وبلاگ

زمانی كه استفاده از امواج رادیویی به عنوان وسیلهی كارآمد برای برقراری ارتباط
راه دور میسر گردید، اكثر ادوات و اسبابهای مورد استفاده در ساخت گیرندهها و
فرستندههای امواج رادیویی حجیم و از لحاظ كارآیی الكترونیكی و استحكام مكانیكی،
ضعیف بودند. با گسترش روزافزون استفاده از امواج رادیویی، نیاز به ادوات كوچكتر،
كارآمدتر و با دوامتر، بیش از پیش احساس میگردید. شاید بتوان گفت كه اوج نیاز به چنین
ادوات و ابزاری در جنگ جهانی دوّم به وجود آمد. لازم بود كه از حجم سیم پیچها،
مدارهای تزویج و مبدّلها كه در دستگاههایی نظیر رادار كاربرد فراوانی داشتند، كاسته
شود و به طور همزمان بازدهی و حساسیّت ادوات مزبور، در مدارهای الكترونیكی و
مخابراتی افزایش یابد. تلاشهای به عمل آمده برای تأمین نیازهای مزبور، منجربه ساخت
ادواتی گردید كه بعداً مغناطیسهای سرامیكی نامیده شدند. مهمترین خاصیّت مغناطیسهای
سرامیكی، بزرگ بودن مقاومت ویژه آنها نسبت به مغناطیسهای فلزی است. به همین
جهت میتوانند با كوچك نگاه داشتن جریانهای گردابی و اتلاف ناشی از آن، در مدارهای
مغناطیسی مخصوص فركانسهای بزرگ مورد استفاده قرار بگیرند. كارهای ابتدایی و
پایهای برای گسترش و حل مسائل مغناطیسها، غالباً در نیمهی اوّل قرن بیستم انجام
شدهاند. ابتدا در سال ١٩٢٥ میلادی به وجود اسپین الكترون پیبرده شد.
در سال ١٩٢٧ میلادی، رفتار تأثیرپذیری مغناطیسی برای بسیاری از اجسام توسط،
تابع بریلئون، تشریح گردید. هایزنبرگ در سال ١٩٢٨ میلادی، اساس نیروهای تبادلی را
فرمولبندی نمود. سپس لاندائو ولفیشتین، ذرات تك حوزهای و ساختمان حوزههای
مغناطیسی را معرفی كردند. نیل در سال ١٩٤٨ میلادی، مطالب نظری مختلفی را برای
توجیه رفتارهای مغناطیسی فریتها، ارائه نمود. روش ساخت فریتهای اسپینلی نرم در
طی سالهای ١٩٣٣ تا ١٩٤٥ میلادی، به طور قابل توجهی تكمیل گردید. فریت سخت

باریم در سال ١٩٥٢ میلادی ساخته شد. در طی سالهای بعد تكامل چشمگیری در
روشهای ساخت و استفادهی وسیع از مغناطیسهای سرامیكی در مدارهای الكترونیكی و
مخابرات رُخ داد. (در تحقیق حاضر به بررسی خوّاص و ساختار كاربردهای یك نوع
فریت مغناطیسی به نام هگزافریت باریم Bao.6Fe2O3 میپردازیم و نقش پارامترهای
مختلف را بر روی ساختار نهایی و خوّاص این مادهی مغناطیسی مهم بررسی مینماییم.

