2-5-4-انواع کاربید سیلیسیم …………………………………………………………………………  22

 

2-5-4-1-کاربید سیلیسیم نوع بتا () ………………………………………………………………  22

 

2-5-4-2-کاربید سیلیسیم نوع آلفا () ………………………………………………………….  22

 

2-5-5- پایداری انواع مختلف SiC بلوری …………………………………………………………  23

 

2-5-6- وضعیت گذشته و فعلی کاربید سیلیسیم ………………………………………………….. 24

 

2-5-7- خلاصه ای از خواص SiC  …………………………………………………………………. 

 

2-5-8- برخی کاربرد های SiC ……………………………………………………………………….. 

 

2-5-8-1- کاربرد به عنوان ساینده ……………………………………………………………  26

 

2-5-8-2- دیر گدازها و المنت های کوره ………………………………………………….  26

 

2-5-8- 3- کاربردهای الکترونی و نوری……………………………………………………. 27

 

2-5-8-3-1- نیمه هادی کاربید سیلیسیم …………………………………………….  28

 

2-5-8-3-2- کاربرد در صنعت IC …………………………………………………… 

 

2-6- شیشه ……………………………………………………………………………………….  28

 

2-6-1-تاریخچه شیشه …………………………………………………………………………..  28

 

2-6-2-تعریف شیشه …………………………………………………………………………….  29

 

2-7- اکسید سریم ………………………………………………………………………………..  30

 

2-7-1- کاربردهای اکسید سریم ………………………………………………………………..  31

 

2-8- اکسید سیلیسیم ………………………………………………………………………..  32

 

2-9- ابزارهای برشی و سایند ها ……………………………………………………………  33

 

2-9-1- ابزارهای برشی ………………………………………………………………………….  33

 

2-9-2- ساینده‌ها ………………………………………………………………………………..  35

 

2-10-ترکیب پولیش پایه سریم و فرآیند آماده سازی آن ……………………………………….  38

 

2-11- مشخصات اکسید سریک ………………………………………………………………..  39

 

2-12- فرایند آماده سازی ترکیب …………………………………………………………….  40

 

2-13- ابزارهای ساینده سرامیکی پیوند داده شده …………………………………………  42

 

2-13-1- مقدمه ……………………………………………………………………………..  42

 

2-13-2- فرایند تولید ……………………………………………………………………………..  42

 

2-13-3- هدف از تولید ساینده های سرامیکی ……………………………………………………  43

 

2-13-4- روش ساخت ترکیبات ………………………………………………………………………..  43

 

فصل سوم: روش تحقیق ………………………………………………………………………………  44

 

3-1- مواد اولیه ……………………………………………………………………………………….  44

 

3-1-1- اکسیدسریم ……………………………………………………………………………  44

 

3-1-2- کاربیدسیلسیم …………………………………………………………………………….  45

 

3-1-3- نانوسیلیس ………………………………………………………………………………..  45

 

3-1-4- افزودنی ها …………………………………………………………………………………….  46

 

3-2- تجهیزات آزمایشگاهی ………………………………………………………………………..  46

 

3-2-1- هیتر ……………………………………………………………………………………..  46

 

3-2-2- کوره ………………………………………………………………………………………… 46

 

3-2-3- مگنت …………………………………………………………………………………………  46

 

3-2-4- ترازو ………………………………………………………………………………………….  46

 

3-2-5- خشک کن ……………………………………………………………………………….  46

 

3-2-6- CCS …………………………………………………………………………………. 

 

3-3- ابزار آزمایش و آنالیز نمونه‌ها ………………………………………………………………..  47

 

3-3-1- دستگاه پراش پرتو ایکس (XRD) ………………………………………………………..  47

 

3-3-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) ………………………………………………..  47

 

3-3-3- آزمایش اندازه‌گیری استحکام ………………………………………………………………..  47

 

3-4- روش انجام آزمایش ………………………………………………………………………..  48

 

3-4-1- تهیه نمونه‌های سری اول ………………………………………………………………..  48

 

3-4-1-1- نمونه‌سازی مجموعه A …………………………………………………………… 

 

3-4-1-2- نمونه‌سازی مجموعه B …………………………………………………………… 

 

3-4-1-3- نمونه‌سازی مجموعه C …………………………………………………………… 

 

3-4-2- تهیه نمونه های سری دوم ………………………………………………………………  51

 

3-4-2-1- نمونه‌ D ………………………………………………………………………………… 

 

 

3-4-2-2- نمونه‌ …………………………………………………………………………………  53

 

3-4-2-3- نمونه‌ …………………………………………………………………………………  53

 

3-4-2-4- نمونه‌ G ………………………………………………………………………………… 

 

3-4-2-5- نمونه‌ H ………………………………………………………………………………… 

 

3-4-3-تهیه نمونه‌ های سری سوم ………………………………………………………..  55

 

3-4-3-1- نمونه سازی مجموعه I ……………………………………………………………. 

