پیشگفتار
در حال حاضر سرامیک بخش وسیعی از صنایع مختلف معاصر را در برمی گیرد. در عین اینکه این صنعت به قدمت اولین تمدن بشری است ولی اکنون محصولات سرامیکی یکی از مفیدترین پدیده هایی است که در پیشرفت علوم نقش مؤثری را بر عهده دارد.
محصولات سرامیکی دارای تنوع بسیار است. بعضی از آنها همواره مورد استفاده عموم قرار می گیرند و بعضی دیگر در رابطه با مصارف خاصی است که متخصصین از آنها بهره برداری می کنند.
ذیلاً تعدادی از محصولات مذکور ذکر می گردد:
الف- اشیاء هنری یا تزئینی مانند مجسمه- پلاک و غیره
ب- وسایل غذاخوری و لوازم آشپزخانه (Talbo ware)
ج- وسایل بهداشتی از قبیل دستشویی، وان حمام و غیره (Sanitary ware)
د- کف پوشها
هـ- کاشی ها
و- لوله های فاضل آب
ز- الماس های مصنوعی (Synthetic diamonds) مورد استفاده در لوازم صوتی
ح- قسمتی از مغزهای الکترونیکی (Memory Cells)
ط- بخشی از وسایل الکتریکی (مقره- پایه و ترمینال)
ی- شمع های ماشین (Spark Pluge)
ک- عایق ها و اجسام نسوز (Refractories)
ل- وسایل آزمایشگاهی مانند بوته ها، هاونگ های چینی و غیره
م- دندان های مصنوعی (Denture Ceramics)
ن- سنباده ها و ابزارهای برش (Abrasion resisting Ware) و غیره
فقط قسمتی از این مجموعه وسیع را تشکیل می دهند.
زمان ساخت سرامیک ها سالیان قبل و مقارن با رشد فکری انسان های اولیه و ایجاد نخستین تمدن های بشری بوده است.
بشر نخستین پس از شناخت محیط اطراف خودو کشف آتش شروع به ساختن ابزار، لوازم و اشیاء مورد نیاز خود کرد: در هم آمیختن آب و خاک و سخت شدن خمیره آنها بر اثر تبخیر مراحلی هستند که طبیعت به انسان آموخت. قدیمی ترین کشف بشر اولیه که بر اساس کاوش ها و دانستنی های ابتدایی او استوار بوده. همانا استفاده از حرارت آتش جهت سختی و استحکام اشیاء و اجسام گلی می باشد.
گرمای حاصله از حرارت آتش نه تنها باعث استحکام و سخت شدن اشیاء گلی می گردید بلکه گاهی اوقات بر حسب اتفاق تعدادی از آنها نیز بر اثر حرارت زیاد ذوب می شدند. زمانی که آتش فرو می نشست وجود قطعات ذوب شده و گاهی درخشان و سخت در خاکسترهای بر جای مانده انسان را متحیر و وادار به تفکر می نمود. به تدریج در اثر این گونه اتفاقات توجه بشر به ذوب مواد معدنی و نتیجتاً کشف فلزات جلب شد.
گرچه بشر با شناخت فلزات دریچه ای از دنیای تمدن را برخود گشود. ولی مشکل فرم دادن و نیز شکل گرفتن فلزات یکی از مسائلی است که انسان از همان ابتدا با آن برخورد نمود. در مقایسه با فلزات خاصیت شکل پذیری که از خمیره گل حاصل می گشت همواره باعث تقویت نیروی خلاقیت بشر می شد. این خصوصیت موجب می گردید که بتواند به آسانی شکل های مختلف را تجربه نموده و هر آنچه که می اندیشید عملاً بسازد حتی اکثر شکل های فلزی ابتدا از گل های طبیعی ساخته شده و پس از قالب گیری جهت شکل دادن فلزات از آنهااستفاده می گردیده است.
در این زمان است که اشیاء گلی آتش خورده و سخت به وفور در محیط زیست انسان یافت می گردد که از آن جمله می توان ظروف تهیه غذا و نگهداری آن، ابزارها، مجسمه ها آجر بناها و حتی تابوت ها و بسیاری دیگر را نام برد. کشف فلزات باعث گردید که صور، نقوش، طرز ساخت اجسام و اشیاء سرامیکی تغییرات اساسی و کلی پیدا کند و هنرمندان و صنعتگران آن زمان روش های جدیدی را در تولید و آفرینش اشیاء برگزیده و تجربه نمایند.
ویژگی هایی که در ساخت اشیاء سرامیکی وجود داشت موجب تداوم، تکرار و تکثیر آن وسایل گردید. به عبارتی دیگر هر آنچه که بشر می اندیشید می توانست بدون مانعی بسازد و این خود باعث اندوختن و انباشتن دانستنی ها و تجربیات فراوانی گشت. قرن ها قبل از طرح علوم فیزیکی و شیمیایی و حتی بیش از اقدام به کیمیاگری، انسان اولیه از این دانستنی ها و تجربیات بهره گرفته، به صورتی با علم و تکنیک سرامیک ها آشنایی پیدا کرده بود.
هم چنین نظری به محتوی فرم های اولیه و نقوش آنها نشان می دهد که بشر همواره از طریق ساخت و تزئین اجسام سرامیکی در جهت حس زیبایی دوستی، فلسفه ها و خلاقیت های هنری خود مدد گرفته، چنانکه فرهنگ، آداب ورسوم، عواطف و احساسات او همواره در تولید و خلق این اشیاء مؤثر بوده است.
