتر از نقطه نرم شوندگی اش برسد، شیشه بسیار نرم شده و در نتیجه گوشه ها و لبه های آن خم می شود و در نتیجه شیشه ما در نهایت یک شیشه موج دار خواهد بود. هم چنین اگر رولرها به خوبی هم مرکز نشده باشند، این موضوع نیز باعث توزیع موج در شیشه می گردد.
هنگامی که شیشه وارد مرحله کوینچ می شود، سطح شیشه به سرعت سرد می شود اما قسمت های داخلی شیشه حرارت خود را آرام تر از سطح خارج می کنند. برآیند تفاوت حرارتی در سرد کردن شیشه است که میزان تنش نهایی در شیشه را مشخص می کند.
ایجاد اختلاف دمایی بین سطح و مرکز شیشه در شیشه های ضخیم، قیل از اینکه شیشه سخت شود آسان است و در نتیجه می توان شیشه را در دماهای پایین تر از کوره خارج نمود. هم چنین فشار هوای لازم برای کوینچ در این شیشه ها نسبت به شیشه های نازک، به مراتب کم تر است. این به این معنی است که فشار هوای سردکردن، که موجب رسیدن دمای شیه به دمای اطاق می گردد بسیار بیشتر از فشار هوای کوینچ است. اگر فشار هوای کوینچ به اندازه فشار هوای سرد کردن افزایش یابد؛ تنش های کششی زیادی در سطح ایجاد می شود که ممکن است موجب ایجاد ترک در قطعات شیشه ای در حین سرمایش گردد.
از چه میزان فشار هوا باید در کوینچ استفاده نمود؟
موارد زیر همگی بر روی این موضوع تاثیرگذارند:
طراحی محفظه نازل پاشش هوای کوینچ، دانسیته شیشه، دانسیته و دمای هوای پاشش.
در حقیقت کار سیستم فشار هوای کوینچ به این صورت است که مقداری هوای سرد را برحسب کیلوگرم بر ثانیه بر روی شیشه می پاشد و موجب خروج گرما از شیشه شده و هم چنین با جایگزینی هوای گرم با هوای سرد و تازه بازدهی سیستم را افزایش دهد. مقدار انرژی که از شیشه خارج می شود به ضریب انتقال حرارتی مشهور است. در سیستم های قدیمی کوینچ نیاز به حدود 97/6 کیلوپاسکال (28 Inch water column)برای تمپر شیشه 4 میلیمتری بود. بازده سیستم های امروزی بهبود یافته و این میزان به حدود 73/3 کیلوپاسکال (15 Inch water column)رسیده است. با افزایش ضخامت شیشه میزان فشار هوای مورد نیاز کاهش می یابد.
در کوینچ استاندارد برای شیشه های با ضخامت بیش از 4 میلیمتر میزان فشار هوای مورد نیاز به شرح زیر است:
شیشه 5 میلیمتری: 28*(4/5)^3=14.34 in wg
شیشه 6 میلیمتری: 28*(4/6)^3=8.29 in wg
شیشه 10 میلیمتری: 28*(4/10)^3=1.79 in wg
شیشه 15 میلیمتری: 28*(4/15)^3=0.53 in wg
در کوینچ با بازدهی برای شیشه های با ضخامت بیش از 4 میلیمتر میزان فشار هوای مورد نیاز به شرح زیر است:
شیشه 5 میلیمتری: 15*(4/5)^3=7.68 in wg
شیشه 6 میلیمتری: 15*(4/6)^3=4.4 in wg
شیشه 10 میلیمتری: 15*(4/10)^3=0.96 in wg
شیشه 15 میلیمتری: 15*(4/15)^3=0.28 in wg
ثابت کوینچ (Qc) می تواند طبق فرمول زیر محاسبه شود:
Qc = P * (a)^3 e.g. 28 * 4^3 = 1792
P فشار و a ضخامت شیشه است.