همچنین روشهای مختلف تولید این ماده را به طور خلاصه مورد بررسی قرار
میدهیم).
سرامیكهای مغناطیسی كه تماماً تركیبات آهندار میباشند بخش عظیمی از صنعت
مغناطیس را به خود اختصاص میدهند. تقریباً ٤٠ درصد از مجموع میزان فروش مواد
مغناطیسی در ایالات متحده آمریكا را فریتها تشكیل میدهند كه با وجود پیشرفتهای
مداوم در مواد جدید، مصرف فریتها هنوز رو به افزایش است. تولید جهانی
هگزافریتهای نوع M بیش از نیمی از تولید فریتهای سخت را به خود اختصاص
دادهاند. هگزافریتهای زینتر شده در موتورها، ژنراتورها و وسائل رُباینده و نگهدارنده
(مانند چنگك جرثقیلهای مغناطیسی)، میكروفونها و وسائل ایجاد جریان گردابی، كاربرد
وسیعی دارند به طوری كه تُناژ تولیدات آهنرُباهای دائمی در این زمینهها حدود ٩٧% كُل
آهنرُباهای دائمی تولید شده در جهان را به خود اختصاص میدهد. یكی از كاربردهای
وسیع هگزافریتهای ناهمسانگرد در بلندگوها میباشد.
پلاستوفریتها شكل دیگری از كاربرد هگزافریتها در صنعت مغناطیس به شمار
میآیند كه در آن پودر فریت در داخل یك ماده پُلیمری تلقیح میشود و بدین ترتیب میتوان
آهنرُباهایی با شكل و اندازههای مختلف برای موارد خاص مانند درهای یخچال، تختههای
نقشهكِشی، اسباببازیها و غیره تهیه نمود.
اكسید آهن گاما، دیاكسید كُرم (Cr2O3)، فریتهای هگزاگونال و پودرهای فرو
مغناطیس از قبیل پودر آهن كاربرد وسیعی در محیطهای ذخیرهی اطلاعات دارند. تحقیقات
نشان داده است كه هگزافریت باریم مادهی مناسبی برای استفاده در محیطهای ذخیرهی
اطلاعات با چگالی بالا میباشد. به منظور حداقل كردن پاك شوندگی احتمالی اطلاعات در
كارتهای اعتباری، كارتهای شناسایی و كارتهای كنترلی از هگزافریت باریم با
وادارندگی مغناطیسی بالا حدود ٣.٣١٨ تا Oe٧.٢٣٨ استفاده میشود.

ب ) فرآیندھای ساختاری
٢
روشھای گروه اول بیشترمبتنی برپدیده ھایی خودبھ خودی نظیر نفوذ اتمی، ا نتقال حرارت وغی ره
ھستنددرحالیکھ درگروه دوم بوسیلھ ترسیب لایھ بھ لایھ شیب موردنظرایجاد می شود[٣].
درموردتوسعھ روشھای ساخت وبھین ھ س ازی موادت ابعی، پی شرفتھای قاب ل ت وجھی ص ورت گرفت ھ
است. این تکنیکھا بھ گروھھای زیرطبقھ بندی می شوند:
 ١-روشھای فازمایع
 ٢-روشھای فازجامد
 ٣-روشھای فازبخار
٣ ازدی دگاه دیگ ری، فرآین دھای تولی دموادتابعی ب ھ مراح ل ایجادس اختارغیرھموژن
ومن سجم س ازی
٤ ساختاربھ صورت ماده توده ای
تقسیم بندی می شوند.
فرآیندھای شیب دارکردن نیزمی توا نند بھ فرآیندھای تشکیل دھنده، ھموژنی وجدایشی طبقھ بندی
شوند. فرآیندھای تشکیل دھنده برپایھ یک ساختارشیب دارشده وبطورمرحلھ ای ازمواد پیش رو

یا پودرھاساختھ می شوند. درفرآیندھای ھموژنی، یک فصل مشترک تندبین دوماده، بوسیلھ
جابجایی ماده تبدیل بھ یک فصل مشترک شیب دار می شود. فرآیندھای جدایشی ھمراه بایک ماده
ھموژن کھ بطورماکروسکوپی تبدیل بھ یک ماده شیب دارشده آغاز می شوند. فرآیندھای
ھموژنی وجدایشی شیب پیوستھ ای رابوجودمی آورندامامحدودیت ھایی نیزدرارتباط بانوع شیب
دارند. معمولاًدرادامھ فرآیند شیب دارکردن، مراحل خشک کردن، سینترینگ یا انجماد صورت
می پذیرد[١٠]. اگر چھ بیشتر این روشھا ممکنست برای کاربردھای خاص بخوبی مطالعھ شده
باشند اما با این حال محدودیتھایی ازقبیل پیچیدگی درفرآیند، سرعت تھ نشینی پایین وقیمت بالای
فرآیند وجوددارد[١١].

