واحد نجف آباد
دانشکده مواد
پاياننامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد”M.Sc.”
گرايش سراميک
عنوان:
بررسي ساخت نانو کامپوزيت سيليس و کاربيد سيليسيم و اکسيد سريم با پيوند دهنده مناسب براي صيقل کاري شيشه ها
استاد راهنما:
دكتر احمد منشي
استاد مشاور:
دكتر امير عباس نوربخش
نگارش:
فاطمه صفاري
زمستان 90
کليه حقوق مادي و معنوي برگرفته از مطالعات، ابتکارات و نوآوري‌هاي اين پايان‌نامه (رساله) متعلق به دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجف آباد است.
تعهدنامه اصالت رساله يا پايان‌نامه
اينجانب ………………………………………. دانش‌آموخته مقطع كارشناسي ارشد ناپيوسته/ دكتراي حرفه‌اي/ دكتراي تخصصي در رشته ………………………………………….. كه در تاريخ …………………………… از پايان‌نامه/ رساله خود تحت عنوان “……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….”
با كسب نمره …………………….. و درجه ……………………. دفاع نموده‌ام بدينوسيله متعهد مي‌شوم :
1) اين پايان‌نامه/ رساله حاصل تحقيق و پژوهش انجام شده توسط اينجانب بوده و در مواردي كه از دستاوردهاي علمي و پژوهشي ديگران (اعم از پايان‌نامه، كتاب، مقاله و …) استفاده نموده‌ام، مطابق ضوابط موجود، نام منبع مورد استفاده و ساير مشخصات آن را در فهرست مربوطه ذكر و درج كرده‌ام.
2) اين پايان‌نامه/ رساله قبلاً براي دريافت هيچ مدرك تحصيلي (هم سطح، پايين‌تر يا بالاتر) در ساير دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالي ارائه نشده است.
3) چنانچه بعد از فراغت از تحصيل، قصد استفاده و هرگونه بهره‌برداري اعم از چاپ كتاب، ثبت اختراع و … از اين پايان‌نامه داشته باشم، از حوزه معاونت پژوهشي واحد مجوزهاي مربوطه را اخذ نمايم.
4) چنانچه در هر مقطعي زماني خلاف موارد فوق ثابت شود، عواقب ناشي از آن را مي‌پذيرم و واحد دانشگاهي مجاز است با اينجانب مطابق ضوابط و مقررات رفتار نموده و در صورت ابطال مدرك تحصيلي‌ام هيچگونه ادعايي نخواهم داشت.
نام و نام خانوادگي:
تاريخ و امضاء:
تقديم به:
پدر و مادر عزيزم
و
همسر مهربانم
سپاسگزاري
سپاس خداي توانا و مهربان را که به من توان و اجازه داد تا به گوشه اي از قدرت بيکرانش پي برده و آموخته اي هرچند کوچک از عالم بينهايت علمش بياموزم. از او خواستارم تا مرا ياري رساند تا در خدمت به بندگانش از هيچ کوششي فروگذار ننمايم و در راه انسانيت و پيشرفت اين خاک مقدس ، ميهن عزيزم، ايران گام بردارم. از پدرم که در راه تحصيل علم، از هيچ کمکي براي من دريغ ننموده و از مادرم که سخنان گهربارش همواره تجلي بخش روحم و دعاهايش هميشه بدرقه راهم بوده سپاسگزارم. صبوري، متانت و بردباري همسرم که اصلي ترين مشوق من در به پايان رساندن اين دوره تحصيلي بود، وصف ناپذير است. اي تنها همراه زندگيم، همراهي تو قوت قلبي بود برايم، از تو براي تحمل تمامي دشواري ها طي اين سال ها سپاسگزارم.
در پايان از استاد ارجمند آقاي دکتر منشي که مرا در انجام اين پروژه ياري رساندند، سپاسگزارم. همچنين از استاد گرامي آقاي دکتر نوربخش که بنده را راهنمايي فرمودند سپاسگزارم. دوستان بسياري در انجام اين پايان نامه بنده را ياري نمودند که از همه آن ها و مسئولين محترم آزمايشگاه به ويژه سرکار خانم مهندس تاکي صميمانه تشکر مي نمايم.
فهرست مطالب
عنوانصفحه
چکيده 1
فصل اول: مقدمه 2
فصل دوم: مروري بر تئوري ها و تحقيقات انجام شده 4
2-1- مقدمه 4
2-2- کامپوزيت ها 7
2-2-1- مزاياي استفاده از مواد کامپوزيت 9
2-2-2- تاريخچه صنعت کامپوزيتها 9
2-3- نانو کامپوزيت ها 10
2-3-1- طبقه بندي نانو کامپوزيت ها 11
2-3-2- سيليکات هاي لايه اي 12
2-3-3- ساختار نانو کامپوزيت 15
2-3-4- خواص مکانيکي 17
2-3-5- نانو کامپوزيت هاي پليمري 18
2-4-تعريف و طبقه بندي کاربيدها 19
2-5-کاربيد سيليسيم 20
2-5-1-مقدمه 20
2-5-2-مشخصات عمومي کاربيد سيليسيم 21
2-5-3-ساختار و ترکيب کاربيد سيليسيم 21
2-5-4-انواع کاربيد سيليسيم 22
2-5-4-1-کاربيد سيليسيم نوع بتا () 22
2-5-4-2-کاربيد سيليسيم نوع آلفا () 22
2-5-5- پايداري انواع مختلف SiC بلوري 23
2-5-6- وضعيت گذشته و فعلي کاربيد سيليسيم 24
2-5-7- خلاصه اي از خواص SiC 24
2-5-8- برخي کاربرد هاي SiC 26
2-5-8-1- کاربرد به عنوان ساينده 26
2-5-8-2- دير گدازها و المنت هاي کوره 26
2-5-8- 3- کاربردهاي الکتروني و نوري 27
2-5-8-3-1- نيمه هادي کاربيد سيليسيم 28
فهرست مطالب
عنوانصفحه
2-5-8-3-2- کاربرد در صنعت IC 28
2-6- شيشه 28
2-6-1-تاريخچه شيشه 28
2-6-2-تعريف شيشه 29
2-7- اکسيد سريم 30
2-7-1- کاربردهاي اکسيد سريم 31
2-8- اکسيد سيليسيم 32
2-9- ابزارهاي برشي و سايند ها 33
2-9-1- ابزارهاي برشي 33
2-9-2- ساينده‌ها 35
2-10-ترکيب پوليش پايه سريم و فرآيند آماده سازي آن 38
2-11- مشخصات اکسيد سريک 39
2-12- فرايند آماده سازي ترکيب 40
2-13- ابزارهاي ساينده سراميکي پيوند داده شده 42
2-13-1- مقدمه 42
2-13-2- فرايند توليد 42
2-13-3- هدف از توليد ساينده هاي سراميکي 43
2-13-4- روش ساخت ترکيبات 43
فصل سوم: روش تحقيق 44
3-1- مواد اوليه 44
3-1-1- اکسيدسريم 44
3-1-2- کاربيدسيلسيم 45
3-1-3- نانوسيليس 45
3-1-4- افزودني ها 46
