فصلنامه سرامیک ایران
سال شانزدهم شماره 1 (پیاپی 61، بهار 1399)

سرامیک های مشتق شده از پیش ماده های پلیمری، یک حوزه نوین و تا حدود زیادی بکر در مهندسی سرامیک تلقی می گردد که همچنان با گذشت 40 سال از شروع تحقیق در این زمینه، هنوز ابهامات زیادی در خصوص آن وجود دارد. از جمله ویژگی های منحصر به فرد این روش ایجاد شرایط برای سنتز نانو ذرات می باشد، به طوری که در تحقیق پیش رو با عملیات حرارتی پیش ماده پلیمری سیلوکسان، نانو ذرات سیلیکون کاربید متبلور شد، که البته به جهت تسهیل این امر از تولوین به عنوان یک منبع کربن حل شونده در پیش ماده بهره گرفته شد. استفاده از تولوین یک حد بهینه داشت که فراتر از آن اثر احیای کربوترمال القا شده توسط تولوین از بین می رفت، که این حد بهینه معادل 3 درصد حجمی به ازای واحد پیش ماده بود. تشکیل نانو ذرات سیلیکون کاربید توسط آزمون پراش اشعه ایکس (XRD) و طیف سنجی رامان (Raman spectroscopy) مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین به جهت سنتز مایکرو/نانو کامپوزیت آلومینا/SiC از پودر کوراندوم با متوسط اندازه ذرات 5 میکرومتر بهره گرفته شد که بهره گیری از درصد های مختلف پودر آلومینا زمینه های کامپوزیتی با ریزساختار های کاملا متنوعی به وجود آمد که در در آن ها فاز شیشه-سرامیک SiOC نقش های متنوعی اعم از پوشش دادن ذرات آلومینا یا برقراری اتصال بین ذرات ایفا می کرد. به جهت ارزیابی ریز ساختاری از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM ) بهره گرفته شد.

در این تحقیق به تحلیل اجزای محدود نفوذ پرتابه در اهداف فلزی- سرامیکی پرداخته شده است. پرتابه مورد نظر در این مقاله، پرتابه استوانه ای سر مخروطی می باشد. آنچه در این تحقیق دنبال می شود به دست آوردن سرعت پرتابه پس از عبور از هدف و همچنین میزان جذب انرژی می باشد. برای شبیه سازی پدیده نفوذ در تحلیل اجزای محدود، از مدل  جانسون-کوک و جانسون-هولمکوییست[1] استفاده شد. در این تحقیق ابتدا با استفاده از نتایج برگرفته از مقالات، مدل رفتاری و پارامترهای آن صحت سنجی شده و نتایج به دست آمده با نتایج تجربی مقایسه گردید. پس از اطمینان از صحت نتایج تحلیل عددی، برخورد پرتابه با اهداف آلومینیومی، فولادی، سرامیکی، سرامیکی- فولادی، سرامیکی- آلومینیومی، آلومینیومی- سرامیکی و فولادی – سرامیکی با فرض مساوی بودن جرم اهداف در همه حالات ذکر شده، شبیه سازی شده و نتایج آن ارایه گردید. بر اساس نتایج بدست آمده، مشاهده شد که در میان کلیه حالات در نظر گرفته شده، هدف سرامیکی- آلومینیومی بیشترین جذب انرژی را دارد و میزان جذب انرژی آن 5/4 برابر بیشتر از هدف آلومینیومی با جرم یکسان است.

با الهام از پدیده فوق آبگریزی و اثر خود تمیز شوندگی که در طبیعت وجود دارد، مانند برگ های نیلوفر آبی، قطرات آب به راحتی و با سرعت بالا روی چنین سطوحی غلت می خورند، همراه قطرات آبی که به سرعت غلت می خورند ذرات گرد و غبار و آلودگی از سطح برگ حذف می شوند. این پدیده که به اثر خودتمیز شوندگی معروف است در سالهای اخیر مورد توجه محققین زیادی قرار گرفته است و تحقیقات گسترده ای روی این سطوح انجام شده است. سطوح فوق آبگریز  به عنوان سطوحی با دفع آب خیلی بالا تعریف شده است و با زاویه تماس آب بیشتر از 150 درجه و زاویه لغزش کمتر از 10 درجه مشخص می شود. تحقیقات انجام شده زیادی نشان می دهد که زبری مناسب و انرژی سطحی پایین دو خواص اساسی سطوح فوق آبگریز است که نیاز به ترکیبی از تکنیک های طراحی پیشرفته و مواد دارد. این مقاله به معرفی نانو پوشش های فوق آبگریز خودتمیز شونده پرداخته است. در ابتدا با تمرکز روی اصول پایه ای فوق آبگریزی به مبانی اصلی مانند کشش سطحی و زاویه تماس و حالت های مختلف قرارگیری قطره آب روی سطح پرداخته شده است. پس از آن تاثیر پارامترهای مختلف سطح روی رفتار  لغزشی سطوح فوق آبگریز آورده شده است. همچنین در ادامه شرایط لازم برای رسیدن به حالت فوق آبگریز بحث شده است. در پایان نیز به کاربرد های مختلف نانو پوشش های فوق آبگریز خودتمیز شونده پرداخته شده است. اگر چه شرکت ها و مراکز تحقیقاتی مختلفی در سراسر جهان به تحقیق، توسعه و تولید پوشش های خودتمیزشونده مشغول هستند، اما در این زمینه هنوز هم چالش های فراوانی پیش روی محققین و تولید کنندگان وجود دارد.