٢-١) پیشینھ تحقیق
موادتابعی برای اولین باردرسال١٩٨٠میلادی بعنوان یک کلاس مشخص ازموادمعرفی شدندکھ
بھ جھت کارایی بالادرپوششھای عایق حرارتی درفضاپیماھا بھ کارگرفتھ شدند[٣]. برنامھ ای
تحقیقاتی بھ مدت پنج سال با عنوان« مطالعھ بنیادی برروی افت تنش حرارتی دردمای
بالابااستفاده ازمواد باساختارھای شیب دار شده» درسال١٩٨٧بابودجھ ای معادل١/٢١٥میلیون ین

درژاپن آغازشد. ھدف ازاین تحقیق، توسعھ مواد تابعی جھت استفاده دراجزا ئی کھ دردماھای
بالاکاربردداشتند، بود. بھ علت اھمیت بالای مواد تابعی، پروژه پنج سالھ دیگری در ژاپن در سال
١٩٩٣ پیرامون موادتابعی وکاربردشان درمبدلھا آغازشد. اگرچھ تحقیقات سیستماتیکی برروی
طراحی، ساخت و توسعھ مواد تابعی در ژاپن درطی سالھای گذشتھ صورت گرفتھ است اما باید
خا طرنشان شد کھ سایرکشورھا نظیرآلمان، آمریکاوچین نیز تحقیقات گسترده ای پیرامون این
دستھ ازمواد انجام داده اند کھ این موضوع حاکی ازجایگاه مھم این دستھ ازمواد می باشد[٤].

 آلیاژهای قلع– آنتیموان از خانواده آلیاژهای زودذوب به حساب می آیند  که با توجه به خواص استحکامی و

خزشی مناسب و همچنین به سبب رسانایی خوب، در اتصالات صنایع الکتریکی و الکترونیکی، اتصال پوششهای

مقاوم در برابر خوردگی صفحات فولادی و… در لحیم کاری به عنوان آلیاژ لحیم کاربرد دارند. خواص تغییرشکلی

آلیاژهای قلع- آنتیموان قابل توجه بوده و این آلیاژها قابلیت ارائه رفتار سوپرپلاستیک دارند. آلیاژ دوتایی قلع- آنتیموان

یوتکتیک نبوده بلکه پریتکتیک می باشد که در نتیجه نقطه ذوب آن بیشتر از قلع خالص می باشد. رایجترین ترکیب

مورد استفاده در میان این خانواده از آلیاژها ، Sn–5Sb است. آلیاژ اخیر دارای محدوده ذوب 236 تا 243 °C بوده که

یکی از باریکترین محدوده های ذوب در بین این آلیاژهای دوتایی می باشد. افزودن عناصر آلیاژی از قبیل طلا و نقره

به آلیاژ Sn–5Sb باعث بهبود خواص مکانیکی ( استحکام کششی و درصد ازدیاد طول ) و کاهش نقطه ذوب آن می گردد .

در سمینار حاضر آلیاژهای زودذوب معرفی گردیده، روند توسعه، محدودیتها و کاربرد آنها مطرح گردیده و خواص مکانیکی

سیستم آلیاژی Sn-Sb و عوامل موثر بر آن مورد مطالعه قرار می گیرد. همچنین رهیافت های جدید برای بهبود خواص و

توسعه کاربرد این سیستم، به اجمال می شود.

آلیاژهای زودذوب
 اصطلاح آلیاژهای زودذوب به آلیاژهایی اطلاق می شود که دمای ذوب آنها نسبتاً پایین تا( 250 °C)
می باشد. غالب این آلیاژها ترکیبات دو تا پنج تایی فلزات قلع، سرب، آنتیموان، بیسموت، کادمیم و
ایندیم هستند. در بعضی گروههای خاص این نوع آلیاژها مقادیری از فلزات طلا، نقره، روی، تالیم و گالیم
نیز وجود دارد .
 آلیاژهای زودذوب، آلیاژهای پیرسخت شونده هستند. بنابراین خواص مکانیکی به فاصله زمانی از
حالت ریختگی، شرایط ریختهگری و سرعت سرد شدن بستگی دارد. خواص مکانیکی بسیاری از آلیاژهای
زودذوب به تدریج با گذشت زمان تغییر می کند. این آلیاژها در صورتیکه خواص ترکنندگی مناسب با

زیرلایه مورد نظر در لحیم کاری داشته باشند، می توانند به عنوان آلیاژهای لحیم مورد توجه و استفاده
قرار گیرند. مهمترین گروه آلیاژهای زودذوب که به عنوان آلیاژهای لحیم مورد استفاده هستند آلیاژهای
قلع- سرب، حاوی مقادیری عناصر آلیاژی دیگر نظیر آنتیموان هستند .