به جهت گسترش صنعت سرامیک در مسیر بررسی و شناخت این اشیاء لازم به نظر می رسد که پس از مقدمه ذکر شده و تعاریف آینده نگاهی گذرا به تاریخ سرامیک انداختده و سپس به پژوهش در طبیعت، مواد خام درون آن و نیز بهره گیری از هر عنصر بپردازیم و آنگاه روش ها، تکنیک ها و سایر عوامل سازنده را بر اساس ساخت و تولید سرامیک ها، مورد تجزیه و تحلیل قرار دهیم.
پیشگفتار ۱
فرآورده های ویژه و سرامیکی تکنیکی ۸
دیرگدازه ها ۸
فرآورده های زمخت ۱۱
فرآورده های ظریف ۱۱
ظروف خانگی ۱۲
کاشی ها ۳۷
سرامیک های بهداشتی ۴۲
عایق ها ومقره های الکتریکی ۴۵
تکامل صنعت سرامیک ۵۴
تکامل صنعت سرامیک در جهان ۵۴
تکامل صنعت سرامیک در ایران ۶۸
پیشگفتاراستاندارد چینی ۸۵
ظروف چینی غذا خوری – ویژگیها و روشهای آزمون ۸۷
فرآورده های سرامیکی ۸۹
چینی ۹۱
انو اع چینی غذا خوری ۹۱
نمونه برداری ۹۱
آزمون های فیزیکی ۹۳
آزمون مقاومت در برابر تغییر ناگهانی دما ۹۸
آزمون قابلیت نور گذاری ۱۰۶
سختی ۱۰۹
آزمون های شیمیایی ۱۱۲
آزمون پایداری لعاب و دکور ظروف غذا خوری در برابر شستشو ۱۲۲
آزمون های چشمی و درجه مرغوبیت ۱۲۴
تاثیروتوزیع اندازه ذرات بر خواص دوغاب سرامیک ۱۳۲
اطلاعات مربوط به اندازه ی ذرات ۱۳۳
رئولوژی دوغابها ۱۳۶
فاز جامد موجود در دوغابها ۱۳۸
توزیع اندازه ی دانه رئولوژی دوغابها ۱۳۹
دوغابهای الومینا ۱۴۰
دوغاب های کوارتز ۱۴۲
دوغاب های بدنه سفید ۱۴۲
ساختمان فلوکول در دوغاب های ریخته گری تجاری ۱۴۵
سرعت ریخته گری در ارتباط با اندازه سطح ذره ۱۴۷
ویسکوزیته سوسپانسیون های دیسپرز ۱۴۹
ویسکوزیته دوغاب های تهیه شده از پودرهایا مخلوط های لکوئیدی ۱۵۲
رئولوژی سیستم های کوا گوله ۱۵۳
خلاصه بحث ۱۵۵
بررسی عیوب حاصله بر روی قطعات تولیدی پرس ۱۶۱
تحقیق برروی بدنه های چینی با سیلیس بالا ۱۶۴
مواد خام ۱۶۵
مراحل آزمایش نمونه ها ۱۶۶
نتایج و بحث ۱۶۸
انبساط حرارتی ۱۶۹
جذب آب ودانسیته بدنه ها ۱۷۰
استحکام خمشی بدنه ها ۱۷۰
سفیدی و شفافیت بدنه ۱۷۲
مشاهده نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونیکی ۱۷۴
نتیجه گیری ۱۷۵
منابع و مآخذ ۱۷۶
شناخت وکاربرد سرامیکها (مهندس محمود سالاریه )
تکنولوژی سرامیکهای ظریف (اسون رحیمی – مهران متین )
صنعت سرامیک (مهندس سعید گرجستانی)
استاندارد ۱۱۶۴ مربوط ظروف چینی غذا خوری (اداره استاندارد)
چینی مقصود (مهندس علی آراسته)
مطالبی برگزیده از مقالات
آمار و ارقام مربوط به تولیدات چینی ( اداره صنایع و معادن )
در حال حاضر سرامیک بخش وسیعی از صنایع مختلف معاصر را در برمی گیرد. در عین اینکه این صنعت به قدمت اولین تمدن بشری است ولی اکنون محصولات سرامیکی یکی از مفیدترین پدیده هایی است که در پیشرفت علوم نقش مؤثری را بر عهده دارد.
محصولات سرامیکی دارای تنوع بسیار است. بعضی از آنها همواره مورد استفاده عموم قرار می گیرند و بعضی دیگر در رابطه با مصارف خاصی است که متخصصین از آنها بهره برداری می کنند.
ذیلاً تعدادی از محصولات مذکور ذکر می گردد:
الف- اشیاء هنری یا تزئینی مانند مجسمه- پلاک و غیره
ب- وسایل غذاخوری و لوازم آشپزخانه (Talbo ware)
ج- وسایل بهداشتی از قبیل دستشویی، وان حمام و غیره (Sanitary ware)
د- کف پوشها
هـ- کاشی ها
و- لوله های فاضل آب
ز- الماس های مصنوعی (Synthetic diamonds) مورد استفاده در لوازم صوتی
ح- قسمتی از مغزهای الکترونیکی (Memory Cells)
ط- بخشی از وسایل الکتریکی (مقره- پایه و ترمینال)
ی- شمع های ماشین (Spark Pluge)
ک- عایق ها و اجسام نسوز (Refractories)
ل- وسایل آزمایشگاهی مانند بوته ها، هاونگ های چینی و غیره
م- دندان های مصنوعی (Denture Ceramics)
ن- سنباده ها و ابزارهای برش (Abrasion resisting Ware) و غیره
فقط قسمتی از این مجموعه وسیع را تشکیل می دهند.
زمان ساخت سرامیک ها سالیان قبل و مقارن با رشد فکری انسان های اولیه و ایجاد نخستین تمدن های بشری بوده است.