بیو مواد، ماده ایست که به منظور بهبود، درمان، التیام و یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می‌رود. امروزه از تیتانیوم هم در کنار فلزاتی همانند فولاد زنگ نزن و آلیاژ ویتالیم (کبالت-کروم-مولیبدن) به جهت سبکی، خواص مکانیکی، شیمیایی خوب و مقاومت به خوردگی و زیست سازگاری مناسب در کاربرد های پزشکی استفاده می شود. اگرچه تیتانیوم و آلیاژهای آن به طور گسترده ای برای ساخت ایمپلنت های در تماس با خون و وسایل پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است واکنش های نامطلوب متعددی از جمله ترومبوز، التهاب و فیبروز داشته باشند. به منظور از بین بردن این اثرات و بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی، بیو مکانیکی و زیستی، می توان از پوشش های سرامیکی بر روی سطح قطعات فلزی استفاده کرد. ایجاد لایه سطحی اکسید تیتانیوم موجب بهبود زیست سازگاری شده و خوردگی سطح فلز را جهت جلوگیری از انواع مشکلات زیستی کاهش می دهند. از جمله موارد دیگری که حایز اهمیت است، بهبود خواص شیمیایی سطح است که به این منظور می توان از روش های ایجاد نیترید تیتانیوم استفاده کرد. استفاده از روش های نیتروژن دهی برای تقویت پایداری زیستی، مقاومت به خوردگی و سایش، اصلاح شیمیایی و توپوگرافی سطح مناسب است. به رغم این که اکسید تیتانیوم سازگاری بیولوژیکی کاشتنی های تیتانیومی را افزایش می دهد، اما جهت بهبود خواص شیمیایی سطح، بهتر است از نیترید تیتانیوم هم استفاده شود. بنابراین با ایجاد یک لایه کامپوزیتی اکسی نیترید تیتانیوم(Ti+TiN+Ti2N+TiO2)  و یا پوشش TiOxNy بر سطح می توان این مشکل را حل کرد .برای ایجاد این لایه های سطحی روش های مختلفی وجود دارد که روش ایجاد پلاسما با تخلیه نورانی به دلیل مزایایی که نسبت سایر روش ها دارد، می تواند برای این منظور به کار رود. از جمله این ویژگی ها می توان به زمان فرایند کمتر، مصرف کمتر انرژی، ایجاد لایه نفوذی یکنواخت (قابلیت ایجاد پوشش بر روی سطوح پیچیده) و قابلیت کنترل ضخامت لایه سطحی، ساختار و ترکیب فازی اشاره کرد.بیو مواد، ماده ایست که به منظور بهبود، درمان، التیام و یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می‌رود. امروزه از تیتانیوم هم در کنار فلزاتی همانند فولاد زنگ نزن و آلیاژ ویتالیم (کبالت-کروم-مولیبدن) به جهت سبکی، خواص مکانیکی، شیمیایی خوب و مقاومت به خوردگی و زیست سازگاری مناسب در کاربرد های پزشکی استفاده می شود. اگرچه تیتانیوم و آلیاژهای آن به طور گسترده ای برای ساخت ایمپلنت های در تماس با خون و وسایل پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است واکنش های نامطلوب متعددی از جمله ترومبوز، التهاب و فیبروز داشته باشند. به منظور از بین بردن این اثرات و بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی، بیو مکانیکی و زیستی، می توان از پوشش های سرامیکی بر روی سطح قطعات فلزی استفاده کرد. ایجاد لایه سطحی اکسید تیتانیوم موجب بهبود زیست سازگاری شده و خوردگی سطح فلز را جهت جلوگیری از انواع مشکلات زیستی کاهش می دهند. از جمله موارد دیگری که حایز اهمیت است، بهبود خواص شیمیایی سطح است که به این منظور می توان از روش های ایجاد نیترید تیتانیوم استفاده کرد. استفاده از روش های نیتروژن دهی برای تقویت پایداری زیستی، مقاومت به خوردگی و سایش، اصلاح شیمیایی و توپوگرافی سطح مناسب است. به رغم این که اکسید تیتانیوم سازگاری بیولوژیکی کاشتنی های تیتانیومی را افزایش می دهد، اما جهت بهبود خواص شیمیایی سطح، بهتر است از نیترید تیتانیوم هم استفاده شود. بنابراین با ایجاد یک لایه کامپوزیتی اکسی نیترید تیتانیوم(Ti+TiN+Ti2N+TiO2)  و یا پوشش TiOxNy بر سطح می توان این مشکل را حل کرد .برای ایجاد این لایه های سطحی روش های مختلفی وجود دارد که روش ایجاد پلاسما با تخلیه نورانی به دلیل مزایایی که نسبت سایر روش ها دارد، می تواند برای این منظور به کار رود. از جمله این ویژگی ها می توان به زمان فرایند کمتر، مصرف کمتر انرژی، ایجاد لایه نفوذی یکنواخت (قابلیت ایجاد پوشش بر روی سطوح پیچیده) و قابلیت کنترل ضخامت لایه سطحی، ساختار و ترکیب فازی اشاره کرد.بیو مواد، ماده ایست که به منظور بهبود، درمان، التیام و یا جایگزینی بافت موجودات زنده به کار می‌رود. امروزه از تیتانیوم هم در کنار فلزاتی همانند فولاد زنگ نزن و آلیاژ ویتالیم (کبالت-کروم-مولیبدن) به جهت سبکی، خواص مکانیکی، شیمیایی خوب و مقاومت به خوردگی و زیست سازگاری مناسب در کاربرد های پزشکی استفاده می شود. اگرچه تیتانیوم و آلیاژهای آن به طور گسترده ای برای ساخت ایمپلنت های در تماس با خون و وسایل پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند، ممکن است واکنش های نامطلوب متعددی از جمله ترومبوز، التهاب و فیبروز داشته باشند. به منظور از بین بردن این اثرات و بهبود خواص فیزیکی، شیمیایی، بیو مکانیکی و زیستی، می توان از پوشش های سرامیکی بر روی سطح قطعات فلزی استفاده کرد. ایجاد لایه سطحی اکسید تیتانیوم موجب بهبود زیست سازگاری شده و خوردگی سطح فلز را جهت جلوگیری از انواع مشکلات زیستی کاهش می دهند. از جمله موارد دیگری که حایز اهمیت است، بهبود خواص شیمیایی سطح است که به این منظور می توان از روش های ایجاد نیترید تیتانیوم استفاده کرد. استفاده از روش های نیتروژن دهی برای تقویت پایداری زیستی، مقاومت به خوردگی و سایش، اصلاح شیمیایی و توپوگرافی سطح مناسب است. به رغم این که اکسید تیتانیوم سازگاری بیولوژیکی کاشتنی های تیتانیومی را افزایش می دهد، اما جهت بهبود خواص شیمیایی سطح، بهتر است از نیترید تیتانیوم هم استفاده شود. بنابراین با ایجاد یک لایه کامپوزیتی اکسی نیترید تیتانیوم(Ti+TiN+Ti2N+TiO2)  و یا پوشش TiOxNy بر سطح می توان این مشکل را حل کرد .برای ایجاد این لایه های سطحی روش های مختلفی وجود دارد که روش ایجاد پلاسما با تخلیه نورانی به دلیل مزایایی که نسبت سایر روش ها دارد، می تواند برای این منظور به کار رود. از جمله این ویژگی ها می توان به زمان فرایند کمتر، مصرف کمتر انرژی، ایجاد لایه نفوذی یکنواخت (قابلیت ایجاد پوشش بر روی سطوح پیچیده) و قابلیت کنترل ضخامت لایه سطحی، ساختار و ترکیب فازی اشاره کرد.

