مقدمه
مواد سراميکي با دانسیته ي پايين، کامپوزيت هاي سراميکي و الياف به طور گسترده اي درکاربردهاي دما بالا استفاده مي شوند. اين مواد به خاطر خواص ديرگدازيشان شناخته مي شوند. همچنين اين مواد رسانايي گرمايي پاييني داشته و مقاومت بالايي دربرابر حملات شميايي دارند. نقطه ذوب بالا و خواص شيميايي استثنايي زيرکونيا نشاندهنده ي کاربردآن به عنوان دير گداز است. به هر حال استعاله فازي تتراگونال - مونوکلينيک و تغيير ناشي از آن مانع از استفاده از زيرکونياي پايدار نشده به صورت بالک است. (شکل 1)
- زيرکونيا به عنوان يک افزودني ديرگداز و افزايش مقاومت به شک حرارتي
اين مسئله متداول است که پودر نرم زيرکونيا را براي افزايش مقاومت به شک حرارتي به ساير سراميک ها اضافه کنيم. اين ماده به آلومينا اضافه مي شود و از آن والوهاي لغزنده ي تنظيم کننده ساخته مي شود که اين والوها در بخش اصلي فرآيند ريخته گري مدام فولاد استفاده مي شوند. همچنين از اين ترکيبات کامپوزيتي در ساخت نازل ها و استاپرهاي انتقال دهنده و نگهدارنده ي قطعات فولادي گرم استفاده مي شود. اين قطعات هم تحت تأثير شک حرارتي و هم ايروژن قرار مي گيرند و استفاده از ساير مواد در اين مکان ها امکان پذير نيست زيرا امکان شکست آنها بالاست.
- نحوه ي عملکرد ديرگدازهاي تافنس يافته بوسيله ي زيرکونيا
اين تصور وجود دارد که ويژگي هاي فوق العاده ي ديرگدازهاي تافنس يافته بوسيله ي زيرکونيا به خاطر بوجود آمدن ميکروترک ها در نزديک ذرات زيرکونيا بوجود مي آيد. اين ميکروترک ها باعث جلوگيري از گسترش ترک هاي بوجود آمده از تنش هاي گرمايي مي شوند. بنابراين اين ديرگدازها اگر چه استحکام بسيار بالايي ندارند ولي قابليت جلوگيري از گسترش ترک را دارا مي باشند. و از اين رو کاربردهاي فراواني در بخش هاي مهم صنعتي يافته اند.
- محصولات ديرگداز زيرکونيايي
زيرکونياي مورد استفاده در صنعت ديرگداز بوسيله ي دو روش توليد مي شود. يک اکسيد پايدار کننده مثلا Mog به ميزان مطلوب (مثلا 6% مولي) به زيرکونيا افزوده مي شود. نمونه به صورت خشت د رآمده و در دماي بالاتر از1600درجه سانتیگراد سوزانده مي شود. اين عمل باعث مي شود بخش عمده اي از زيرکونيا به فاز کيوبيک تبديل شود.
خشت سوزانده شده سپس در يک بال ميل خردايش يافته تا اندازه ي ذرات آن به زير 10 ميلي متر برسد. (محيط خردايش از جنس فولاد است). پودر حاصله سپس بوسيله ي محلول آبي اسيد کلريدريک (HCI) شسته مي شود تا ناخالصي هاي آن جداسازي گردد. پودر حاصله بوسيله ي فرآيند ريخته گري استفاده مي شود. محصول خشک شده به اندازه ي 2-4 درصد سرينکيج پيدا مي کند همچنين فرآيند پخت آن که به طور نمونه وار در دماي 1900C°انجام مي شود باعث انقباضي 15% در نمونه مي شود.
- زيرکونياي پايدار شده ي فيوزد
زيرکونياي پايدار شده ي فيوزد مي تواند با استفاده از فرآيند قوس الکتريکي توليد شود. محصول حاصله بيش از 90% فاز کيوبيک دارد بنابراين اين محصول مي تواند در برابر سيکل هاي حرارتي تکرار شونده مقاومت کند. ودماي 2400درجه سانتیگراد را تحت اتمسفر اکسيدي تحمل کند. گرانول هايي از جنس اين ماده را مي توان به عنوان ديرگدازهاي عايق حرارتي (درکوره هاي با دماي بسيار بالا) استفاده کرد. اين گرانول ها را همچنين مي توان آسياب کرد و به صورت ديرگدازهاي بالک زينتر نمود.