محاسبه فشار برای شیشه های دیگر ساده است:
Qc/a e.g. 1792/10^3 = 1.79 in wg
همانگونه که اشاره شد دانسیته شیشه بر روی میزان خروج حرارت از شیشه تاثیرگذار است. دانسیته هوا در حالت استاندارد در یک روز با 15 درجه سانتیگراد دما، 1013 میلی بار می باشد که برابر 224/1 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد که هم دما و هم فشار هوا بر دانسیته تاثیر می گذارد.
دانسیته در صفر درجه سانتیگراد= دانسیته در 15 درجه سانتگراد * (15+273)/ (0+273) با افزایشی در حدود 5/5 درصد
هم چنین فشار هوای جوی اعم از کم فشار و پرفشار نیز بر روی دانسیته هوا تاثیرگذار است:
در یک روز پرفشار:
دانسیته در 1040 میلی بار = دانسیته در 1013 میلی بار * 1040 / 1013 با افزایشی در حدود 7/2 درصد
بنابراین میزان سرعت فن سیستم بسته به پرفشار بودن و کم فشار بودن هوا می بایست کم و یا زیاد گردد تا میزان نهایی جریان هوایی که به شیشه برای سرد کردن آن دمیده می شود در هر دو حالت یکسان بماند.
اين بحث در مورد بيوسراميک ها و کاربرد آنهاست
از دوستان خواهش مي کنم مطالب خود را در بخش علوم زمين قرار دهند.
با سلام خدمت شما!!
بهتر که در بخش [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] این تاپیک رو بزنید من قفل نمی کنم ادامه بدید بعدا منتقل می شه !!
شيشه يکي از بخش هاي صنعت سراميک محسوب مي گردد. اميدوارممسايل خوبي در مورد شيشه در اين تاپيک مطرح شود.
مطالب به محل علو م زمين منتقل شده است. کساني که علاقه مندند به اين تاپيک مراجعه نمايند.نقل قول:
[ليزر آخرين و پيشرفته ترين منبع نوری ماست . کلمه ليزر از حروف اول کلمات Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation گرفته شده است[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
به عبارت بهتر ليزر تشعشع توليد شده توسط تقويت کننده های نوری ميباشد که در طيف های مختلف از مادون قرمز تا فوق بنفش آن در پزشکی کاربرد دارد. نور ليزر مادون قرمز و فوق بنفش را با چشم نميتوان ديد. ليزر منبع نوری است که نور بينهايت خالص توليد ميکند . درنور خالص بجای طيفی از طول موجها ، فقط يک طول موج داريم . اگر منشوری را جلوی يک منبع نور معمولی نگه داريم شما ميتوانيد طيفی از رنگها (قرمز-نارنجی-زرد-سبز-آبی-نيلی-بنفش) را که از طرف ديگر منشور خارج ميشود مشاهده نماييد در حاليکه اگر اين منشور را در مقابل نور ليزر بگيريم همان رنگی که وارد منشور ميشود از طرف ديگرش خارج ميشود و ديگر طيفی از نور مشاهده نخواهد شد.