ریخته‏ گری مداوم فولاد مهم‏ترین روش تولید فولاد در جهان است. اجزا کنترل کننده جریان مذاب در این روش شامل: اسلاید گیت[1]، شرود[2]، میله استوپر[3] و نازل غوطه‏ وری[4]، از اهمیت بالا برخوردار هستند که به آن‏ها نسوزهای ویژه اطلاق می ‏شود. در میان قطعات نسوز ویژه،  نازل غوطه‏ وری و استوپر تاندیش از اهمیت فراوان برخوردار هستند. وظیفه استوپر تاندیش، کنترل جریان مذاب از تاندیش به نازل غوطه‏ وری می‏ باشد. مواد اولیه اصلی تشکیل دهنده‏ ی استوپرها، آلومینا-گرافیت به همراه یک پیوند دهنده می‏ باشد. به کامپوزیت تشکیل دهنده استوپر علاوه بر مواد اصلی، آنتی ‏اکسیدان‏ ها و مواد تشکیل دهنده لعاب سطحی نیز افزوده می شود. در صنعت به علت کثرت آنتی ‏اکسیدان ‏ها، ترکیب کامپوزیت تشکیل دهنده استوپر از تنوع زیادی برخوردار است. هدف از این پژوهش مروری بر مواد اولیه، وظیفه، عملکرد و درصد بهینه هر کدام از اجزاء در ترکیب نسوز تشکیل دهنده‏ ی استوپر می‏ باشد. در ادامه نیز اشاره ‏ای به روش‏ های تولید استوپر شده است.