3-2- تجهيزات آزمايشگاهي 46
3-2-1- هيتر 46
3-2-2- کوره 46
3-2-3- مگنت 46
3-2-4- ترازو 46
فهرست مطالب
عنوانصفحه
3-2-5- خشک کن 46
3-2-6- CCS 46
3-3- ابزار آزمايش و آناليز نمونه‌ها 47
3-3-1- دستگاه پراش پرتو ايکس (XRD) 47
3-3-2- ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) 47
3-3-3- آزمايش اندازه‌گيري استحکام 47
3-4- روش انجام آزمايش 48
3-4-1- تهيه نمونه‌هاي سري اول 48
3-4-1-1- نمونه‌سازي مجموعه A 48
3-4-1-2- نمونه‌سازي مجموعه B 49
3-4-1-3- نمونه‌سازي مجموعه C 51
3-4-2- تهيه نمونه هاي سري دوم 51
3-4-2-1- نمونه‌ D 52
3-4-2-2- نمونه‌ E 53
3-4-2-3- نمونه‌ F 53
3-4-2-4- نمونه‌ G 54
3-4-2-5- نمونه‌ H 54
3-4-3-تهيه نمونه‌ هاي سري سوم 55
3-4-3-1- نمونه سازي مجموعه I 55
3-4-3-2- نمونه سازي مجموعه J 57
3-4-3-3- نمونه سازي سريK 58
3-4-3-4- نمونه سازي سريL 59
3-4-3-5- نمونه سازي سري M 60
3-4-3-6- نمونه سازي سري N 61
3-4-4- تعيين درصد وزني جذب آب 62
3-4-5- انجام آزمايش سايش 63
3-4-6- استفاده از نرم افزار Image Analyzer 64
فهرست مطالب
عنوانصفحه
فصل چهارم: روش تحقيق 65
4-1- مقدمه 65
4-2- بررسي شکل ظاهري نمونه ها از نظر دماي پخت 65
4-2-1- نتايج نمونه هاي سري اول 65
4-2-2- نتايج نمونه هاي سري دوم 66
4-2-3- نتايج نمونه هاي سري سوم 67
4-2-3-1- نمونه هاي پخته شده در دماي ?c750 و ?c1000 67
4-2-3-2- نمونه هاي پخته شده در دماي ?c850 73
4-2-3-3- نمونه هاي پخته شده در دماي ?c1050 77
4-2-3-4- نمونه هاي پخته شده در دماي ?c950 79
4-3- بررسي نتايج آناليز XRD 82
4-3-1- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه I15 82
4-3-2- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه I5 82
4-3-3- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه I2 83
4-3-4- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه I19 84
4-3-5- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه N1 84
4-3-6- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه N4 85
4-3-7- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه N17 86
4-3-8- بررسي نتايج آناليز XRD نمونه N11 86
4-3-9- بررسي و مقايسه نتايج آناليز XRD نمونه N14 و I9 87
4-3-10- بررسي و مقايسه نتايج آناليز XRD نمونه N16 و I17 89
4-4- بررسي نتايج ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM )و Image Analyzer 91
4-4-1- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونهN1 91
4-4-2- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونهN4 92
4-4-3- بررسي نتايج SEM نمونه7N 93
4-4-4- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونه N11 94
4-4-5- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونه N14 95
4-4-6- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونه N16 96
4-4-7- بررسي نتايج SEM نمونه I2 97
فهرست مطالب
عنوانصفحه
4-4-8- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونه I9 98
4-4-9- بررسي نتايج SEMو Image Analyzer نمونه I9 99
4-5- نتايج آزمايش استحکام 100
4-6- نتايج آزمايش سايش 101
4-7- تعيين وزن مخصوص ،درصد حجمي و درصد وزني جذب آب 102
فصل پنجم: نتيجه‌گيري 103
منابع و مراجع 104
فهرست اشکال
عنوانصفحه
(شکل2 -1): مثال هايي از مواد مرکب 8
(شکل 2-2): طراحي از فرآيند ميان افزايي 13
(شکل2-3): تصوير ميکروسکوپ الکتروني نمونه رس خالص در بزرگنمايي 10000 14
(شکل2-4): ساختار مونت موري لونيت 15
(شکل 2-5): نفوذ پليمر در فواصل بين لايه اي 16
(شکل 2-6): ساختارهاي مختلف نانو کامپوزيت ها: الف) ساختار لايه اي متناوب . ب) ساختار
بينابين. ج) ساختار پراکنشي لايه اي[25]. 17
(شکل2-7): ساختار SiC 21
(شکل2-8): مکان اتمهاي سيلسيم و کربن در SiC 23
(شکل2-9): صفحه[1120] در انواع 2H-SiC ، 6H-SiC ،3C-SiC ،.4H-SiC 24
(شکل 2-10): نحوه قرار گرفتن اتمها در ساختار اکسيد سريم 31
(شکل2-11): نحوه قرار گرفتن اتمها در SiO2 33
(شکل2-12): مثالهايي از ابزارهاي برشي براي ماشين کاري فولاد و چدن : قطعات سراميکي
با عملکرد بالاي SPK، سرمتها و و سيستم هاي ابزاري معمول براي
تراشکاري،فرزکاري،و سوراخکاري 34
(شکل 2-13): مثالهايي از ابزارهاي سنگ زني و با شکلها و
اندازه هاي متفاوت 37
(شکل 2-14): ريز ساختار دانه هاي سراميکSapphire Blue براي کاربردهاي ساينده 38
(شکل 3-1): الگوي پراش پرتو X پودر اکسيد سريم 44
(شکل 3-2): الگوي پراش پرتو X پودر کاربيد سيليسيم 45
(شکل 3-3): الگوي پراش پرتو X پودر نانوسيليس 45
(شکل 3-4): تصوير دستگاه Universal Testing Machine 48
(شکل 3-5): تصوير نمونه آماده شده براي آزمايش سايش 63
(شکل 3-6): تصوير پنجره نرم افزار Image Analyzer مورد استفاده جهت آناليز تصاوير 64
(شکل 4-1): تصوير نمونه ساخته شده در مرحله اول 66
(شکل 4-2): تصوير نمونه ساخته شده در مرحله دوم 66
(شکل 4-3): تصوير چند نمونه نامطلوب 67
(شکل4-4): تصوير ميکروسکوپ نوري از نمونه I2دردو بزرگنمايي متفاوت 68
(شکل4-5): تصويرميکروسکوپ نوري ازسطح نمونه I5در بزرگنمايي هاي متفاوت 68