 

3-4-3-2- نمونه سازی مجموعه J …………………………………………………………… 

 

3-4-3-3- نمونه سازی سریK ……………………………………………………………….. 

 

3-4-3-4- نمونه سازی سریL ………………………………………………………………… 

 

3-4-3-5- نمونه سازی سری M ……………………………………………………………… 

 

3-4-3-6- نمونه سازی سری N ………………………………………………………………. 

 

3-4-4- تعیین درصد وزنی جذب آب …………………………………………………………..  62

 

3-4-5- انجام آزمایش سایش …………………………………………………………….  63

 

3-4-6- استفاده از نرم افزار Image Analyzer ………………………………………………. 

 

فصل چهارم: روش تحقیق ……………………………………………………………………..  65

 

4-1- مقدمه    ………………………………………………………………………………….  65

 

4-2- بررسی شکل ظاهری نمونه ها از نظر دمای پخت …………………………………….  65

 

4-2-1- نتایج نمونه های سری اول ………………………………………………………………  65

 

4-2-2- نتایج نمونه های سری دوم ……………………………………………………………..  66

 

4-2-3- نتایج نمونه های سری سوم …………………………………………………………….  67

 

4-2-3-1- نمونه های پخته شده در دمای ºc750 و ºc1000 …………………………………….

 

4-2-3-2- نمونه های پخته شده در دمای ºc850 …………………………………………………

 

4-2-3-3- نمونه های پخته شده در دمای ºc1050 ……………………………………………..

 

4-2-3-4- نمونه های پخته شده در دمای ºc950 …………………………………………….

 

4-3- بررسی نتایج آنالیز XRD …………………………………………………………………… 

 

4-3-1- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₁₅ ……………………………………………………… 

 

4-3-2- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₅ ……………………………………………………….. 

 

4-3-3- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₂ ……………………………………………………….. 

 

4-3-4- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه I₁₉ ……………………………………………………… 

 

4-3-5- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₁ ……………………………………………………… 

 

4-3-6- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₄ ……………………………………………………… 

 

4-3-7- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₇……………………………………………………..

 

4-3-8- بررسی نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₁ ……………………………………………………. 

 

4-3-9- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₄ و I₉ ……………………………….. 

 

4-3-10- بررسی و مقایسه نتایج آنالیز XRD نمونه N₁₆ و I₁₇ ……………………………. 

 

4-4- بررسی نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM )و Image Analyzer…………..

 

4-4-1- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN1 ……………………………… 

 

4-4-2- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونهN4 ……………………………… 

 

4-4-3- بررسی نتایج SEM نمونه7N ……………………………………………….. 

 

4-4-4- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N11……………………………

 

4-4-5- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N14……………………………

 

4-4-6- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه N16……………………………

 

4-4-7- بررسی نتایج  SEM نمونه I2…………………………………………………..

 

4-4-8- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 ………………………………. 

 

4-4-9- بررسی نتایج SEMو Image Analyzer نمونه I9 ………………………………. 

 

4-5- نتایج آزمایش  استحکام ……………………………………………………………….  100

 

4-6- نتایج آزمایش سایش ………………………………………………………………..  101

 

4-7- تعیین  وزن مخصوص ،درصد حجمی و درصد وزنی جذب آب ……………………….  102

 

فصل پنجم: نتیجه‌گیری …………………………………………………………………………  103

 

منابع و مراجع………………………………………………………………………………..  104

 

چکیده:

 

در این پروژه ساینده پایه سریم برای صیقل کاری روی سطح شیشه‌های معدنی مورد توجه قرار گرفت. از مواد اولیه اکسید سریم، اکسید لانتانیم، میکروسیلیس، اسید بوریک،  کاربیدسیلسیم، فسفات، فلوراید کلسیم‌، هگزا متافسفات سدیم، تری پلی فسفات سدیم، اکسید روی، سدیم متاسیلیکات استفاده گردید و با دو روش عمومی یکی استفاده از محلول و دیگری بصورت پودر خشک مورد استفاده قرار گرفتند. دمای پخت در شرایط مختلف از 450 تا 1150 درجه سانتی گراد در نظر گرفته شد و شرایط بحرانی برای پخت مشاهده شد که گاهی50± درجه سانتی گراد باعث عدم پخت یا بیش از حد شیشه‌ای شدن می‌گردید. در حدود 150 نمونه مختلف ساخته شد و شرایط پخت و سختی و استحکام آن‌ها مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی‌های میکروسکوپی نشانگر ساختارهای متفاوت بود که در برخی موارد، وجود بیش از حد فاز شیشه‌ای موجب ترک برداشتن و یا اعوجاج نمونه‌ها گردیده بود. آنالیز XRD فازهایی نظیر Ce₂Si₂O₇ , Ce₇O₁₂SiO₂ CeP₅O₁₄, SiC,CeP₂ را نشان داد که در اثر واکنش اکسید سریم با سیلیس یا واکنش منابع فسفاتی و اکسید روی و نظایر آن ایجاد شده بود در نهایت ترکیب تری پلی فسفات سدیم‌، نانو سیلیس، اکسید روی‌،اکسید سریم و کاربید سیلیسیم در دمای پخت 950 درجه سانتی گراد انتخاب گردید که ساینده‌ای با خواص موردنظر در آن ایجاد شده بود.