بشر نخستین پس از شناخت محیط اطراف خودو کشف آتش شروع به ساختن ابزار، لوازم و اشیاء مورد نیاز خود کرد: در هم آمیختن آب و خاک و سخت شدن خمیره آنها بر اثر تبخیر مراحلی هستند که طبیعت به انسان آموخت. قدیمی ترین کشف بشر اولیه که بر اساس کاوش ها و دانستنی های ابتدایی او استوار بوده. همانا استفاده از حرارت آتش جهت سختی و استحکام اشیاء و اجسام گلی می باشد.
گرمای حاصله از حرارت آتش نه تنها باعث استحکام و سخت شدن اشیاء گلی می گردید بلکه گاهی اوقات بر حسب اتفاق تعدادی از آنها نیز بر اثر حرارت زیاد ذوب می شدند. زمانی که آتش فرو می نشست وجود قطعات ذوب شده و گاهی درخشان و سخت در خاکسترهای بر جای مانده انسان را متحیر و وادار به تفکر می نمود. به تدریج در اثر این گونه اتفاقات توجه بشر به ذوب مواد معدنی و نتیجتاً کشف فلزات جلب شد.
گرچه بشر با شناخت فلزات دریچه ای از دنیای تمدن را برخود گشود. ولی مشکل فرم دادن و نیز شکل گرفتن فلزات یکی از مسائلی است که انسان از همان ابتدا با آن برخورد نمود. در مقایسه با فلزات خاصیت شکل پذیری که از خمیره گل حاصل می گشت همواره باعث تقویت نیروی خلاقیت بشر می شد. این خصوصیت موجب می گردید که بتواند به آسانی شکل های مختلف را تجربه نموده و هر آنچه که می اندیشید عملاً بسازد حتی اکثر شکل های فلزی ابتدا از گل های طبیعی ساخته شده و پس از قالب گیری جهت شکل دادن فلزات از آنهااستفاده می گردیده است.
در این زمان است که اشیاء گلی آتش خورده و سخت به وفور در محیط زیست انسان یافت می گردد که از آن جمله می توان ظروف تهیه غذا و نگهداری آن، ابزارها، مجسمه ها آجر بناها و حتی تابوت ها و بسیاری دیگر را نام برد. کشف فلزات باعث گردید که صور، نقوش، طرز ساخت اجسام و اشیاء سرامیکی تغییرات اساسی و کلی پیدا کند و هنرمندان و صنعتگران آن زمان روش های جدیدی را در تولید و آفرینش اشیاء برگزیده و تجربه نمایند.
ویژگی هایی که در ساخت اشیاء سرامیکی وجود داشت موجب تداوم، تکرار و تکثیر آن وسایل گردید. به عبارتی دیگر هر آنچه که بشر می اندیشید می توانست بدون مانعی بسازد و این خود باعث اندوختن و انباشتن دانستنی ها و تجربیات فراوانی گشت. قرن ها قبل از طرح علوم فیزیکی و شیمیایی و حتی بیش از اقدام به کیمیاگری، انسان اولیه از این دانستنی ها و تجربیات بهره گرفته، به صورتی با علم و تکنیک سرامیک ها آشنایی پیدا کرده بود.
هم چنین نظری به محتوی فرم های اولیه و نقوش آنها نشان می دهد که بشر همواره از طریق ساخت و تزئین اجسام سرامیکی در جهت حس زیبایی دوستی، فلسفه ها و خلاقیت های هنری خود مدد گرفته، چنانکه فرهنگ، آداب ورسوم، عواطف و احساسات او همواره در تولید و خلق این اشیاء مؤثر بوده است.
به جهت گسترش صنعت سرامیک در مسیر بررسی و شناخت این اشیاء لازم به نظر می رسد که پس از مقدمه ذکر شده و تعاریف آینده نگاهی گذرا به تاریخ سرامیک انداختده و سپس به پژوهش در طبیعت، مواد خام درون آن و نیز بهره گیری از هر عنصر بپردازیم و آنگاه روش ها، تکنیک ها و سایر عوامل سازنده را بر اساس ساخت و تولید سرامیک ها، مورد تجزیه و تحلیل قرار دهیم.
لغت سرامیک از کلمه یونانی (Keram os) مشتق گردیده که در اصل به معنی ماده پخته شده است. تعریف دیگر از ریشه سانسکریت به موادی اطلاق می گردد که به کمک آتش تهیه می شوند.
تعریف جدید و علمی که در دنیای صنعتی امروز نیز قابل قبول می باشد تعریفی است که در سال ۱۹۲۰ جامعه سرامیک آمریکا مطرح نموده است.
سرامیک عبارت است از تمام محصولات غیرفلز معدنی که برای به عمل آوردن آن به صورت یک محصول قابل استفاده، احتیاج به درجه حرارت معمولاً بالاتر از ۶۰۰ درجه سانتیگراد را دارد. این تعریف نه تنها شامل محصولاتی می گردد که ماده اولیه خاک آنها و یا سیلکاتها هستند بلکه سایر محصولات از قبیل اکسیدهای فلزی و کربن ها را نیز در برمی گیرد.
قطعه ای از سرامیک کاملاً دقیق و حساب شده که دارای ساخت ظریف بدون لعاب و یا لعابدار باشد سرامیک ظریف اطلاق می شود. این دسته از سرامیک ها اغلب به ظروف غذاخوری خاص و اشیاء تزئینی اطلاق می گردد. باید توجه داشت که اصطلاح متداول فنی برای این نوع سرامیک ها وایت ور (White ware) است ولی این کلمه نیز تاکنون مورد تأیید قطعی مجامع علمی قرار نگرفته است.