فهرست اشکال
عنوانصفحه
(شکل4-6) :شکل ظاهري نمونه I8 69
(شکل 4-7): تصوير ميکروسکوپ نوري از نمونه I9در دو بزرکنمايي متفاوت 70
(شکل 4-8): تصوير ميکروسکوپ نوري از نمونه I10 در دو بزرکنمايي متفاوت 70
(شکل 4-9): تصوير ميکروسکوپ نوري از نمونه15I در دو بزرکنمايي متفاوت 71
(شکل 4-10): تصويرظاهري از نمونه K5 71
(شکل 4-11): تصوير ميکروسکوپ نوري از نمونه17I در دو بزرکنمايي متفاوت 72
(شکل 4-12) تصوير ميکروسکوپ نوري از نمونه I19 در دو بزرکنمايي متفاوت 72
(شکل 4-13): شکل ظاهري نمونه M2 : سمت راست زير نمونه و سمت چپ سطح نمونه 73
(شکل 4-14): شکل ظاهري نمونه M4 : سمت راست زير نمونه و سمت چپ سطح نمونه 74
(شکل 4-15): شکل ظاهري نمونه M8 74
(شکل 4-16): شکل ظاهري نمونه M11 75
(شکل 4-17): شکل ظاهري نمونه M15 76
(شکل 4-18): شکل ظاهري نمونهM18 76
(شکل 4-19): شکل ظاهريدو نمونه به هم چسبيده نمونه J3 و J5 77
(شکل 4-20): شکل ظاهري نمونه J6 78
(شکل 4-21): شکل ظاهري نمونه J8 78
(شکل 4-22): شکل ظاهري نمونه J13 79
(شکل 4-23): شکل ظاهري نمونه J17 79
(شکل 4-24): شکل ظاهري نمونهN3 80
(شکل 4-25): شکل ظاهري نمونه N5 80
(شکل 4-26): شکل ظاهري نمونهN15 81
(شکل 4-27): شکل ظاهري نمونهN17 81
(شکل4-28): تصوير پراش پرتو X نمونه I15 82
(شکل4-29): تصوير پراش پرتو X نمونه I5 83
(شکل4-30): تصوير پراش پرتو X نمونه I2 83
(شکل4-31): تصوير پراش پرتو X نمونه I19 84
(شکل4-32): تصوير پراش پرتو X نمونه N1 85
(شکل4-33): تصوير پراش پرتو X نمونه N4 85
(شکل4-34): تصوير پراش پرتو X نمونه N7 86
فهرست اشکال
عنوانصفحه
(شکل4-35): تصوير پراش پرتو X نمونه N11 87
(شکل4-36): تصوير پراش پرتو X نمونه I9 87
(شکل4-37): تصوير پراش پرتو X نمونه N14 88
(شکل4-38): مقايسه تصوير پراش پرتو X نمونه N14و I9 89
(شکل4-39): تصوير پراش پرتو X نمونه I17 89
(شکل4-40): تصوير پراش پرتو X نمونه N16 90
(شکل4-41): مقايسه تصوير پراش پرتو X نمونه N16 و I17 91
(شکل4-42): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه N1 در بزرگنمايي 500 و 2000 برابر 92
(شکل4-43): توزيع اندازه دانه در نمونه N1 92
(شکل4-44): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه N4 در بزرگنمايي 500 و 2000 برابر 93
(شکل4-45): توزيع اندازه دانه در نمونه N4 93
(شکل4-46): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه7N در بزرگنمايي 500 و 2000 برابر 94
(شکل4-47): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه N11 در بزرگنمايي 500 و 2000 برابر 94
(شکل4-48): توزيع اندازه دانه در نمونه N11 95
(شکل4-49): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه N14در بزرگنمايي 500 و 2000 برابر 95
(شکل4-50): توزيع اندازه دانه در نمونه N14 96
(شکل4-51): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه N16 دربزرگنمايي 500 و 2000 برابر 96
(شکل4-52): توزيع اندازه دانه در نمونه N16 97
(شکل4-53): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه I2 دربزرگنمايي 500 و 2000 برابر 97
(شکل4-54): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه I2 دربزرگنمايي 500 و 2000 برابر 98
(شکل4-55): توزيع اندازه دانه در نمونه I2 98
(شکل4-56): تصوير ميکروسکوپ الکتروني روبشي نمونه I9 دربزرگنمايي 500 و 2000 برابر 99
(شکل4-57): توزيع اندازه دانه در نمونه I9 99
(شکل4-58): نمودار ستوني نتايج استحکام نمونه ها 100
(شکل4-59): نمودار رسم شده توسط دستگاه CCS 101
(شکل4-60): نمودار ستوني نتايج آزمايش سايش 102
فهرست جداول
عنوانصفحه
(جدول 1-2): طبقه بندي نانو مواد، بر اساس پارامترهاي مختلف 5
(جدول 2-2): ترکيبات معمول 22
(جدول 2-3): خلاصه اي از ويژگي ها و خواص کاربيد سيليسيم (توجه : زماني که ساختار ذکر
نشده، مقادير گزارش شده مربوط بهاست . زماني که د ما ذکر نشده است ،
دماي آزمايش است ). 25
(جدول 2-4): خواص فيزيکي اکسيد سريم 31
(جدول 2-5): خواص فيزيکي SiO2 32
(جدول 2-6): کاربرد هاي ويژه ابزارهاي برشي سراميکي 35
(جدول 2-7): فرآيندهاي ماشينکاري ساينده 38
(جدول 3-1): ترکيب شيميايي اکسيد سريم مورد استفاده در تحقيق 44
(جدول3-2): ترکيب شيميايي نمونه هاي مجموعه A 49
(جدول 3-3): ترکيب شيميايي نمونه هاي پايه Cerox S 50
(جدول 3-4): ترکيب شيميايي نمونه هاي پايه Cerox GG 50
(جدول 3-5): ترکيب شيميايي نمونه هاي مجموعه C 51
(جدول 3-6): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونه 1D 52
(جدول 3-7): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونه 2D 52
(جدول 3-8): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونه 3D 52
(جدول 3-9): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونه E 53
(جدول 3-10): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش سريF 53
(جدول 3-11): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونهG 54
(جدول 3-12): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونه1H 55
