![الياف فلزي (1) الياف فلزي (1)](https://rasekhoon.net/_files/thumb_images700/article/8e56fd71-fcfe-4299-9596-9f8d31c2ae5d.jpg)
![الياف فلزي (1) الياف فلزي (1)](/userfiles/Article/1389/10%20mehr/10/0010337.jpg)
الياف فلزي (1)
مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : اختصاصی سایت راسخون
منبع : اختصاصی سایت راسخون
فلز در حالت بالک (توده اي) يک ماده ي کاملاً معمولي است و به طور گسترده در مهندسي و ساير کاربردها مصرف مي شود. فلزات مي توانند آميزه اي از ويژگي هاي فيزيکي و مکانيکي را با قيمتي بسيار پايين فراهم آورند.
يکي از صفات مهم فلزات قابليت تغيير فرم پلاستيک آنهاست. اين قابليت اجازه مي دهد تا با استفاده از تغيير فرم پلاستيک آنها را ماشين کاري کرده و بتوان از آنها اشکال و فرم هاي ساده و پيچيده توليد نمود. از بدنه ي هواپيما گرفته تا لوله هاي بزرگ گاز و نفت و قوطي هاي نوشيدني و فويل هاي مورد استفاده در وسايل منزل از جنس فلز ساخته مي شوند. به هرحال مسئله اي که از اهميت الياف فلزي مي کاهد اين حقيقت است که فلزات در حالت الياف يا سيم از زمان هاي طولاني مورد استفاده قرار مي گرفته اند. مثال هايي از استفاده از فيلامنت هاي فلزي عبارتند از: فيلامنت هاي تنگستن مورد استفاده براي لامپ هاي رشته اي، سيم هاي آلومينيومي و مسي مورد استفاده در کاربردهاي الکتريکي، سيم هاي فولادي مورد استفاده جهت تقويت لاستيک اتومبيل، کابل، پل هاي معلق، ابررساناهاي رشته اي بر پايه ي نيوبيوم و رشته اي مختلف که براي ساخت ادوات موسيقي مانند ويالون، پيانو و... از آنها استفاده مي شود.
فلزات بسيار نرم مانند طلا و نقره را مي توان به رشته هاي بسيار نازک تبديل کرد. رشته هاي چنين فلزات گران بهايي از زمان هاي دور براي توليد لباس هاي سنتي مانند لباس زنان هندي ( ساري : saree ) و لباس زرباف ايراني مصرف و استفاده مي شده است.
بگذاريد ابتدا برخي ازخواص مهم فلزات مخصوصاً آن خواصي که مربوط به ريسندگي آنهاست را بيان کنيم. سپس فرآيند توليد، ساختار و خواص برخي از فيلامنت هاي فلزي مهم را توضيح مي دهيم:
1) مکعب مرکز وجوه پر (fcc)
2) مکعب مرکز پر (bcc)
3) هگزاگونال متراکم (hcp)
در شکل 1 اين سه ساختار را نشان داده شده است.
فلزات داراي پيوند فلزي هستند. در فلزات درياي الکترون وجود دارد. در واقع در فلزات دريايي از الکترون هاي آزاد به همراه هسته هاي مثبت وجود دارند که به خاطر همين پيوند غيرمتمرکز،خواص مغناطيسي، الکتريکي، مکانيکي و گرمايي استثنايي در فلزات پديد آمده است. فلزات مي توانند داراي گستره اي از مدول الاستيک و استحکام متفاوتند. مثلاً مدول يانگ مي تواند از 5,17 گيگاپاسکال براي قلع تا 420 گيگاپاسکال براي تنگستن تغيير کند. ارقام گزارش شده براي استحکام تسليم (yield stnength) و استحکام کششي نهايي (V.T.S) حتي براي يک فلز نيز متفاوت است. اين تفاوت در اعداد استحکام تسليم و استحکام کششي نهايي به علت انجام کار مکانيکي، افزودني هاي آلياژي و عمليات حرارتي انجام شده بر روي فلز پديد مي آيد. ارقام استحکام بالا در فيلامنت هاي تنگستن،فولاد کم کربن عمليات حرارتي شده و فولادهاي وستنيتي تحت تغيير فرم پلاستيکي قرار گرفته، ايجاد مي گردد.