در دسته بندی شاخه های مختلف صنعت سرامیک نیز مانند تعریف آن؛ تفاهم چشمگیری بین دست اندرکاران این صنعت وجود ندارد ولی در عین حال رایج ترین و شاید صحیح ترین دسته بندی شاخه های مختلف این صنعت به صورت زیر است:
۱- فرآورده های ویژه و سرامیک های تکنیکی.
۲- دیرگدازها.
۳- فرآورده های زمخت.
۴- فرآورده های ظریف[۱].
همچنان که از عنوان این بخش نیز مشخص است بحث در چهارچوب دسته چهارم از شادخه های چهارگانه صنعت سرامیک است. ولی با این همه به طور بسیار مختصر سه شاخه دیگر نیز بررسی خواهند شد.
به طور کلی این فرآورده ها عمدتاً از مواد اولیه مصنوعی و خالص ساخته می شوند. خصوصیات، ترکیبات و مواد اولیه این فرآورده ها بر حسب موارد مصرف مختلف آنها کاملاً متفاوت هستند. این فرآورده های پیچیده عمدتاً در ارتباط با پیشرفت و تکامل صنایع دیگر مطرح گردیده اند صنایع الکترونیک، صنایع هواپیمایی، تحقیقات فضایی، انرژی هسته ای، نیروگاه های برق و غیره جزئی از صنایعی هستند که در واقع مصرف کننده عمده این محصولات به شمار می آیند. از انواع این فرآورده ها به عنوان مثال می توان از اکسید سرامیک های مختلف (مثل بریلیا Beo و تیتانیا ، و توریا ) نیتریدها و سیلیسیدها، (مثل نیترید بر BN، نیترید سیلیسیم و دی سیلیسید مولیبدن ) کاربیدها (مثل کاربید بر ، کاربید تنگستن Wc و کاربید زیرکنیم Zrc) و نیز فرآیت ها نام برد.
این فایل در قالب ورد و قابل ویرایش در 110 صفحه می باشد.
این رساله توسط تیم ما تهیه شده و در هیچ سایتی یافت نمی شود.
در این تحقیق پوششهای نانو ساختار TiO2 به همراه افزودنیهای همزمان V و Nb در پنج حالت مختلف در مقادیر متفاوت (15 و 10 و 5 درصد مولی Nb و 15 و 10 و 5 درصد مولی V) از طریق روش سنتز سل – ژل با استفاده از کلرید نئوبیوم به عنوان پیش مادهی Nb، متا آمونیوموانادات به عنوان پیش ماده وانادیم و تیتانیم تترا ایزوپروپکساید (TTIP) به عنوان پیش ماده تیتانیم بر روی زیرلایه شیشهای اعمال شد. (دمای کلسیناسیون برای نمونههای دوپ همزمان در محدودهC °475 و 575 و 675 بودند.) برای بررسی و آنالیز لایههای اعمال شده، آنالیز XRD برای ارزیابی فازهای کریستالی، دستگاه SEM و TEM برای بررسی ریزساختار و مورفولوژی، دستگاه EDX برای آنالیز عنصری سطح پوشش، UV–vis Spectroscopy برای بررسی خواص نوری و فتوکاتالیستی لایههای اعمال شده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج XRD نشان میدهد که اضافه کردن ناخالصی در کریستالیته و اندازه ذرات TiO2 تاثیر زیادی دارد. متوسط اندازه کریستالیت نمونهها با استفاده از فرمول شرر محاسبه شد. همچنین شدت فازها و میزان سطح ویژه کریستالیتها تعیین گردید. دوپ همزمان V و Nb در شبکه تیتانیا از استحاله فازی آناتاز به روتایل جلوگیری کرده است (استثنا نمونه 4). نتایج نشان دادند که بهترین خواص فتوکاتالیستی پوششهای نانو ساختار با دوپ همزمان V و Nb تحت تابش نور مرئی مربوط به پوشش T-5%Nb-15%V میباشد. طیف جذب تیتانیای دوپ شده با V و Nb دارای شیفت قابل ملاحظهای به سمت نور مرئی بود که منجر به کاهش بسیار شدید باند ممنوعه (eV 58/2) گردیده است. این امر را میتوان به ایجاد یک تراز جدید در وسط باند ممنوعه تیتانیا نسبت داد. علاوه بر این دوپ همزمان V و Nb میتواند سبب کند شدن فرایند بازترکیب الکترون – حفره در تیتانیا گردد.