(جدول 3-13): ترکيب شيميايي محلولهاي مورد استفاده در ترکيب پوليش نمونهH2 55
(جدول 3-14): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش مجموعهI
(بدون کاربيد سيليسيم) 56
(جدول 3-15): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش مجموعهI
(همراه با کاربيد سيليسيم) 56
(جدول 3-16): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش مجموعه J 57
(جدول 3-17): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش سري K
( با کاربيد سيليسيم) 58
فهرست جداول
عنوانصفحه
(جدول 3-18): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش سري Kبر حسب گرم
( بدون کاربيد سيليسيم) 59
(جدول 3-19): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش سري L 60
(جدول 3-20): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش سريM 61
(جدول 3-21): ترکيب شيميايي مواد مورد استفاده در ترکيب پوليش سريN 62
(جدول4-1): نتايج حاصل از آزمون تعيين استحکام 100
(جدول4-2): نتايج به دست آمده از آزمايش سايش 101
(جدول4-3): مقادير وزن مخصوص، درصد وزني و حجمي جذب آب 102
چکيده
در اين پروژه ساينده پايه سريم براي صيقل کاري روي سطح شيشه‌هاي معدني مورد توجه قرار گرفت. از مواد اوليه اکسيد سريم، اکسيد لانتانيم، ميکروسيليس، اسيد بوريک، کاربيدسيلسيم، فسفات، فلورايد کلسيم‌، هگزا متافسفات سديم، تري پلي فسفات سديم، اکسيد روي، سديم متاسيليکات استفاده گرديد و با دو روش عمومي يکي استفاده از محلول و ديگري بصورت پودر خشک مورد استفاده قرار گرفتند. دماي پخت در شرايط مختلف از 450 تا 1150 درجه سانتي گراد در نظر گرفته شد و شرايط بحراني براي پخت مشاهده شد که گاهي50± درجه سانتي گراد باعث عدم پخت يا بيش از حد شيشه‌اي شدن مي‌گرديد. در حدود 150 نمونه مختلف ساخته شد و شرايط پخت و سختي و استحکام آن‌ها مورد مقايسه قرار گرفت. بررسي‌هاي ميکروسکوپي نشانگر ساختارهاي متفاوت بود که در برخي موارد، وجود بيش از حد فاز شيشه‌اي موجب ترک برداشتن و يا اعوجاج نمونه‌ها گرديده بود. آناليز XRD فازهايي نظير Ce2Si2O7 , Ce7O12SiO2 CeP5O14, SiC,CeP2 را نشان داد که در اثر واکنش اکسيد سريم با سيليس يا واکنش منابع فسفاتي و اکسيد روي و نظاير آن ايجاد شده بود در نهايت ترکيب تري پلي فسفات سديم‌، نانو سيليس، اکسيد روي‌،اکسيد سريم و کاربيد سيليسيم در دماي پخت 950 درجه سانتي گراد انتخاب گرديد که ساينده‌اي با خواص موردنظر در آن ايجاد شده بود.

کلمات کليدي: ساينده شيشه، اکسيد سريم، نانو سيليس، کاربيد سيليسيم
فصل اول
مقدمه
ساخت کامپوزيت‌ها سال‌هاست که مورد توجه قرار گرفته است و براي بهبود خواصي نظير تنش برشي، استحکام، ميزان کرنش تا شکست، نوع شکست و چقرمگي بکار مي‌روند. ساخت کامپوزيت‌هاي سراميکي گوناگون جهت بهبود خواص، اهميت ويژه‌اي دارد. بسته به کاربرد کامپوزيت، انتخاب ساختار سراميکي و فاز جانبي مناسب آن اهميت فراواني يافته است. در دهه اخير کامپوزيت‌هاي اکسيدي – غيراکسيدي توجه بسياري از محققين را به خود جلب کرده است، اما براي انتخاب يک سراميک اکسيدي مناسب بعنوان فاز اصلي بايد به خواصي نظير نسوزندگي و ضريب انبساط حرارتي توجه کرد. ]1[
نانوفناوري يا بکارگيري فناوري در مقياس ميلياردم متر عبارتست از خلق مواد، قطعات و سيستمهاي کارا باکنترل اندازه اجزاء ريز سازنده در حد نانومتر و در نتيجه بهره برداري از خصوصيات و پديده‌‌هاي جديد بوجود آمده در آن مقياس. تکنولوژي نانو بعنوان يک روش نو براي سنتز مواد و ساختار‌‌هاي مفيد داراي حداقل يک بعد در حد نانومتر، هم اکنون مورد توجه بسياري از محققين و مراکز تحقيقاتي و صنعتي در جهان امروز واقع شده است.
نانو فناوري يک رشته جديد نيست، بلکه رويکردي جديد در تمام رشته‌‌هاست که در جهت بررسي اصول و قوانين حاکم بين مولکولها و ساختارهاي با ابعاد بين 1 تا 100 نانومتر گام بر مي‌دارد. نانو تکنولوژي يک علم چند رشته اي است و براي درک مفاهيم و اصول بنيادين و قوانين حاکم در دنياي نانو تقريبا به تمام علوم نياز است. نانو مواد (موادي که حداقل در يک بعد داراي اندازه اي در حد نانومتر هستند) از نظر عمومي‌به دو دسته تقسيم بندي مي‌گردند ;مواد نانوساختار و نانوذرات‌. نانوذره به ذره اي گفته مي‌شود که ابعادي بين 1 تا 100 نانومتر داشته باشد که پرکابردترين آنها نانوذرات سراميکي هستند.
ترکيب ساينده پايه سريم براي سايش کردن با بازدهي بالا و سريع روي سطح شيشه‌‌هاي معدني،لنزهاي اپتيکي پلاستيکي وصفحات پلاستيکي سازگاري خوبي دارد. پوليش شيشه‌‌هاي آلي کاملا حساس و متفاوت است. توجه روي اين حقيقت است که آنها نرم و شکننده، و در برابر خراش خيلي حساس اند.صيقل دادن نا کافي منجر به خراشهاي ريز و صيقل بسيار ساينده موجب خراش درشت و کدر شدن شيشه مي شود. در اين تحقيق هدف ساخت يک صيقل دهنده‌ي مناسب جهت پوليش کردن شيشه مي‌باشد. اگر بتوان ذرات ريز نانو سيليس و کاربيد سيلسيم را در کنار CeO2 و پيوند دهنده‌‌هاي مناسب( که از بافت سيمان‌‌هاي سراميکي باشند) قرار داد و يک صيقل دهنده ظريفي ساخت که بتواند شيشه‌‌ها را صيقل کند آنگاه يکي از کاربردهاي نانو تکنولوژي در صنعت سراميک مورد بررسي قرارگرفته است.