سرب، قلع، آنتیموان و آلیاژهای آنها
 قلع و سرب از هزاران سال پیش برای بشر شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. از دیرباز این
فلزات و آلیاژهای آنها کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف داشته اند. در این بخش خواص این فلزات
و آلیاژهای آنها اجمالاً مورد بررسی قرار می گیرد.

 سرب فلزی با رنگ خاکستری مایل به آبی با جلای فلزی بوده و بسیار نرم با قابلیت انعطاف بسیار
عالی است که به آسانی شکل می گیرد. نقطه ذوب سرب پایین و چگالی آن بالاست. امروزه درجهان در
حدود پنج میلیون تن سرب سالانه مورد استفاده قرار می گیرد. این عنصر طی سالیان متمادی به صورت
گسترده ای در باتری ها، صنایع الکترونیک و تسلیحات نظامی کاربرد داشته است.
 قلع فلزی است با رنگ سفید نقرهای که در مقابل اکسیداسیون مقاومت خوبی دارد و از سرب
سخت تر است اما به اندازه کافی نرم هست که با چاقو بریده می شود. قابلیت تغییرشکل آن زیاد است و
می تواند در فرایندهای اکستروژن، نورد یا کشش سیم تغییرشکل دهد. وقتی قلع خالص تا دماهای پایین
سرد شود از حالت یک ماده سفید فلزی با ساختمان کریستالی BCT به یک پودر خاکستری رنگ با
ساختمان کریستالی مکعبی تبدیل می شود. این پدیده به طاعون قلع معروف است . دمای این استحاله
13 2/ °C است. در آلیاژهای لحیم این تغییرحالت از سفید به خاکستری بسیار خطرناك می باشد . اضافه
کردن بعضی از عناصر آلیاژی مث( ل %0 25/ آنتیموان ) از طاعون قلع جلوگیری می نماید.

هدف
هدف از انجام این تحقیق بررسی آلیاژهای مس و روشهای متداول ایجاد استحکام در آنها بود. مس از
جمله فلزات بسیار پر کاربرد در صنعت میباشد که از سالیان دور مورد استفاده قرار گرفته است. به علت
خواص الکتریکی عالی و هدایت گرمایی بسیار خوب آلیاژهای مس استفاده از آنها بصورت گسترده وجود
دارد. همچنین به دلیل مقاومت به خوردگی خوب و آسانی شکل دهی و همچنین مقاومت به خستگی
مناسب مورد استفاده قرار میگیرند. آلیاژهای جدیدتر مس دارای خواص مختلف و متنوعی میباشند از
جمله آلیاژهای حافظه دار مانند Cu-Zn-Al-Ni، آلیاژهای ضربه گیر مانند Cu-Al-Ni و یا آلیاژ
Cu-Cr-Zr با استحکام بالا میباشد. همچنین آلیاژهایی که توسط پراکنده سختی استحکام بیشتری
نسبت به مس دارند در سالهای اخیر بیشتر تولید و استفاده قرار گرفته اند که عمدتا به دلیل سختی،
مقاومت به خزش خوب و استحکام تسلیم بالا ب می اشد.خواص خوب خود از جمله استحکام مناسب،
رسانایی عالی و مقاومت به خوردگی کاربردهای مختلفی دارد. برای کاربردهای گوناگون خواص متفاوتی
از نظر استحکامی لازم میباشد که این مهم به واسطه روشهای متفاوتی انجام میشود. هدف از انجام
این تحقیق بررسی این روشها برای مس و آلیاژهای آن بود .

پیشینه تحقیق
ایجاد تغییر در مرز دانه و اندازه دانه ها سالهاست که از جمله روشهای تغییر استحکام در مواد می باشـد .
هنگامی که دانه ها ریز باشند مساحت کل مرز دانه ها در واحد حجم پلی کریستال افزایش می یابد و بـه
تبع آن خواص ماده بیشتر ب ر اساس خواص مرز دانه خواهد بود، برعکس هرچه دانهها درشتتـر باشـند