کلمات کلیدی: سل – ژل، پوششدهی غوطه وری، لایه نازک تیتانیا، اکسید نئوبیوم، اکسید وانادیم، خواص نوری، قابلیت فتوکاتالیستی.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول:مقدمه................................... 1
فصل دوم : مروری بر منابع مطالعاتی............ 7
2-1- معرفی لایه نازک............................. 8
2-1-1- مفهوم لایه های نازک................... 8
2-1-2- فیزیک لایه های نازک.................... 9
2-2- اکسید تیتانیم............................. 11
2-2-1- خواص و ساختار......................... 11
2-2-2- استحاله فازی.......................... 13
2-2-3- طیف جذب نوری......................... 15
2-2-4- کاربرد.............................. 16
2-2-5- تیتانیا، اعجازی در میان مواد فتوکاتالیست 16
2-3- پدیده فتوکاتالیستی تیتانیا.............. 17
2-3-1- اهمیت فتوکاتالیستها................. 17
2-3-2- فتوکاتالیست چیست..................... 19
2-3-3- تاریخچه فتوکاتالیستها................ 20
2-4- ویژگیهای نیمههادیها...................... 22
2-4-1- نوارهای انرژی......................... 22
2-4-2- حاملهای بار در نیمههادیها........... 23
2-4-3- انواع نیمههادیها..................... 24
2-4-3-1- نیمههادیهای ذاتی............. 24
2-4-3-2 نیمههادیهای غیرذاتی........... 25
2-5- خاصیت و مکانیسم فتوکاتالیستی تیتانیا.. 26
2-6- انواع، مقایسه و خصوصیات فتوکاتالیستیهای دیگر با تیتانیا................................... 28
2-7- اثرات اندازه کوانتومی................ 30
2-8- ترکیب مجدد جفتهای الکترون- حفره...... 31
2-9- نقش الکترونها و حفرههای تولید شده در اثر پرتوتابی در فتوکاتالیست............................. 32
2-10- راههای بهبود فعالیت فتوکاتالیستی تیتانیا 33
2-10-1- اختلاط یا دوپ کردن کاتیونهای فلزی در ساختار تیتانیا.............................................. 33
2-10-2- بهینه کردن ساختار کریستالی............ 37
2-10-3- بمباران یونی.......................... 38
2-10-4- دوپ کردن یونهای غیرفلزی............... 38
2-10-5- اثر ضخامت............................. 39
2-10-6- اصلاح شیمیایی سطح...................... 41
2-10-6-1- حساسسازی........................ 41
2-10-6-2- جفت شدن دو نیمههادی............. 42
2-10-7- اثر شرایط کلسیناسیون........... 43
2-11- نانوفتوکاتالیستها....................... 45
2-12- مزایای استفاده از فوتوکاتالیست در واکنشها 45
2-13- کاربردهای فتوکاتالیستی تیتانیا........ 46
2-13-1- تجزیه یا شکاف آب.................... 48
2-13-2- تخریب آلودگیها و خاصیت ضد باکتری... 48
2-13-3- تصفیه خاک............................ 50
2-13-4- تصفیه هوا............................ 50
2-13-5- تصفیه آب و پسابها................... 52
2-13-6- استفاده در تهیه ترکیبهای آلی....... 53
2-13-7- فتوولتاییک........................... 54
2-14- کاربردها و مکانیزم خودتمیزشوندگی تیتانیا 55
2-14-1- خواص پوششهای آبگریز................ 55
2-14-2- پوششهای فوق آبدوست.................... 56
2-15- خاصیت خودتمیزشوندگی................. 58
2-15-1- خاصیت ضد مه گرفتگی.................... 59
2-15-4- رنگهای فتوکاتالیستی................... 60
2-16- انواع روشهای پوششدهی لایه نازک ذرات تیتانیا.. 60
2-16-1- فرآیند سل – ژل........................ 61
2-16-2- اصول فرآیند سل – ژل................... 62
2-16-3- پوششدهی با استفاده از فرآیند سل-ژل غوطه وری 66
2-16-4- مقایسه دو تکنیک غوطه وری و چرخشی...... 66
2-16-5- مزایا و محدودیت های سنتز سل – ژل...... 68
فصل سوم: فعالیت آزمایشگاهی و روش کار....... 70
3-1- مواد اولیه مورد مصرف و خواص آنها . 71
3-2- دستگاهها و تجهیزات فرآیندی مورد استفاده 73
3-3- روش کار.......................... 73
3-3-1- فرآیند پوششدهی............. 73
3-3- 1-1- تهیه سل زرد تیتانیا... 73
3-3-1-2- تهیه سل نئوبیوم و وانادیم 74
3-3-1-3- کد گذاری نمونهها ... 75
3-3-1-5- تهیه پوشش تیتانیا بر روی زیرلایههای شیشهای.................................................. 75
3-4- روشهای بررسی و مشخصه یابی خواص پوششها 76
3-4-1- بررسی فازهای کریستالی.......... 76
3-4-2- ارزیابی ریزساختار.............. 78
3-4-3- بررسی خواص نوری و محاسبه انرژی پهنای نوار ممنوعه........................................... 78
3-4-4- بررسی فعالیت فتوکاتالیستی پوششها 79
3-4-4-1- متیلن بلو.............. 79
3-4-5- نحوه انجام آزمایش فتوکاتالیستی. 80
فصل چهارم: نتایج و بحث........................ 82
4-1- نتایج اثر افزودنیها بر خواص پوشش تیتانیا 83
4-1-1- تاثیردوپ همزمان V و Nb بر ساختار کریستالی 83
4-1-1-1- - نتایج و تحلیل آنالیز فازی پوشش T- 5% Nb – 5%V .......................................... 83
4-1-1-2- نتایج و تحلیل آنالیز فازی پوشش T- 10% Nb – 10%V 85
4-1-1-3- نتایج و تحلیل آنالیز فازی پوشش T- 15% Nb – 15%V 86