اگر چه ترکيباتي قبلا براي صيقل کاري شيشه ساخته شده است اما استفاده از نانو ذرات سيليس و ذرات کاربيد سيلسيم در صيقل دهنده‌‌هاي شيشه بر پايه اکسيد سريم کاملا جديد است. مطالعه پيوند دهنده‌‌هاي مناسب که بتوانند SiO2 و SiC و CeO2 را در کنار يکديگر نگه دارد و عمل صيقل کاري را پيش برد‌، از جنبه‌‌هاي نو آوري نيز برخوردار مي‌باشد.
در فصل دوم مروري بر مطالعات انجام شده در مورد علم نانو، کامپوزيت‌ها و همچنين مطالعاتي که تا کنون بر روي خواص SiC، SiO2، CeO2 و صيقل‌کاري شيشه صورت گرفته است، ذکر شده است.
در فصل سوم ابتدا با مشخصات مواد اوليه و تجهيزات مورد استفاده در اين تحقيق آشنا شده و سپس روش تحقيقي که شامل آماده‌سازي مواد اوليه، بررسي و آناليز نمونه‌هاي تهيه شده و بررسي خواص مکانيکي نمونه‌ها مي‌باشد، ذکر مي‌گردد.
در فصل چهارم نتايج مربوط به پخت نمونه‌ها، نوع فازها و ريزساختار نمونه‌ها و دماي نهايي فرآيند و همچنين نتايج مربوط به آناليز فازي و ريزساختاري نمونه‌هاي آزمايش شده و خواص مکانيکي آنها ارائه شده و مورد بحث و بررسي قرار مي‌گيرد.
فصل دوم
مروري بر تئوري‌ها و تحقيقات انجام شده
2-1- مقدمه
ميليون‌‌ها سال است که در طبيعت ساختارهاي بسيار پيچيده با ظرافت نانومتري ساخته مي‌شوند. علم بشري اينک در آستانه چنگ اندازي به اين عرصه است، تا ساختارهايي بي نظير بسازد که در طبيعت نيز گزارش نشده است. فناوري نانو کاربردهايي را به عرصه ظهور مي‌رساند که بشر از انجام آن به کلي عاجز بوده است و پيامدهايي را در جامعه بر جا مي‌گذارد که بشر تصور آنها را هم نکرده است[1].
فناوري نانو واژه اي است کلي که به تمام فناوري‌‌هاي پيشرفته در عرصه کار با مقياس نانو اطلاق مي‌شود[2]. نانو فناوري، ساخت مواد، قطعات و سامانه‌‌هاي مفيد در مقياس طولي نانومتر و بهره برداري از خصوصيات و پديده‌‌هاي جديد حاصل از آن مقياس است. به عبارت ديگر نانوفناوري يک فناوري نوظهور شامل کليه فعاليت‌‌ها با توانايي کنترل درتک اتم‌‌ها و مولکولها براي ساخت مواد و وسايل جديد با خواص مطلوب است[3]. معمولاً منظور از مقياس نانو ابعادي در حدود يک تا 100 نانومتر مي‌باشد[1]. نانومتر واحد طولي برابر يک ميلياردم متر است. اين اندازه تقريباً چهار برابر قطر يک اتم منفرد است. يک مکعب با طول وجه 5/2 نانومتردرحدود 1000 اتم را در خود جاي مي‌دهد[3]. مفهوم فناوري نانو به دارنده جايزه نوبل،ريچارد فينمن نسبت داده شده است، در يک سخنراني که وي در سال 1959 ارائه نمود[4]. در اين رپچارد فينمن طي يک سخنراني با عنوان (فضاي زيادي در سطوح پائين وجود دارد) ايده فناوري نانو را مطرح ساخت[2]. ودر سال 1960 منتشر شد[4]. او اينطور بيان نمود که : (( اصول فيزيک،تا آنجايي که من مي‌توانم ببينم، امکان جابجايي ماهرانه اتم به اتم اشياء را فراهم مي‌سازد و من آن را رد نمي‌کنم.)).
واژه فناوري نانو اولين بار توسط نوريوتاينگوچي استاد دانشگاه علوم توکيو در سال 1974 بر زبانها جاري شد. او اين واژه را براي توصيف ساخت مواد (وسايل) دقيقي که تلورانس ابعادي آنها در حد نانومتر مي‌باشد، بکار برد[2و5]. بينيگ و رهرر نظريات درکسلر را به طريقه عملي توسعه دادند. در سال 1981 آنها اولين افرادي بودند که توانستند اتمها را ببينند و از اينجا بود که نانوتکنولوژي ممکن شد. دانشمندان خيلي زود توانستند اتمها را به طور منظم بر روي يکديگر سوار کنند تا ساختارهاي در مقياس نانو را بسازند[6]. در سال 1986 واژه فناوري نانو توسط کي اريک دکسلر، در کتابي تحت عنوان (موتور آفرينش آغاز دوران فناوري نانو) باز آفريني و تعريف مجدد شد.

وي اين واژه را به شکل عميق تري در رساله دکتراي خود مورد بررسي قرارداده و بعدها آنرا در کتابي تحت عنوان (نانوسيستم‌‌ها، ماشين‌‌هاي مولکولي، چگونگي ساخت و محاسبات آنها) توسعه داد[2].
کليه مواد رايج همچون فلزات، نيمه‌‌هادي‌‌هاي، شيشه، سراميک، پليمرها توانايي تبديل به ابعاد نانو را دارا مي‌باشند. طيف نانو مواد مي‌تواند شامل آلي و معدني، ذرات کريستالي يا آمورف، پودر يا ذرات ديسپرس شده در يک ماتريس، به صورت ذرات منفرد و جدا از هم يا به صورت آگريگيت، کلوئيدي، سوسپانسيون و محلولهاي امولسيوني و‌… باشد. به طور کلي روش‌‌هاي مختلفي جهت طبقه بندي نانو مواد استفاده مي‌شود (جدول 1-2)[7].
(جدول 1-2) طبقه بندي نانو مواد، بر اساس پارامترهاي مختلف[8]
طبقه بنديمثالابعاد
3 بعدي nm 100>
2 بعدي nm 100>
1 بعدي nm100>
نانو ذرات و‌…
نانو لوله‌‌ها، نانو الياف، نانو سيم‌‌ها و‌…
نانو لايه‌‌ها، پوشش‌‌ها و‌…ترکيب فازي
ترکيب تک فاز
ترکيب چند فاز
سيستمهاي چند فاز
کريستالها، نانو لايه‌‌ها، ذرات آمورف و‌…
ذرات پوشش داده شده، کامپوزيتها و‌…
کلوئيدها، فرولوئيدها و‌…فرايند‌‌هاي ساخت
واکنش‌‌هاي فاز گازي
واکنش‌‌هاي فاز مايع
کار مکانيکي
سنتزCVD، چگالش، شعله اي و‌…
فرايند هيدروترمال، رسوب دهي، سل ژل و‌…
آلياژسازي مکانيکي، مکانو شيميايي و‌…
تفاوت اصلي فناوري نانو با فناوري‌‌هاي ديگر در مقياس مواد و ساختارهايي است که در اين فناوري مورد استفاده قرار مي‌گيرند. البته تنها کوچک بودن اندازه مد نظر نيست بلکه زماني که اندازه مواد در اين مقياس قرار مي‌گيرد، خصوصيات ذاتي آنها از جمله رنگ، استحکام، مقاومت خوردگي و… تغيير مي‌يابد. درحقيقت اگر بخواهيم تفاوت اين فناوري را با فناوري‌‌هاي ديگر به صورت قابل ارزيابي بيان نماييم، مي‌توانيم وجود عناصر پايه را به عنوان يک معيار ذکر کنيم. عناصر پايه در حقيقت همان عناصر نانو مقياسي هستند که خواص آنها در حالت نانو مقياس با خواص شان در مقياس بزرگ تر فرق مي‌کند [2].
