13833

13833

بررسي رفتار تبلور و زينترپذيري شيشه اكسي نيتريدي سيستم (R2O/RO)-SiO2-Al2O3-B2O3

دكتري

مواد و متالورژي - سراميك

زمستان 1393

زمستان 1393

دكتر بيژن افتخاري يكتا - دكتر حسين سرپولكي

دكتر عليرضا آقايي

چكيده هدف از انجام اين پژوهش، دستيابي به شيشه و يا شيشه سراميك اكسي نيتريدي شفاف در سيستم SiO2-Al2O3-B2O3 (R2O/RO)- با روش تهيه ژل يكپارچه بود. در اين راستا براي تهيه ژل يكپارچه و بي¬عيب به روش سل ژل، پيرسازي ژل در دما و زمان¬هاي مختلف انجام شد. نتايج نشان داد كه با فرايند پيرسازي استحكام ژل يكپارچه افزايش يافت و توزيع تخلخل‌ها در آن يكنواخت¬تر شد. بر اساس بررسي نتايج طيف فروسرخ، اين امر به دليل ادامه واكنش¬هاي هيدروليز و تراكم در طي فرايند پيرسازي است. همچنين، خشك‌كردن ژل¬ها با سه روش فوق بحراني، فروسرخ و خشك‌كردن آهسته در هوا انجام شد و تأثير هركدام بر رفتار زينتر شدن و سختي شيشه¬هاي حاصل بررسي شد. با توجه به نتايج به‌دست‌آمده انقباض خطي خشك ژل آبدار يكپارچه در خشك كردن در فشار محيطي حدود 40 تا 50 درصد بود. اين مقدار بالاي انقباض خطي دشواري تهيه قطعه يكپارچه و بدون ترك به روش سل ژل را تاييد مي¬كند. از سوي ديگر ژل خشك‌شده به روش فوق بحراني در محدوده دمايي انتخاب شده (تا حدود °C1100) به‌طور كامل زينتر نشده و از سختي و شفافيت (در محدوده نور مرئي) كمتري برخوردار بود. بررسي رفتار زينتر شدن شيشه¬هاي سنتز شده در كوره و ميكروسكوپ حرارتي نشان داد كه مقدار انقباض خطي در مرحله تبديل ژل خشك شده به شيشه بين 30 تا 35 درصد بود. همچنين درصورت تبلور شيشه به مولايت، افزايش گرانروي سيستم مانع از زينتر شدن كامل شيشه شد. زيرا محاسبه انرژي فعال‌سازي سيلان ناروان شيشه¬ها به روش هم‌دما و غير هم‌دما نشان داد كه با افزايش مقدار Al2O3 از 7 به 30 درصد وزني در تركيب شيشه، انرژي فعال‌سازي سيلان ناروان از 234 به kJ/mol414 افزايش مي¬يابد. همچنين نتايج نشان داد كه فاز مولايت تنها در شيشه غني از اكسيد آلومينيوم (حاوي 30 درصد وزني Al2O3) متبلور مي¬شود. رفتار تبلور شيشه بيان شده در دما و زمان¬هاي مختلف بررسي و ويژگي¬هاي ريزساختاري آن ارزيابي شد. سازوكار و انرژي فعال¬سازي تبلور شيشه به¬دست آمده از ژل، در هنگام زينتر شدن با استفاده از روش¬هاي Marotta، Aguis-Bennett و اصلاح شده Kissinger بررسي شد. ميانگين انرژي فعال¬سازي تبلور و مقدار عدد آورامي به¬دست آمده ازاين محاسبات به ترتيب برابر با kJ/mol152 و 24/1 بود. اين نتايج نشان¬دهنده رخداد تبلور حجمي با رشد يك بعدي بلورها است. آزمون TEM وجود بلورك¬هاي سوزني شكل را تأييد كرد. همچنين شيشه زينتر شده در دماي °C950 به مدت 6 ساعت داراي 34% وزني فاز نانو ذرات مولايت بوده و شيشه سراميك به¬دست آمده كاملاً شفاف بود. نيتريده كردن شيشه¬هاي تهيه شده در اتمسفر آمونياك نشان داد كه در دماهايي كه ساختار ژل كاملاً متخلخل است نيتروژن بيشتري وارد شبكه آن شده و با افزايش زمان نيتريده شدن مقدار نيتروژن ساختار تا 8/3 درصد وزني افزايش مي¬يابد. نيتروژن راه يافته به ساختار شيشه باعث افزايش انرژي فعال¬سازي زينتر از 414 به kJ/mol498 و دماي نرم شوندگي ديلاتومتري از °C725 به °C736 و كاهش ضريب انبساط حرارتي از 6-1088/3 به 6-1039/3 مي¬شود. پس از تبلور نيز نيتروژن موجود در شبكه شيشه وارد فاز تبلوريافته نشده و در شيشه بر‌جاي مانده از تبلور باقي مي¬ماند. كليدواژه‌ها: سل ژل، خشك‌كردن فوق بحراني، خشك‌كردن فروسرخ، شيشه سراميك شفاف، مولايت، شيشه اكسي نيتريدي.