عموماً، فلزات را مي توان در بسياري از جاها استفاده کرد. (هم در دماهاي بالا و هم دماي اتاق). اين مسئله به خاطر آن است که تعداد زيادي سيستم لغزش براي تغيير فرم پلاستيک در فلزات وجود دارد. اين مسئله منجر مي شود تا بتوان فلزات را با تکنيک هاي کشش به فيلامنت تبديل نمود. الياف فلزي عموماً از حالت مذابشان ريسندگي نمي شوند (اگر چه اين کار در برخي موارد قابل انجام است). هنگامي که فلزات تحت کار سرد قرار گيرند (زير دماي تبلور مجدد)، آنها دچار کار سختي مي شوند. پديده ي کار سختي (workhardening) همچنين کرنش سختي (strain hardening) ناميده مي شود. اين پديده باعث افزايش استحکام فلز و کاهش نرمي آن مي گردد. رشد استحکام به علت افزايش دانسيته ي نابجايي در فلز اتفاق مي افتد. (افزايش استحکام با ريشه ي دوم دانسيته ي نابجايي رابطه دارد) فرآيندهاي کار سرد که براي توليد سيم هاي و فيلامنت هاي استفاده مي شوند همواره موجب افزايش دانسيته ي نابجايي و در نتيجه افزايش استحکام مي گردند. اين مسئله بايد يادآوري گردد که اگر الياف فلزي تحت کار سختي قرار گرفته، در معرض دماهاي بالا قرار گيرند (مخصوصاً دماهاي بالاتر از دماي تبلور مجدد)، دانسيته ي نابجايي کاهش مي يابد و استحکام کاهش مي يابد.
شرايط زير براي توليد سيم هاي فلزي نازک بوسيله ي روش تيلور بايد برآورده شود:
1) شيشه ي پوشش داده شده بر روي فلز نبايد در دماي کشش با فلز واکنش دهد.
2) دماي کارکرد، شيشه بايد بزرگتر از نقطه ذوب فلز و زيردمايي باشد که در آن فشار بخار فلز بسيار بالاست.
3) ويسکوزيته ي شيشه در گستره ي دماي کاربرد به گونه اي باشد که فلز به آساني کشيده شود.
4) ضريب انبساط حرارتي شيشه بايد برابر يا کمي کوچکتر از ضريب انبساط حرارتي فلز باشد. اگر چنين شرايطي برقرار نباشد، تنش هاي حرارتي به وجود آمده مي توانند در شيشه پديد آيند و شيشه بشکند. که اين امر موجب مي شود فيبر يکنواخت به دست نيايد.
5) شيشه بايد پيش از آنکه فلز جامد شود، بسيار ويسکوز گشته. اگر اين پديده رخ ندهد، هسته ي فلزي جامد مي گردد در حالي که پوشش شيشه اي به کشيده شدن ادامه مي دهد و در نتيجه، فلز مي شکند.
در عمل، محدوديت هاي اشاره شده در بالا باعث مي گردد که ما مجبور شويم از شيشه هاي با ضريب انبساط پايين مانند شيشه هاي بروسيليکاتي (پيرکس) يا فيوزد سيليکا استفاده کنيم.
منبع انگلیسی مقاله : Fibrous moterials/k.k.chawla
/ن
يکي از صفات مهم فلزات قابليت تغيير فرم پلاستيک آنهاست. اين قابليت اجازه مي دهد تا با استفاده از تغيير فرم پلاستيک آنها را ماشين کاري کرده و بتوان از آنها اشکال و فرم هاي ساده و پيچيده توليد نمود. از بدنه ي هواپيما گرفته تا لوله هاي بزرگ گاز و نفت و قوطي هاي نوشيدني و فويل هاي مورد استفاده در وسايل منزل از جنس فلز ساخته مي شوند. به هرحال مسئله اي که از اهميت الياف فلزي مي کاهد اين حقيقت است که فلزات در حالت الياف يا سيم از زمان هاي طولاني مورد استفاده قرار مي گرفته اند. مثال هايي از استفاده از فيلامنت هاي فلزي عبارتند از: فيلامنت هاي تنگستن مورد استفاده براي لامپ هاي رشته اي، سيم هاي آلومينيومي و مسي مورد استفاده در کاربردهاي الکتريکي، سيم هاي فولادي مورد استفاده جهت تقويت لاستيک اتومبيل، کابل، پل هاي معلق، ابررساناهاي رشته اي بر پايه ي نيوبيوم و رشته اي مختلف که براي ساخت ادوات موسيقي مانند ويالون، پيانو و... از آنها استفاده مي شود.
فلزات بسيار نرم مانند طلا و نقره را مي توان به رشته هاي بسيار نازک تبديل کرد. رشته هاي چنين فلزات گران بهايي از زمان هاي دور براي توليد لباس هاي سنتي مانند لباس زنان هندي ( ساري : saree ) و لباس زرباف ايراني مصرف و استفاده مي شده است.
بگذاريد ابتدا برخي ازخواص مهم فلزات مخصوصاً آن خواصي که مربوط به ريسندگي آنهاست را بيان کنيم. سپس فرآيند توليد، ساختار و خواص برخي از فيلامنت هاي فلزي مهم را توضيح مي دهيم:
ويژگي هاي عمومي فلزات
1) مکعب مرکز وجوه پر (fcc)
2) مکعب مرکز پر (bcc)
3) هگزاگونال متراکم (hcp)
در شکل 1 اين سه ساختار را نشان داده شده است.