مفاهيم جديد نانو فناوري چنان وسيع هستند که احتمالاً علم و فناوري را با روشهايي غير قابل پيش بيني تغيير مي‌دهند. اکنون تنها شمايي مبهم از فرصت‌‌ها و منافعي که نانوساختار سازي براي بشر فراهم کرده است مشاهده مي‌شود. محصولات فناوري نانو موجود عبارتند از :
تاير‌‌هاي با پوشش مقاوم توليد شده از ذرات در مقياس نانومتر خاک رس معدني با پليمرها، داروهاي نانو ذره با ويژگيهاي رهايش بسيار کنترل شده، چاپ با کيفيت بسيار عالي با استفاده از ذرات در مقياس نانومتر با بهترين خصوصيات رنگ‌‌ها و رنگدانه‌‌ها و توليد ليزر و هدهاي ديسک مغناطيسي بسيار پيشرفته با کنترل دقيق ضخامت لايه‌‌ها.
بسياري از کاربرد‌‌هاي ديگر که هم اکنون در حال توسعه اند و يا توانمندي بسيار بالايي براي پيشرفت در آينده نزديک دارند عبارتند از:
صنايع هوا نوردي و اتوماسيون: مواد تقويت شده با نانو ذره‌‌ها براي بدنه‌‌هاي سبک تر، تاير‌‌هاي تقويت شده با نانو ذره‌‌ها که فرسايش کمتري دارند و قابل بازيافت هستند، رنگ خارجي بدون نياز به شستشو، پلاستيک‌‌هاي غيرقابل اشتعال و ارزان، سامانه‌‌هاي الترونيک براي کنترل و پوشش خود تعمير.
الکترونيک و ارتباطات: سامانه ضبط چند رسانه اي با استفاده از نانولايه‌‌ها، صفحات نمايش مسطح، فناوري سامانه‌‌هاي بي سيم، قطعات و فرآيندهاي جديد در فناوري‌‌هاي اطلاعات و ارتباطات، هزاران برابر افزايش در ظرفيت و سرعت پردازش داده‌‌ها با قيمت پايين تر و بازده بيشتر در مقايسه با مدارات الکترونيکي کنوني.
مواد: کاتاليزورهاي افزايش دهنده بازده انرژي واکنش‌‌هاي شيميايي و بازده عمل احتراق (و بنابراين آلودگي کمتر) در وسايل نقليه موتوري، دريل‌‌ها و ابزارهاي برش بسيار سخت و غيره شکننده، سيال‌‌هاي مغناطيسي هوشمند براي آب بندي و روان کننده‌‌ها.
درمان، بهداشت و علوم زيستي: داروهاي نانوساختاري جديد، سامانه‌‌هاي ژنتيکي و داروسازي به زمان تعيين شده در بدن (رهايش کنترل شده)، ايجاد سازگاري بين اعضاي مصنوعي و اعضاي مصنوعي و اعضاء و مايعات بدن، خود تشخيصي براي استفاده در خانه و مادي براي بازسازي بافت‌‌ها و استخوان‌‌هاي بدن.
ساخت و توليد: مهندسي ابزار سازي مبتني بر نسل‌‌هاي جديدي از ميکروسکوپ‌‌ها و روش‌‌هاي اندازه گيري و فرآيندها و ابزار جديد براي کنترل مواد در اندازه‌‌هاي اتمي.
فناوري مرتبط با انرژي: انواع جديدي از باتري‌‌ها، فتوسنتز مصنوعي براي توليد انرژي پاک، سلول خورشيدي، ذخيره ايمن هيدروژن به عنوان سوخت پاکيزه و صرفه جويي در انرژي با استفاده از مواد سبک و مدارات کوچکتر.
کاوش در فضا: وسايل فضايي کم وزن، توليد و مديريت اقتصادي تر انرژي و سامانه‌‌هاي روباتيک توانا و بسيار ريز.
محيط زيست: غشاي جدا کننده براي فيلتر کردن آلودگي‌‌ها و يا حتي نمک از آب، جدا کننده‌‌هاي نانوساختاري براي خارج کردن آلودگي‌‌ها از پساب‌‌هاي صنعتي، مشخص کردن اثرات نانوساختارها در محيط زيست و تعديل آسيب‌‌هاي صنعتي به محيط زيست با کاهش زياد مصرف انرژي و مواد، کاهش منابع آلودگي و فرصت‌‌هاي بيشتر براي بازيافت.
امنيت ملي: آشکار سازها، سم زداهاي عوامل زيستي و شيميايي، مدارات الکترونيکي بسيار کارآمد، پوشش‌‌ها و مواد نانوساختاري سخت، پارچه‌‌هاي سبک خود تعمير، مواد جايگزين خون و سامانه‌‌هاي امنيتي ظريف[3].
2-2- کامپوزيت‌ها
مواد کامپوزيتي بر طبق سازمان بين المللي استاندارد سازي به جامد‌‌هايي با فازهاي چندگانه گفته مي‌شود، که از ترکيب دو يا چند ماده با خواص فيزيکي و شيميايي متفاوت مي‌باشد. در مواد کامپوزيتي معمولاً يک فاز پيوسته هست که ماتريکس يا زمينه ناميده مي‌شود و فاز ديگر مواد تقويت کننده ناميده مي‌شود که فاز ناپيوسته هست. در سيستم فاز پراکنده با ساختار منظم ريخته شده در حاليکه پوسته مي‌تواند فاز پيوسته باشد[9].
کلمه کامپوزيت مي‌تواند در چند جاي مختلف به کار برده شود و تعريف آن مي‌تواند در محدوده اي از يک حالت عمومي‌تا حالتي خيلي خاص بکار رود. ترکيب چند عکس به داخل يک تصوير بعنوان يک عکس کامپوزيتي شناخته مي‌شود که ترکيبي از اجزاء مختلف است. مواد کامپوزيتي هم، ترکيبي از اجزاء مختلف هستند.