از مشخصات ديگر نور ليزر همدوسی آن است که در نور معمولی وجود ندارد . در دو شکل زير ،شکل سمت چپ نور معمولی است ولی شکل سمت راست نور ليزر است. همانگونه که مشاهده ميکنيد امواج نور معمولی درهم وبرهم است ولی امواج نور ليزربا هم بالا و پايين ميروند . به اين خاصيت نور ليزر همدوسی يا کوهرنسی ميگويند.[
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
قرنيه
قرنيه در واقع مقطعي از يك كره يا يك جسم بيضوي است كه از وراي آن قسمت رنگي چشم (عنبيه) ديده ميشود. اعمال جراحي ليزر و ليزيك براي اصلاح شماره عينك، بر روي اين قسمت از چشم انجام ميگيرد
عنبيه و مردمكعنبه قسمت رنگي چشم است كه به رنگهاي مختلف مانند آبي، سبز، قهوهاي، عسلي و ... ميباشد. عمل اصلي عنبيه كنترل اندازه مردمك بوده و همانند ديافراگم در دوربين عكاسي، كنترل ميزان نور ورودي به داخل چشم است، بطوريكه روزها كه نور محيط بيشتر است، مردمك كوچكتر و بالعكس شبها بزرگتر ميشود
چشم
ساختمان شفافي است كه در پشت مردمك واقع شده است. عمل اصلي عدسي متمركز نمودن دقيق نور بر روي شبكيه بويژه در هنگام مطالعه است كه با تغيير شكل عدسي صورت ميگيرد. از سن 45-40 سالگي به بعد, تغيير شكل عدسي كمتر صورت گرفته و ميزان تطابق براي مطالعه كردن و كارهاي نزديك كمتر ميگردد
چشم
]عصب چشم تصاوير دريافتي را بصورت امواج الكتريكي از شبكيه به مغز انتقال ميدهد
زجاجيه]ماده ژله مانند شفافي است كه محوطه داخل چشم را پر ميكند و به چشم شكل كروي ميدهد. با افزايش سن تغييراتي در اين ژل به وقوع ميپيوندد كه بصورت اشكال متحركي شبيه مو, نقاط سياه رنگ يا بال مگس (كه اصطلاحا مگس پران ناميده ميشود) در ميدان بينايي بنظر ميآيد و بويژه هنگام نگاه به يك زمينه يك دست و روشن بيشتر جلب توجه ميكندقسمت سفيدي چشم است كه باعث استحكام و محافظت چشم ميگردد
ليزيك يك شكل جديد جراحي ليزري است كه قادر است طيف وسيعي از نزديک بيني (و آستيگماتيسم و دوربيني) را اصلاح كند. در اين فرم عمل بهبود ديد سريع بوده و ناراحتيهاي پس از عمل كمتر ميشود. در اين عمل در ابتدا يك لايه با ضخامت حدودا" 160 ميكرون از سطح قرنيه برداشته ميشود و سپس توسط ليزر اكسايمر كه با كامپيوتر كنترل ميشود تراش قرنيه متناسب با شماره عينك صورت ميگيرد.
چه مدت است كه ليزيك انجام ميشود؟
اولين نمونه هاي مشابه اين عمل (كراتوميليوزيس) روي انسان در سال 1963 انجام شد. اين روش به تدريج پيشرفت و بهبود پيدا كرده است. ليزر اكسايمر بيش از 20 سال است كه براي مورد استفاده قرار مي گيرد. جراحان چشم بيش از30 سال است كه توانسته اند لايه نازك از قرنيه را بردارند. اين دو روش (برداشتن يك لايه نازك و انجام ليزر زير آن) در سال 1991 با هم تركيب شده و يك شكل جديدي از عمل جراحي انكساري به نام ليزيك پديد آمد. اغلب تجربيات با ليزيك در خارج از آمريكا انجام شده است.
كلينيك نور از سال 1373 انجام اعمال جراحي ليزر و از نيمه دوم سال1374 عمل ليزيك را براي اولين بار در ايران و خاور ميانه آغاز كرد.
براي انتخاب روش مناسب اصلاح ديد اعم از عينك، كنتاكت لنز و يا روش هاي جراحي، بهتر است ابتدا با ساختمان و عملكرد چشم آشنا شويد. عمل اصلي چشم متمركز كردن نور بر روي پرده شبكيه است. هنگاميكه چشم توانايي انجام اين كار را نداشته باشد، نياز به عينك يا كنتاكت لنز (لنز تماسي) پيدا خواهيد كرد. نور از طريق قرنيه كه همان قسمت شفاف جلويي چشم است وارد چشم شده و پس از عبور از عدسي چشم كه با دقت بيشتري نور را بر روي شبكيه متمركز ميكند، به پرده شبكيه ميرسد. پرده شبكيه كه در پشت چشم واقع شده است، همانند فيلم عكاسي دوربين عمل نموده و نور را به امواج الكتريكي تبديل ميكند. اين امواج توسط عصب چشم به مغز هدايت ميشود. بنابراين براي واضح ديدن، پيش از همه چيز لازم است نور بر روي شبكيه متمركز شود. توضيح مختصري درباره قسمتهاي مختلف چشم، به درك بهتر روشهاي مختلف اصلاح ديد كمك خواهد كرد.