4-1-1-4- نتایج و تحلیل آنالیز فازی پوشش T- 5% Nb –15%V 87
4-1-1-5- نتایج و تحلیل آنالیز فازی پوشش T- 15% Nb –5%V 88
4-1-2- نتایج و تحلیل آنالیز UV-Vis........ 91
4-1-3- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون بر فازهای کریستالی 93
4-1-4- بررسی تاثیر دمای کلسیناسیون روی خواص فتوکاتالیستی..................................... 95
4-1-5- بررسی بررسی طیف UV-Vis و محاسبه باند ممنوعه 96
4-1-6- تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی. 99
4-1-7- نتایج حاصل از آنالیز عنصری EDX.. 102
فصل پنجم: نتیجه گیری نهایی و پیشنهادها.... 104
5-1- نتیجه گیری نهایی..................... 105
5-2- پیشنهادها و کارهای آینده.......... 105
منابع........................................... 107
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 2-1: شماتیک ساختار لایه و زیرلایه................ 9
شکل 2-2: شماتیک انواع فرآیند رشد.................. 10
شکل 2-3: نحوه آرایش هشت وجهی های اکسید تیتانیم.... 12
شکل 2-4: ساختار کریستالی روتایل و آناتاز.......... 13
شکل 2-5: دیاگرام فازی غیر تعادلی دما- فشار برای تیتانیای خالص 14
شکل 2-6: طیف بازتاب نوری ساختارهای روتایل و آناتاز 15
شکل 2-7: شماتیکی از فرآیند فتوکاتالیستی فاز آناتاز تیتانیا 20
شکل 2-8: شکاف انرژی در مواد رسانا، نیمه رسانا و نارسانا 23
شکل 2-9: نیمه هادی نوع n و نیمه هادی نوع p......... 26
شکل 2-10: مسیرهای مختلف عملکرد یک فتوکاتالیست در اثر جذب نور 27
شکل 2-11: موقعیت لبه باند چندین نیمههادی.......... 29
شکل 2-12: طیف XRD برای الف) Tio2-%0.3 La ، ب)Pt Tio2-%0.3 ، ج) Tio2-%0.3 Ru با کلسیناسیون در دمای C ° 700 – 400 و بدون عملیات حرارتی.. 34
شکل 2-13: تصاویر TEM مربوط به (a): با و(b) : بدون دوپ شدن همزمان 35
شکل 2-14: تجزیه فنول در اثر تابش در حضور نانو پودر تیتانیای دوپ شده و نشده............................................ 36
شکل 2-15: مکانیزم فتوکاتالیست: hυ1: تیتانیای خالص. hυ2: تیتانیای دوپ شده بافلز. hυ3: تیتانیای دوپ شده با غیرفلزات....... 36
شکل 2-16: تصاویر SEM از مقاطع عرضی نمونه پوشش تیتانیایی بر روی فولاد زنگ نزن به ضخامتهای: A)250 و B) 940 و C) 100 و D) 198 نانو متر 41
شکل 2-17: انتقال بار در نیمهرسانای جفت شدهی کادمیوم سولفید- اکسید تیتانیم........................................... 43
شکل 2-18: اثر شرایط کلسیناسیون بر شدت پیک فاز آناتاز 44
شکل 2-19: شماتیکی از کاربردهای مهم فتوکاتالیستی تیتانیا 46
شکل 2-20: اثر خودتمیزکنندگی بر آجر دیوار.......... 47
شکل 2-21: مقایسه اثر ضد بخار شیشه در آینهی اتومبیل 47
شکل 2-22: تصفیه خاک آلوده با استفاده از نور خورشید و فتوکاتالیست 50
شکل 2-23: تبدیل آلودگیهای آلی به آب و دی اکسید کربن 52
شکل 2-24: تشکیل پوشش آبگریز بر روی برگ گل نیلوفر آبی 56
شکل 2-25: ایجاد سطح فوق آبدوست.................... 57
شکل 2-26: خاصیت آبدوستی سطح تیتانیا و تشکیل لایه یکنواخت آب 57
شکل 2-27: استفاده از خصلت خودتمیزشوندگی برای تمیز کردن نمای خارجی ساختمانها......................................... 59
شکل 2-28: استفاده از خاصیت ضدبخارگرفتگی تیتانیا در آینه خودرو منحنی جاده.............................................. 59
شکل 2-29: مراحل مختلف فرآیند سل-ژل برای سنتز مواد سرامیکی 65
شکل 2-30: مراحل فرآیند روش غوطهوری................ 66
شکل 2-31: عکس SEM لایه نازک اکسیدروی ساخته شده با تکنیکهای پوششدهی الف) غوطهوری و ب) چرخشی در دمای °C 550............ 67
شکل 2-32: طیف نوری پوششهای لایه نازک ساخته شده با تکنیک الف: غوطهوری. ب: چرخشی در دماهای مختلف (a=350 °C, b= 450 °C , c= 550 °C)..... 68
شکل 3-1: فرآیند تهیه سل زرد رنگ تیتانیا........... 74
شکل 3-2: فرآیند تهیه سل و پوششدهی با درصدهای مولی مختلف V و Nb 76
شکل 3-3: ساختار شیمیایی آلاینده رنگی متیلن بلو..... 80
شکل 3-4: نمایی از فرآیند تابش UV به فیلم تیتانیا در محلول MB 81
شکل 4-1: طیف XRD از پوشش تیتانیا بدون دوپنت و پوشش به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 5% Nb – 5%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای............................................ 84
شکل 4-2: طیف XRD از پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T-10% Nb – 10%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای 85
شکل 4-3: طیف XRD از پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 15% Nb – 15%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای 87
شکل 4-4: طیف XRD از پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 5% Nb – 15%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای 88
شکل 4-5: طیف XRD از پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 15% Nb – 5%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای 90
شکل 4-6: تجزیه فتوکاتالیستی MB در حضور پوششهای تیتانیا دوپ شده با درصدهای مختلف افزودنیهای V و Nb................... 92