تعريف جامع يک کامپوزيت عبارت است از: دو ماده غير يکسان که در صورت ترکيب، ماده حاصله از تک تک مواد قوي تر مي‌شود. کامپوزيت‌‌ها مي‌توانند هم بصورت طبيعي و هم به صورت مصنوعي (ساخت بشر) باشند[10].
کامپوزيت‌‌ها به دو دسته مجزا طبقه بندي شده اند دسته نخست طبقه بندي نسبت به ماتريکس (جزء اصلي ) ساخته شده مي‌باشد.
دسته اصلي شامل:
1) کامپوزيتهاي زمينه آلي1(OMCs)
2) کامپوزيتهاي زمينه فلز2(MMCs)
3) کامپوزيتهاي زمينه سراميک3(CMCs)
کامپوزيتهاي زمينه آلي عموماً شامل دو دسته زير مي‌باشد :
1) کامپوزيتهاي زمينه پليمري4
2) کامپوزيتهاي زمينه کربن يا کامپوزيتهاي کربن-کربن5
دسته دوم طبقه بندي اشاره به تقويت کننده‌‌ها مثل تقويت ذره اي‌، تقويت رشته ناپيوسته و رشته پيوسته در کامپوزيت لايه لايه اي و کامپوزيت بافته شده دارد(شکل2-1)[11].
(شکل2 -1) مثال‌‌هايي از مواد مرکب [11]
چوب مثال خوبي از يک کامپوزيت طبيعي است. چوب ترکيبي از الياف سلولزي و ليگنين مي‌باشد. الياف سلولزي استحکام را ايجاد مي‌کنند و ليگنين چسبي است که الياف را به هم مي‌چسباند و پايدار مي‌کند. بامبو (ني يا خيزران)، يک سازه کامپوزيتي چوبي بسيار کارآمد مي‌باشد. اجزاء آن عبارتند از: سلولز و ليگنين، همانگونه که در ديگر چوبها نيز هست. ضمناً بامبو تو خالي است و اين امر باعث مي‌شود که سازه اي سفت و خيلي سبک باشد. چوب‌‌هاي بلند ماهيگيري کامپوزيتي و بدنه چوبهاي گلف، کپي اين طرح طبيعي مي‌باشند.
تخته چند لايي، يک کامپوزيت ساخت بشر است که ترکيب مواد طبيعي و مصنوعي مي‌باشد. اين لايه‌‌هاي نازک چوب با چسبي به هم چسبانده مي‌شوند و تشکيل صفحاتي تخت از چوب لايه گذاري شده، که از چوب طبيعي قوي تر هستند را مي‌دهند.
ترکيبات ديگري از مواد طبيعي ساخت بشر وجود دارند که کامپوزيت‌‌هاي مفيدي را تشکيل مي‌دهند. مصريان باستان کامپوزيتها را ساختند. آجرهاي خشتي مثال‌‌هاي خوبي هستند. ترکيبي از کاه و گل کامپوزيتي را تشکيل مي‌دهد که هم از گل و هم از کاه به تنهايي، قوي تر است. بتن و فولاد ترکيب مي‌شوند تا سازه‌‌هايي را ايجاد کنند که صلب و قوي هستند (بتن مسلح). اين يک ماده کامپوزيتي کلاسيک است که در آن اشتراک مساعي بين مواد وجود دارد. در اين حالت، اشتراک مساعي به معناي اين است که ترکيب مواد قوي تر است و از تک تک مواد بهتر عمل مي‌کند. بتن صلب است و استحکام فشاري خوبي دارد در حالي که فولاد استحکام کششي بالايي دارد. نتيجه اين است که اين سازه هم از نظر کشش و هم از نظر فشار قوي مي‌باشد. محصول کامپوزيتي ديگري که ما با آن خيلي آشنا هستيم، تاير لاستيکي است. تاير اتومبيل ترکيبي است از مخلوط لاستيک و تقويت کننده اي نظير فولاد، نايلون، آراميد يا ديگر الياف. لاستيک بعنوان ماتريس عمل مي‌کند و تقويت کننده را در جاي خود نگه مي‌دارد. ماتريس، چسبي است که الياف را در جاي خود نگه مي‌دارد. در حالي که تعريف جامع کامپوزيتها دقيق است، خيلي عمومي‌است.
به دليل فوايد مواد کامپوزيت، رشد کاربردهاي جديد در بازارهايي نظير حمل و نقل، ساختمان، مقاومت به خوردگي، سازه‌‌هاي دريايي، سازه‌‌هاي خيلي قوي، محصولات مصرفي، وسايل برقي، هواپيما و هوا فضا، وسايل و تجهيزات تجاري در حال تقويت است[10و11و12].
2-2-1- مزاياي استفاده از مواد کامپوزيت
مزاياي استفاده از مواد کامپوزيت عبارتند از:
استحکام بالا: مواد کامپوزيت براي نياز‌‌هاي استحکامي‌خاص در يک کاربرد مي‌توانند طراحي شوند. مزيت بارز کامپوزيت‌‌ها نسبت به ساير مواد، توانايي استفاده کردن از تعداد زيادي از ترکيب‌‌هاي رزينها و تقويت کننده‌‌ها و بنابراين رسيدن به خواست مشتري از نظر خواص مکانيکي و فيزيکي سازه مي‌باشد.
سبکي: کامپوزيت‌‌ها، موادي را ارائه مي‌دهند که مي‌توانند براي استحکام بالا و هم وزن کم طراحي شوند. در حقيقت کامپوزيتها جهت توليد سازه‌‌هايي با بالاترين نسبت استحکام به وزن شناخته شده براي بشر بکار برده مي‌شوند.
مقاومت به خوردگي: کامپوزيتها، موادي منتخب براي قطعاتي که در معرض محيط‌‌هاي باز، کاربردهاي شيميايي و ديگر شرايط محيطي مي‌باشند، هستند.
انعطاف پذيري طراحي: کامپوزيتها نسبت به ديگر مواد اين مزيت را دارند که مي‌توانند با شکلهاي پيچيده نسبت به هزينه کم، قالبگيري شوند. انعطاف پذيري در ايجاد شکلهاي پيچيده، به طراحان آزادي عمل مي‌دهد که نشاني از موقعيت کامپوزيت‌‌هاست.
بادوام بودن: سازه‌‌هاي کامپوزيتي عمري بادوام و طولاني را دارا هستند. اين خصوصيت با حداقل نياز مندي‌‌هاي تعمير و نگهداري توام گشته است. طول عمر کامپوزيتها در کاربردهاي حساس مزيت به شمار مي‌رود. در نيم قرن توسعه کامپوزيتها، سازه‌‌هاي کامپوزيتي به گونه اي خوب طراحي شده اند که هنوز کاملاً فرسوده نشده اند. امروزه، صنعت کامپوزيت‌‌ها به عنوان يک ارائه دهنده اصلي مواد به رشد خود ادامه مي‌دهد به صورتي که بيشتر طراحان، مهندسين و سازندگان، از مزاياي اين مواد همه کاره مطلع شده اند[10].