 

فصل اول: مقدمه

 

ساخت کامپوزیت‌ها سال‌هاست که مورد توجه قرار گرفته است و برای بهبود خواصی نظیر تنش برشی، استحکام، میزان کرنش تا شکست، نوع شکست و چقرمگی بکار می‌روند. ساخت کامپوزیت‌های سرامیکی گوناگون جهت بهبود خواص، اهمیت ویژه‌ای دارد. بسته به کاربرد کامپوزیت، انتخاب ساختار سرامیکی و فاز جانبی مناسب آن اهمیت فراوانی یافته است. در دهه اخیر کامپوزیت‌های اکسیدی – غیراکسیدی توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است، اما برای انتخاب یک سرامیک اکسیدی مناسب بعنوان فاز اصلی باید به خواصی نظیر نسوزندگی و ضریب انبساط حرارتی توجه کرد. ]1[

 

  نانوفناوری یا بکارگیری فناوری در مقیاس میلیاردم متر عبارتست از خلق مواد، قطعات و سیستمهای کارا باکنترل اندازه اجزاء ریز سازنده در حد نانومتر و در نتیجه بهره برداری از خصوصیات و پدیده‌‌های جدید بوجود آمده در آن مقیاس. تکنولوژی نانو بعنوان یک روش نو برای سنتز مواد و ساختار‌‌های مفید دارای حداقل یک بعد در حد نانومتر، هم اکنون مورد توجه بسیاری از محققین و مراکز تحقیقاتی و صنعتی در جهان امروز واقع شده است.

 

   نانو فناوری یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته‌‌هاست که در جهت بررسی اصول و قوانین حاکم بین مولکولها و ساختارهای با ابعاد بین 1 تا 100 نانومتر گام بر می‌دارد. نانو تکنولوژی یک علم چند رشته ای است و برای درک مفاهیم و اصول بنیادین و قوانین حاکم در دنیای نانو تقریبا به تمام علوم نیاز است. نانو مواد (موادی که حداقل در یک بعد دارای اندازه ای در حد نانومتر هستند) از نظر عمومی‌به دو دسته تقسیم بندی می‌گردند ;مواد نانوساختار و نانوذرات‌. نانوذره به ذره ای گفته می‌شود که ابعادی بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشد که پرکابردترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند.

 

   ترکیب ساینده پایه سریم برای سایش کردن با بازدهی بالا و سریع روی سطح شیشه‌‌های معدنی،لنزهای اپتیکی پلاستیکی وصفحات پلاستیکی سازگاری خوبی دارد. پولیش شیشه‌‌های آلی کاملا حساس و متفاوت است. توجه روی این حقیقت است که آنها نرم و شکننده، و در برابر خراش خیلی حساس اند.صیقل دادن نا کافی منجر به خراشهای ریز و صیقل بسیار ساینده موجب خراش درشت و کدر شدن شیشه می شود. در این تحقیق هدف ساخت یک صیقل دهنده‌ی مناسب جهت پولیش کردن شیشه می‌باشد.  اگر بتوان ذرات ریز نانو سیلیس و کاربید سیلسیم را در کنار CeO₂  و پیوند دهنده‌‌های مناسب( که از بافت سیمان‌‌های سرامیکی باشند) قرار داد و یک صیقل دهنده ظریفی ساخت که بتواند شیشه‌‌ها را صیقل کند آنگاه یکی از کاربردهای نانو تکنولوژی در صنعت سرامیک مورد بررسی قرارگرفته است.

 

اگر چه ترکیباتی قبلا برای صیقل کاری شیشه ساخته شده است اما استفاده از نانو ذرات سیلیس و ذرات کاربید سیلسیم در صیقل دهنده‌‌های شیشه بر پایه اکسید سریم کاملا جدید است. مطالعه پیوند   دهنده‌‌های مناسب که بتوانند  SiO₂ و SiC  و CeO₂ را در کنار یکدیگر نگه دارد و عمل صیقل کاری را پیش برد‌، از جنبه‌‌های نو آوری نیز برخوردار می‌باشد.