]مواد نيمه هادي دامنه وسيعي از فلزات، شبه فلزها، سراميک ها و ترکيبات متفاوت ديگري را در بر مي گيرد که مقاومت الکتريکي آن ها بين يک هادي (به عنوان مثال مس) و يک عايق (به عنوان مثال شيشه)قرار دارد. نيمه هادي هاي مفيد داراي مقاومت ويژه در گستره 3-10تا 8 10 اهم سانتي متر هستند. مواد غير هادي از کليه عناصر گروه جدول تناوبي است. انواع ترکيبات عنصري گستره خواص مشابهي (الکتريکي، نوري، حرارتي و مکانيکي) را به وجود مي آورند. نيمه هادي ها در يک سو سازها براي تبديل جريان متناوب به جريان مستقيم و يا تشديد جريان به کار مي رود. هم چنين براي تبديل انرژي حرارتي به برق نظير سلول هاي خورشيدي نيز به کار مي رود. ابداع مواد نيمه هادي از تجربيات اوليه بر روي سيليسيم و ژرمانيم آغاز گرديد. تا به امروز هنوز سيليسيم نوع چند بلوري خالص مهم ترين ماده نيمه هادي است. بعد از سيليسيم به عنوان نيمه هادي ترکيبات است. کاربردهاي ترکيبات به ابداع صنعت ديودهاي نورافشان که انقلابي در زمينه نمايش حرفي عددي به وجود آورده منجر شد که نقش عمده اي در تحول صنايع، حسابگرهاي الکترونيکي و ساعت ديجيتالي ايجاد کرده است.
ادواتي که را به کار مي برند شامل ليزرهاي ساختار نا همگن، مولفه هاي سيستم هاي فيبر نوري و مدارات مجتمع ديجيتالي پر سرعت است.
الکترون هاي مدارهاي خارجي اتم ها در يک هادي الکتريکي آزاد بوده و در نتيجه رسانايي الکتريکي از همين طريق صورت مي گيرد. الکترون هاي خارجي نيمه هادي ها (الکترون ظرفيت)معمولاً پايدار هستند اما هنگامي که يک عنصر به آن اضافه مي شود با کم و زياد کردن انرژي جريان ضعيف الکتريکي باعث جابجايي الکترون هاي ظرفيت در جسم مي گردد.
برخي عناصر مانند آرسنيک داراي الکترون هاي ظرفيت بيش از حد لازم جهت پيوند کاري بوده و الکترون آزاد مي کنند(دهنده)(عناصر هايپر الکترونيک) و عناصري مانند بور با انرژي کمتر و پذيرش الکترون در مدار ظرفيت خود گيرنده نام دارند.(هيپو الکترونيک)دسته ديگري از مواد مانند کبالت مي توانند الکترون گرفته يا بدهند که اتم هاي ميانگير ناميده مي شوند.