2-2-2- تاريخچه صنعت کامپوزيتها
استفاده از مواد کامپوزيت طبيعي، بخشي از تکنولوژي بشر از زماني که اولين بناهاي باستاني، کاه را براي تقويت کردن آجرهاي گلي به کار بردند بوده است.
مغولهاي قرن دوازدهم، سلاحهاي پيشرفته اي را نسبت به زمان خودشان با تير و کمانهايي که کوچکتر و قوي تر از ديگر وسايل مشابه بودند ساختند. اين کمانها سازه‌‌هاي کامپوزيتي بودند که بوسيله ترکيب زردپي احشام (تاندون)، شاخ، خيزران (بامبو) و ابرايشم ساخته شده بودند که با کلوفون طبيعي (Rosin) پيچيده مي‌شدند. اين طراحان سلاحهاي قرن دوازدهم، دقيقاً اصول طراحي کامپوزيت را مي‌فهميدند. اخيرا بعضي از اين قطعات موزه اي 700 ساله کشيده و تست شدند. آنها از نظر قدرت حدود 80 درصد کمانهاي کامپوزيتي مدرن بودند. در اواخر دهه 1800، سازندگان کانو قايقهاي باريک و بدون بادبان و سکان، تجربه مي‌کردند که با چسباندن لايه‌‌هاي کاغذ محکم کرافت (Kraft)با نوعي لاک به نام شلاک (Shellac)، لايه گذاري کاغذي را تشکيل مي‌دهند. در حالي که ايده کلي موفق بود، ولي مواد بخوبي کار نمي‌کردند. چون مواد در دسترس، ترقي نکرد، اين ايده محو شد. در سالهاي بين 1870 تا 1890 انقلابي در شيمي‌به وقوع پيوست. اولين رزينهاي مصنوعي (ساخت بشر) توسعه يافت به طوري که مي‌توانست به وسيله پليمريزاسيون از حالت مايع به جامد تبديل شود.
اين رزينهاي پليمري از حالت مايع به حالت جامد توسط پيوند متقاطع مولکولي تبديل مي‌شوند. رزينهاي مصنوعي اوليه شامل، سلولوييد، ملامين و باکليت (Bakelite) بودند.
در اوايل دهه 1930 دو شرکت شيميايي که روي توسعه رزينهاي پليمري فعاليت مي‌کردند، عبارت بودند از (American Cyanamid) و (Dupont) در مسير آزمايشات هر دو شرکت به طور مستقل و در يک زمان به فرمول ساخت رزين پلي استر دست يافتند. هم زمان، شرکت شيشه (Owens-Illinois) شروع به ساخت الياف شيشه به همان صورت بنيادي بافت پارچه‌‌هاي نساجي نمود. در طي سالهاي 1934 و 1936 محققي به نام (Ray Green) در اوهايو اين دو محصول جديد را ترکيب کرد و شروع به قالبگيري قايقهاي کوچک نمود. اين زمان را شروع کامپوزيتهاي مدرن مي‌شناسند. در حين جنگ جهاني دوم، توسعه رادار به محفظه‌‌هاي غير فلزي نياز پيدا کرد و ارتش آمريکا با تعداد زيادي پروژه‌‌هاي تحقيقاتي، تکنولوژي نو پاي کامپوزيتها را توسعه بخشيد. فوراً، به دنبال جنگ جهاني دوم، کامپوزيت به عنوان يک ماده مهندسي اصلي پايدار شد. صنعت کامپوزيت در اواخر دهه 1940 با علاقه شديد به آن شروع شد و به سرعت در دهه 1950 توسعه يافت. بيشتر روشهاي امروزي قالبگيري و فرآيند انجام کار روي کامپوزيتها در سال 1955 گسترش يافت.
قالبگيري باز (لايه گذاري دستي)، قالبگيري فشاري، استفاده از پاشش الياف سوزني، قالبگيري به روش انتقال رزين، روش فيلامنت وايندينگ، استفاده از کيسه خلاء و روش پاشش در خلاء همگي بين سالهاي 1946 و 1955 توسعه يافتند و در توليد استفاده شدند.
محصولات ساخته شده از کامپوزيتها در طي اين دوره شامل اين موارد بودند: قايقها، بدنه اتومبيل‌‌ها(Corvette)، قطعات کاميونها، قطعات هواپيماها، مخازن ذخيره زيرزميني، ساختمانها و بسياري ديگر از محصولات مشابه.
امروزه صنعت کامپوزيت به رشد خود ادامه مي‌دهد چرا که بدنبال افزايش قدرت، سبکي، دوام و زيبايي محصولات مي‌باشيم[10و12].
2-3- نانو کامپوزيت‌ها
در دهه آخر قرن بيستم زمينه جديدي تحت عنوان نانو کامپوزيتها وارد عرصه علم و فناوري کامپوزيتها شد. به دليل تغيير در ترکيب شيميايي و ساختار مواد در مقياس نانومتري و ارائه خواص ويژه و بي نظير اين ترکيبات نسبت به مواد کامپوزيتي در مقياس‌‌هاي متداول، در ده سال اخير پيشرفت قابل توجهي در اين زمينه صورت گرفته است و فناوريهاي پيشرفته اي در ساخت ذرات نانومتري ارائه شده است.
در سال 1980 با تهيه نانو کامپوزيتهاي بر پايه نايلون -6 و خاک رس به صورت تجاري به وسيله شرکت تويوتاي ژاپن، تحقيقات براي ساخت اين مواد وارد دوران جديدي شد و از آن پس شرکتهاي يوبي، يوني کيتا، ‌هاني ول و باير، توليد نانو کامپوزيت بر پايه نايلون -6 را آغاز کردند.
تعداد ديگري از شرکتها نيز نانو کامپوزيتها را به منظور کاربردهاي تجاري مورد مطالعه قرار دادند و در اواخر 2001 ميلادي شرکتهاي جنرال موتورز و بازل اولين کاربرد نانو کامپوزيتهاي بر پايه ترموپلاستيک‌‌هاي پلي اولفيني را در قطعات خارجي اتومبيل ارائه کردند[13].
در حال حاضر نيز جديدترين تحقيقات در جهان در زمينه کامپوزيتها، عمدتاً روي ساخت بسيار کوچک نانومتري و ساخت ترکيبات نانو کامپوزيت



قیمت: تومان


پاسخ دهید