شکل 4-7: الگوی XRD تیتانیای دوپ شده با نئوبیوم و وانادیم) TNV4) – کلسینه شده در دماهای الف) C ° 475. ب) C ° 575. ج)C ° 675 94
شکل 4-8: تجزیه فتوکاتالیستی MB در حضور پودر تیتانیا دوپ شده با افزودنیهای نئوبیوم و وانادیم در دماهای مختلف...... 96
شکل 4-9: طیف جذب UV-Vis الف) پوشش تیتانیای خالص و ب) پوشش تیتانیا دوپ شده با نئوبیوم و وانادیم.......................... 97
شکل 4-10: تصاویر از تیتانیا خالص کلسینه شده در دمای C ° 475 به مدت h1 الف)تصویر TEM از پودر. ب)تصویر SEM از پوشش....... 101
شکل 4-11: تصاویر SEM از سطح مقطع پوششهای حالت TNV4 کلسیته شده در دماهای: الف) 475 ب) 575 ج) C ° 675................. 101
شکل 4-12: تصاویر SEM از مقطع عرضی پوششهای حالت TNV4 کلسینه شده در دماهای: الف) 575. ب) C ° 675....................... 102
شکل 4-13: : طیف EDX الف) لایه پوشش تیتانیا و ب) تیتانیای دوپ شده با V و Nb............................................. 103
شکل 4-14: درصد عناصر موجود در پوشش نمونه حالت TNV4 ، برگرفته از طیف EDX تیتانیای دوپ شده با V و Nb................... 104
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول 2-1: مشخصات ساختاری و عمومی فازهای معمول اکسید تیتانیم 13
جدول 2-2: شکاف انرژی نیمههادیهای مورد استفاده در مصارف فتوکاتالیستی.................................................. 29
جدول 2-3: مقایسه فرآیند فتوکاتالیستی با دیگر فرآیندها برای از بین بردن انواع آلودگیها و میکروبها.................... 49
جدول 3-1: فهرست مواد اولیه مورد مصرف.............. 72
جدول 3-2: کد گذاری نمونهها........................ 75
جدول 3-3: درصد عناصر در نمونههای دو جزئی.......... 75
جدول 3-4: مشخصات آلاینده رنگی متیلن بلو............ 79
جدول 4-1: مشخصات پوشش تیتانیا بدون دوپنت و پوشش به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 5% Nb – 5%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای 84
جدول 4-2: مشخصات پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 10% Nb – 10%V) کلسینه شده در دمای C °475 بر روی زیرلایه شیشهای.. 86
جدول 4-3: مشخصات پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 15% Nb – 15%V) کلسینه شده در دمای C °475 بر روی زیرلایه شیشهای... 87
جدول 4-4: مشخصات پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 5% Nb – 15%V) کلسینه شده در دمای C ° 475 بر روی زیرلایه شیشهای. 89
جدول 4-5: مشخصات پوشش تیتانیا به همراه دوپ همزمان V و Nb (T- 15% Nb – 5%V) کلسینه شده در دمای C° 475 بر روی زیرلایه شیشهای.. 90
جدول 4-6: درصد تجزیه شدن آلاینده MB بعد از یک ساعت تابش نورUV 93
جدول 4-7: مشخصات نمونههای حالت (TNV4)، تیتانیا دوپ شده با V و Nb،کلسینه شده در دماهای مختلف به مدت 1h............ 95
جدول 4-8: درصد تجزیه شدن آلاینده MB در نمونههای TNV4، کلسینه شده در دماهای مختلف، بعد از یک ساعت تابش نورUV........... 96
جدول 4-9: : مشخصات طیفهای UV-Vis و محاسبه انرژی باند ممنوعه پوشش تیتانیای خالص و تیتانیا دوپ شده با V و Nb......... 98
فرمت فایل : WORD ( قابل ویرایش ) تعداد صفحات:181
در حال حاضر سرامیک بخش وسیعی از صنایع مختلف معاصر را در برمی گیرد. در عین اینکه این صنعت به قدمت اولین تمدن بشری است ولی اکنون محصولات سرامیکی یکی از مفیدترین پدیده هایی است که در پیشرفت علوم نقش مؤثری را بر عهده دارد.
محصولات سرامیکی دارای تنوع بسیار است. بعضی از آنها همواره مورد استفاده عموم قرار می گیرند و بعضی دیگر در رابطه با مصارف خاصی است که متخصصین از آنها بهره برداری می کنند.
ذیلاً تعدادی از محصولات مذکور ذکر می گردد:
الف- اشیاء هنری یا تزئینی مانند مجسمه- پلاک و غیره
ب- وسایل غذاخوری و لوازم آشپزخانه (Talbo ware)
ج- وسایل بهداشتی از قبیل دستشویی، وان حمام و غیره (Sanitary ware)
د- کف پوشها
هـ- کاشی ها
و- لوله های فاضل آب
ز- الماس های مصنوعی (Synthetic diamonds) مورد استفاده در لوازم صوتی
ح- قسمتی از مغزهای الکترونیکی (Memory Cells)
ط- بخشی از وسایل الکتریکی (مقره- پایه و ترمینال)
ی- شمع های ماشین (Spark Pluge)
ک- عایق ها و اجسام نسوز (Refractories)
ل- وسایل آزمایشگاهی مانند بوته ها، هاونگ های چینی و غیره
م- دندان های مصنوعی (Denture Ceramics)
ن- سنباده ها و ابزارهای برش (Abrasion resisting Ware) و غیره
فقط قسمتی از این مجموعه وسیع را تشکیل می دهند.
زمان ساخت سرامیک ها سالیان قبل و مقارن با رشد فکری انسان های اولیه و ایجاد نخستین تمدن های بشری بوده است.
بشر نخستین پس از شناخت محیط اطراف خودو کشف آتش شروع به ساختن ابزار، لوازم و اشیاء مورد نیاز خود کرد: در هم آمیختن آب و خاک و سخت شدن خمیره آنها بر اثر تبخیر مراحلی هستند که طبیعت به انسان آموخت. قدیمی ترین کشف بشر اولیه که بر اساس کاوش ها و دانستنی های ابتدایی او استوار بوده. همانا استفاده از حرارت آتش جهت سختی و استحکام اشیاء و اجسام گلی می باشد.