led چيست؟
ليزرهاي نيمه هادي: ليزرهاي نيمه هادي در حقيقت ديودهايي هستند که نوري شبيه سازي شده از خود صاطع مي کنند. اين مواد از اتصال نيمه هادي هاي نوع و (دهنده و گيرنده) تشکيل شده است. تحریک توسط جرياني معمولي از داخل قطعه ایجاد مي گردد و قسمت های انتهايي ديود نقش بازتاب را بر عهده دارد. ترکیب مجدد جفت هاي الکترون- حفره مي تواند براي توليد تابش الکترو مغناطيس به وسیله جریان الکتریسیته در اتصالات مورد مصرف قرارگيرد. این اثر در صنعت سرامیک و الکترونیک به پدیده الکترو لومنينس در موادی هم چون يا با ايجاد باند مستقيم در اتصال اشتراک مجدد جفتهاي الکترون – حفره که در منطقه تهي انجام مي گيرد موجب انتشار تابش الکترو مغناطيس مي گردد.اين قطعات به اصطلاح نام دارند. اگر به صورت آينه اي مي توانستيم نمونه اي از صفحات کريستالوگرافي برش خورده نيمه هادي ها داشته باشم و اتصال جفت هاي الکترون – حفره را ايجاد کنيم، اين قطعه مي توانست با تابش فتون ها محدوده وسيعي از طول موج از مادون قرمز تا ماوراءبنفش را ايجاد کند.
هدايت الکتريکي نيمه هادي ها مي تواند به وسيله اضافه کردن عناصر دوپ شده و يا درصد ناچيزي از عناصر ناخالصي به نيمه هادي افزايش يابد. با حضور ناخالصي ها و ايجاد بار اضافي و يا کمبود بار اين امر محقق مي شود.
]در ترکيب گاليم ارسنايد، هر اتم گاليم سه الکترون در لايه ظرفيت خود دارد و اين ميزان براي ارسنايد پنج است. بنابر اين ميانگين الکترون براي هر اتم در ترکيب چهار الکترون است.
اگر عنصري همانند روي با ظرفيت دو به کريستال اضافه شود، نتيجه کمبود يک الکترون در يک جفت الکترون است. اين کمبود الکترون باعث ايجاد يک مکان براي الکترون مي شود ولي الکتروني در آنجا وجود ندارد و در نتيجه شاهد تشکيل حفره هستيم. اين نوع نيمه هادي به نوع مشهود است که هدايت الکتريسيته در آن بر اثر حرکت حفره از يک اتم به اتم ديگر است.
[اگر عنصري با ظرفيت شش، يعني با شش الکترون مانند سلنيم به کريستال اضافه شود، با وارد شدن الکترون اضافي اين الکترون مي تواند در کريستال جابجا شود و در نتيجه مکانيزم هدايت الکتريکي در اين نوع از نيمه هادي ها بر اساس جابجايي الکترون است. اين نوع نيمه هادي نوع ناميده مي شود.
هنگامي که مناطق و در کنار يکديگر قرار داده شوند نتيجه اتصال خواهد بود که در يک سمت اتصال، هدايت از طريق الکترون منفي و در سمت ديگر از طريق حفرات مثبت است. اين قطعه همان ديود است و حرکت جريان در آن تنها از يک سمت ممکن است.
دانسيته حامل ها هم در نوع و هم با اعمال ولتاژ در اطراف اتصال افزايش مي يابد. الکترون ها از قسمت نوع و حفره ها از سمت نوع به سمت محل اتصال مي آيند. با توجه به اين که باطري به الکترون و حفره انرژي تزريق مي کند، آن ها تمايل به جهش به حالت بالاتري از انرژي دارند. به دليل اين که حفره به طور ذاتي ناشي از فقدان الکترون در باند است بنابر اين توسط يکي از الکترون هاي اضافي پر مي شود. هنگامي که جريان معکوس به اتصال اعمال شود. حاملين بارها ازمحل اتصال حرکت کرده تا ايجاد منطقه تهي بدون بار کنند. بنابر اين تنها يک جريان کم اگر ديود معکوس باشد کفايت مي کند.
[شکل يک دياگرام سطح انرژي در ديودهاي نيمه هادي را نشان مي دهد.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
يک مجله خوب براي افرادي که دنبال مطالب سراميکي هستند.
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]