- ناپايدار شدن ديرگدازهاي پايدار شده
زيرکونياي پايدار شده در دماهاي بالا خاصيت آمفوتري خود را حفظ کرده ودر برابر سرباره هاي بازي و اسيدي و شيشه هاي مذاب مقاوم است ولي اين ماده در تماس طولاني مدت با ديرگدازهاي سيليسي و آلومينا سيليکاتي ناپايدار مي گردد.(در دماهاي بالاي 1400C° درجه)
بهترين ماده ي پخته شده ي ديرگداز براي کاربردهاي با دماي بسيار بالا و ديواره هاي ديرگداز ، آجرهاي زير کونيا پايدار شده هستند که به صورت موادي متخلخل به مصرف مي رسند.
- الياف ديرگداز زيرکونيايي
اخيرا ً مواد عايقی در دسترس است که اين مواد عايق داراي دانسيته ي پايين، رسانايي گرمايي پايين هستند و در اشکال مختلفي مانند فيبر، کاغذ ، نمد (felt) ، مقوا (board) و... توليد مي شوند. زيرکونياي مورد استفاده در اين کاربردهاي محلول جامد زيرکونياي کيوبيک به همراه افزودني اکسيد ايتريا است. نمونه ي با خلوص بالا از اين نوع زيرکونيا را مي توان تا دماي بالاتراز 2100C° استفاده کرد.
مواد ديگري مانند زيرکونيا با بايندر زيرکن نيز در اين کاربردها استفاده مي شوند. اما اين مواد دماي کاربري بين 1650C° -1700دارند.
- توليد الياف زيرکونيايي
فرآيند توليد الياف زيرکونيايي فرآيندي انحصاري است. اگر چه جزئياتي از آن انتشار داده شده است که اين جزئيات حالتي کلي از فرآيند توليد است.
تکنيک هاي ابداعي توليد از يک ماده ي اوليه ي آلي و در حالت فيبر (مانند نايلون) شروع مي شود. فيبر آلي با يک محلول از زيرکونيوم کلرايد و ايتريم کلرايد تلقيح مي شود. (اين ماده در يک شابلن (نخ) قرار مي گيرد). پس از خشک شدن نمک هاي فلزي در داخل فيبر آلي رسوب کرده که مي توان بخش آلي را سوزاند. فيبر جديد پس از اين فرآيند در دماي مناسب ( C°1300 800-) درجه پخت مي گردد.
در طي فرآيند پخت عمل کريستا ليزاسيون انجام مي شود و در نهايت ذرات سراميکي زنیتر گشته و پيوند سراميکي پديد مي آيد.
- خواص و شکل هاي موجود از ديرگدازهاي فيبري زيرکونيا
اين مواد را مي توان به صورت اشکال مرسوم توليد نمود در واقع مي توان اين مواد را به صورت فيلامنت هاي تکي يا به صورت صفحات صلب و يا اشکال تهيه نمود. اين مواد داراي ويژگي هاي برجسته اي مانند پايداري بالا در دماهاي نزيک به نقطه ي ذوب آن (c∘ 2600 ≃)، مقاومت به خوردگی در برابر قلیایی ها و بسیاری از مواد شیمیایی و تر نشدن در برابر طیف گسترده ای از فلزات مذاب هستند.
- کاربردهای دیرگدازهای فیبری زیرکونیا و عایق کاری
کاربران این نوع از زیرکونیا بسیار متنوع و گسترده است. این مواد در عایق های گرمایی با راندمان بالا گرفته تا در جدا کننده های باطری هواپیما، فیلترهای گاز داغ و دیافراگم های الکترولیز کاربرد دارند. یک کاربرد خاص از این مواد که هنوز در مرحله ی آزمایشی است، استفاده از آنها در بخش تحتانی رآکتور اتمی است. این فرم از زیرکونیا در رآکتور اتمی مانند یک پوشش حرارتی شیمیایی عمل می کند.
منبع انگلیسی مقاله : www.azom.com