فلزات داراي پيوند فلزي هستند. در فلزات درياي الکترون وجود دارد. در واقع در فلزات دريايي از الکترون هاي آزاد به همراه هسته هاي مثبت وجود دارند که به خاطر همين پيوند غيرمتمرکز،خواص مغناطيسي، الکتريکي، مکانيکي و گرمايي استثنايي در فلزات پديد آمده است. فلزات مي توانند داراي گستره اي از مدول الاستيک و استحکام متفاوتند. مثلاً مدول يانگ مي تواند از 5,17 گيگاپاسکال براي قلع تا 420 گيگاپاسکال براي تنگستن تغيير کند. ارقام گزارش شده براي استحکام تسليم (yield stnength) و استحکام کششي نهايي (V.T.S) حتي براي يک فلز نيز متفاوت است. اين تفاوت در اعداد استحکام تسليم و استحکام کششي نهايي به علت انجام کار مکانيکي، افزودني هاي آلياژي و عمليات حرارتي انجام شده بر روي فلز پديد مي آيد. ارقام استحکام بالا در فيلامنت هاي تنگستن،فولاد کم کربن عمليات حرارتي شده و فولادهاي وستنيتي تحت تغيير فرم پلاستيکي قرار گرفته، ايجاد مي گردد.
عموماً، فلزات را مي توان در بسياري از جاها استفاده کرد. (هم در دماهاي بالا و هم دماي اتاق). اين مسئله به خاطر آن است که تعداد زيادي سيستم لغزش براي تغيير فرم پلاستيک در فلزات وجود دارد. اين مسئله منجر مي شود تا بتوان فلزات را با تکنيک هاي کشش به فيلامنت تبديل نمود. الياف فلزي عموماً از حالت مذابشان ريسندگي نمي شوند (اگر چه اين کار در برخي موارد قابل انجام است). هنگامي که فلزات تحت کار سرد قرار گيرند (زير دماي تبلور مجدد)، آنها دچار کار سختي مي شوند. پديده ي کار سختي (workhardening) همچنين کرنش سختي (strain hardening) ناميده مي شود. اين پديده باعث افزايش استحکام فلز و کاهش نرمي آن مي گردد. رشد استحکام به علت افزايش دانسيته ي نابجايي در فلز اتفاق مي افتد. (افزايش استحکام با ريشه ي دوم دانسيته ي نابجايي رابطه دارد) فرآيندهاي کار سرد که براي توليد سيم هاي و فيلامنت هاي استفاده مي شوند همواره موجب افزايش دانسيته ي نابجايي و در نتيجه افزايش استحکام مي گردند. اين مسئله بايد يادآوري گردد که اگر الياف فلزي تحت کار سختي قرار گرفته، در معرض دماهاي بالا قرار گيرند (مخصوصاً دماهاي بالاتر از دماي تبلور مجدد)، دانسيته ي نابجايي کاهش مي يابد و استحکام کاهش مي يابد.
توليد فيلامنت هاي فلزي
روش کشش سيم
فرآيند تيلور
شرايط زير براي توليد سيم هاي فلزي نازک بوسيله ي روش تيلور بايد برآورده شود:
1) شيشه ي پوشش داده شده بر روي فلز نبايد در دماي کشش با فلز واکنش دهد.
2) دماي کارکرد، شيشه بايد بزرگتر از نقطه ذوب فلز و زيردمايي باشد که در آن فشار بخار فلز بسيار بالاست.
3) ويسکوزيته ي شيشه در گستره ي دماي کاربرد به گونه اي باشد که فلز به آساني کشيده شود.
4) ضريب انبساط حرارتي شيشه بايد برابر يا کمي کوچکتر از ضريب انبساط حرارتي فلز باشد. اگر چنين شرايطي برقرار نباشد، تنش هاي حرارتي به وجود آمده مي توانند در شيشه پديد آيند و شيشه بشکند. که اين امر موجب مي شود فيبر يکنواخت به دست نيايد.
5) شيشه بايد پيش از آنکه فلز جامد شود، بسيار ويسکوز گشته. اگر اين پديده رخ ندهد، هسته ي فلزي جامد مي گردد در حالي که پوشش شيشه اي به کشيده شدن ادامه مي دهد و در نتيجه، فلز مي شکند.
در عمل، محدوديت هاي اشاره شده در بالا باعث مي گردد که ما مجبور شويم از شيشه هاي با ضريب انبساط پايين مانند شيشه هاي بروسيليکاتي (پيرکس) يا فيوزد سيليکا استفاده کنيم.
منبع انگلیسی مقاله : Fibrous moterials/k.k.chawla
/ن