 

در فصل دوم مروری بر مطالعات انجام شده در مورد علم نانو، کامپوزیت‌ها و همچنین مطالعاتی که تا کنون بر روی خواص SiC، SiO₂، CeO₂ و صیقل‌کاری شیشه صورت گرفته است، ذکر شده است.

 

در فصل سوم ابتدا با مشخصات مواد اولیه و تجهیزات مورد استفاده در این تحقیق آشنا شده و سپس روش تحقیقی که شامل آماده‌سازی مواد اولیه، بررسی و آنالیز نمونه‌های تهیه شده و بررسی خواص مکانیکی نمونه‌ها می‌باشد، ذکر می‌گردد.

 

در فصل چهارم نتایج مربوط به پخت نمونه‌ها، نوع فازها و ریزساختار نمونه‌ها و دمای نهایی فرآیند و همچنین نتایج مربوط به آنالیز فازی و ریزساختاری نمونه‌های آزمایش شده و خواص مکانیکی آنها ارائه شده و مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد.

 

فصل دوم: مروری بر تئوری‌ها و تحقیقات انجام شده

 

1-2- مقدمه

 

   میلیون‌‌ها سال است که در طبیعت ساختارهای بسیار پیچیده با ظرافت نانومتری ساخته می‌شوند. علم بشری اینک در آستانه چنگ اندازی به این عرصه است، تا ساختارهایی بی نظیر بسازد که در طبیعت نیز گزارش نشده است. فناوری نانو کاربردهایی را به عرصه ظهور می‌رساند که بشر از انجام آن به کلی عاجز بوده است و پیامدهایی را در جامعه بر جا می‌گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است[1].

 

   فناوری نانو واژه ای است کلی که به تمام فناوری‌‌های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می‌شود[2]. نانو فناوری، ساخت مواد، قطعات و سامانه‌‌های مفید در مقیاس طولی نانومتر و بهره برداری از خصوصیات و پدیده‌‌های جدید حاصل از آن مقیاس است. به عبارت دیگر نانوفناوری یک فناوری نوظهور شامل کلیه فعالیت‌‌ها با توانایی کنترل درتک اتم‌‌ها و مولکولها برای ساخت مواد و وسایل جدید با خواص مطلوب است[3]. معمولاً منظور از مقیاس نانو ابعادی در حدود یک تا 100 نانومتر می‌باشد[1]. نانومتر واحد طولی برابر یک میلیاردم متر است. این اندازه تقریباً چهار برابر قطر یک اتم منفرد است. یک مکعب با طول وجه 5/2 نانومتردرحدود 1000 اتم را در خود جای می‌دهد[3]. مفهوم فناوری نانو به دارنده جایزه نوبل،ریچارد فینمن نسبت داده شده است، در یک سخنرانی که وی در سال 1959 ارائه نمود[4]. در این رپچارد فینمن طی یک سخنرانی با عنوان (فضای زیادی در سطوح پائین وجود دارد) ایده فناوری نانو را مطرح ساخت[2]. ودر سال 1960 منتشر شد[4]. او اینطور بیان نمود که : (( اصول فیزیک،تا آنجایی که من می‌توانم ببینم، امکان جابجایی ماهرانه اتم به اتم اشیاء را فراهم می‌سازد و من آن را رد نمی‌کنم.)).

 

واژه فناوری نانو اولین بار توسط نوریوتاینگوچی استاد دانشگاه علوم توکیو در سال 1974 بر زبانها جاری شد. او این واژه را برای توصیف ساخت مواد (وسایل) دقیقی که تلورانس ابعادی آنها در حد نانومتر می‌باشد، بکار برد[2و5]. بینیگ و رهرر نظریات درکسلر را به طریقه عملی توسعه دادند. در سال 1981 آنها اولین افرادی بودند که توانستند اتمها را ببینند و از اینجا بود که نانوتکنولوژی ممکن شد. دانشمندان خیلی زود توانستند اتمها را به طور منظم بر روی یکدیگر سوار کنند تا ساختارهای در مقیاس نانو را بسازند[6]. در سال 1986 واژه فناوری نانو توسط کی اریک دکسلر، در کتابی تحت عنوان (موتور آفرینش آغاز دوران فناوری نانو) باز آفرینی و تعریف مجدد شد.

 

وی این واژه را به شکل عمیق تری در رساله دکترای خود مورد بررسی قرارداده و بعدها آنرا در کتابی تحت عنوان (نانوسیستم‌‌ها، ماشین‌‌های مولکولی، چگونگی ساخت و محاسبات آنها) توسعه داد[2].