خواص ماده نزدیک به رفتار درون دانه ها خواهد . دش مرز دانهها در دمای کمتر از نصف نقطه ذوب فلـز،
موانع قوی در برابر حرکت نابجاییها به حساب می آیند و به علت اختلاف آرایش کریـستالی دانـه هـای
مجاور مانع لغزش نابجایی از یک دانه به دانه دیگر می گردند. لیکن در دماهـایی بـیش از حـدود نـصف
نقطه ذوب، به عنوان مکانهایی مناسب جهت شروع ترک عمل می نمایند، زیرا تغییر شکل بیشتر بر مرز
ها دانه متمرکز میگردد و به علت وجود ناخالصی در آنها تمایل به جدایش و شکست مرز دان های افزایش
 مییابد .
کرنش سختی یا کارسختی یکی دیگر از روش های استحکام دهی در فلـزات مـی باشـد و بیـشتر بـرای
استحکام دهی فلزات و آلیاژهایی بکار می رود که با عملیات حرارتـی سـخت نمـی شـوند ت. غییـر شـکل
پلاستیک تعداد نابجایی ها را زیاد می کند در نتیجه برخورد آنها بیشتر می شود و این خود باعـث ایجـاد
جاگهای متعدد روی نابجایی ها و متوقف یا کند شدن آنها میشود. یک فلز آنیـل شـده تقریبـا شـامل

۱۰ تا ۸ نابجایی بر سانتی متر مربع می باشد در حال یکه چگالی نابجایی یک فلز کار سخت شـده در
حدود ۱۰ نابجایی بر سانتی متر مربع است .
مخلوط همگن دو یا چند نوع اتم در حالت جامد را محلول جامد می نامند اضـافه کـردن اتمهـای حـل
شونده در شبکه اتمهای حلال، یا تشکیل محلول جامد، باعث افزایش استحکام آلیاژ می گردد. هنگـامی
که اتمهای فلزی دیگر در زمینه فلز اولیه حل می شوند ممکن است در هر یک از دو مکان جانـشین بـا
بین نشین قرار بگیرند . هنگامی که اتم حل شونده در جای اتمهـای حـلال قـرار گیـرد محلـول جامـد
جانشینی خواهد بود و هنگامی که اتم حلال در فضاهای خالی بین اتمهای حلال قـرار بگیـرد محلـول
جامد بین نشینی نام دارد . در عمل وقتی اتمهای حل شونده به اندازه اتمهای حلال باشد م حلول جامد
جانشینی و چنانچه بسیار کوچکتر باشد محلول جامد بین نشینی ایجاد خواهد شد .

ریختگی عالی به طور وسیعی در صنعت مخصوصا در ساخت قطعات اتومبیل مورد استفاده قرار میگیرند .

برای ایجاد خواص مکانیکی مطلوب در الیاژهای الومینیوم و سیلیسیوم عناصر آلیاژی مختلف از قبیل مس

منگنز روی نیکل کرم افزوده می شود علاوه بر این معمولا مقداری ناخالصی در این آلیاژها وجود دارد که

حذف آنها به طور کامل امکانپذیر نبوده یا با هزینه بسیاری همراه می باشد آهن یکی از این ناخالصی

هاست که به دلیل ایجاد ترکیبات بین فلزی به صورت فاز های سوزنی تاثیر نامطلوبی روی خواص

مکانیکی آلیاژ ایجاد می کند .

تاکنون بررسی های وسیعی برای حذف تاثیر زیان آور آهن در الیاژ های ریختگی آلومینیوم صورت پذیرفته است .

نتایج تحقیقات بدست امده تاکنون نشان می دهد که وجود عناصر آلیاژی  از قبیل منگنز کروم کبالت با کاهش

اندازه و درصد حجمی فاز سوزنی یا با تغییر مورفولوژی ان به فازی با مورفولوژی فشرده تر تاثیر آهن را

در کاهش خواص مکانیکی آلیاژ خنثی نموده است .

علاوه برافزایش عناصر آلیاژی به مذاب نحوه اعمال حرارت در حالت خنثی اثر زیان آور اهن موثر بوده است

به عنوان مثال نرخ بالای سرد شدن مذاب در حین انجماد و یا بکارگیری فوق ذوب بالا قبل از ریختن مذاب

می تواند در تغییر موفولوژی فاز سوزنی موثر باشد .

به غیر از روش های فوق انجام عملیات حرارتی بر روی قطعه ریخته شده در خنثی سازی آهن  موثر است

به عنوان مثال عملیات حرارتی انحلال در دمای مناسب و به مدت زمان کافی بر روی قطعه ریختگی

سبب تغییر ترکیب شیمیایی  مقدار و اندازه فاز بتا می شود .