گرمای حاصله از حرارت آتش نه تنها باعث استحکام و سخت شدن اشیاء گلی می گردید بلکه گاهی اوقات بر حسب اتفاق تعدادی از آنها نیز بر اثر حرارت زیاد ذوب می شدند. زمانی که آتش فرو می نشست وجود قطعات ذوب شده و گاهی درخشان و سخت در خاکسترهای بر جای مانده انسان را متحیر و وادار به تفکر می نمود. به تدریج در اثر این گونه اتفاقات توجه بشر به ذوب مواد معدنی و نتیجتاً کشف فلزات جلب شد.
گرچه بشر با شناخت فلزات دریچه ای از دنیای تمدن را برخود گشود. ولی مشکل فرم دادن و نیز شکل گرفتن فلزات یکی از مسائلی است که انسان از همان ابتدا با آن برخورد نمود. در مقایسه با فلزات خاصیت شکل پذیری که از خمیره گل حاصل می گشت همواره باعث تقویت نیروی خلاقیت بشر می شد. این خصوصیت موجب می گردید که بتواند به آسانی شکل های مختلف را تجربه نموده و هر آنچه که می اندیشید عملاً بسازد حتی اکثر شکل های فلزی ابتدا از گل های طبیعی ساخته شده و پس از قالب گیری جهت شکل دادن فلزات از آنهااستفاده می گردیده است.
در این زمان است که اشیاء گلی آتش خورده و سخت به وفور در محیط زیست انسان یافت می گردد که از آن جمله می توان ظروف تهیه غذا و نگهداری آن، ابزارها، مجسمه ها آجر بناها و حتی تابوت ها و بسیاری دیگر را نام برد. کشف فلزات باعث گردید که صور، نقوش، طرز ساخت اجسام و اشیاء سرامیکی تغییرات اساسی و کلی پیدا کند و هنرمندان و صنعتگران آن زمان روش های جدیدی را در تولید و آفرینش اشیاء برگزیده و تجربه نمایند.
ویژگی هایی که در ساخت اشیاء سرامیکی وجود داشت موجب تداوم، تکرار و تکثیر آن وسایل گردید. به عبارتی دیگر هر آنچه که بشر می اندیشید می توانست بدون مانعی بسازد و این خود باعث اندوختن و انباشتن دانستنی ها و تجربیات فراوانی گشت. قرن ها قبل از طرح علوم فیزیکی و شیمیایی و حتی بیش از اقدام به کیمیاگری، انسان اولیه از این دانستنی ها و تجربیات بهره گرفته، به صورتی با علم و تکنیک سرامیک ها آشنایی پیدا کرده بود.
هم چنین نظری به محتوی فرم های اولیه و نقوش آنها نشان می دهد که بشر همواره از طریق ساخت و تزئین اجسام سرامیکی در جهت حس زیبایی دوستی، فلسفه ها و خلاقیت های هنری خود مدد گرفته، چنانکه فرهنگ، آداب ورسوم، عواطف و احساسات او همواره در تولید و خلق این اشیاء مؤثر بوده است.
به جهت گسترش صنعت سرامیک در مسیر بررسی و شناخت این اشیاء لازم به نظر می رسد که پس از مقدمه ذکر شده و تعاریف آینده نگاهی گذرا به تاریخ سرامیک انداختده و سپس به پژوهش در طبیعت، مواد خام درون آن و نیز بهره گیری از هر عنصر بپردازیم و آنگاه روش ها، تکنیک ها و سایر عوامل سازنده را بر اساس ساخت و تولید سرامیک ها، مورد تجزیه و تحلیل قرار دهیم.
تعریف سرامیک
لغت سرامیک از کلمه یونانی (Keram os) مشتق گردیده که در اصل به معنی ماده پخته شده است. تعریف دیگر از ریشه سانسکریت به موادی اطلاق می گردد که به کمک آتش تهیه می شوند.
تعریف جدید و علمی که در دنیای صنعتی امروز نیز قابل قبول می باشد تعریفی است که در سال 1920 جامعه سرامیک آمریکا مطرح نموده است.
سرامیک عبارت است از تمام محصولات غیرفلز معدنی که برای به عمل آوردن آن به صورت یک محصول قابل استفاده، احتیاج به درجه حرارت معمولاً بالاتر از 600 درجه سانتیگراد را دارد. این تعریف نه تنها شامل محصولاتی می گردد که ماده اولیه خاک آنها و یا سیلکاتها هستند بلکه سایر محصولات از قبیل اکسیدهای فلزی و کربن ها را نیز در برمی گیرد.
سرامیک های ظریف Fine Ceramics
قطعه ای از سرامیک کاملاً دقیق و حساب شده که دارای ساخت ظریف بدون لعاب و یا لعابدار باشد سرامیک ظریف اطلاق می شود. این دسته از سرامیک ها اغلب به ظروف غذاخوری خاص و اشیاء تزئینی اطلاق می گردد. باید توجه داشت که اصطلاح متداول فنی برای این نوع سرامیک ها وایت ور (White ware) است ولی این کلمه نیز تاکنون مورد تأیید قطعی مجامع علمی قرار نگرفته است.
در دسته بندی شاخه های مختلف صنعت سرامیک نیز مانند تعریف آن؛ تفاهم چشمگیری بین دست اندرکاران این صنعت وجود ندارد ولی در عین حال رایج ترین و شاید صحیح ترین دسته بندی شاخه های مختلف این صنعت به صورت زیر است:
همچنان که از عنوان این بخش نیز مشخص است بحث در چهارچوب دسته چهارم از شادخه های چهارگانه صنعت سرامیک است. ولی با این همه به طور بسیار مختصر سه شاخه دیگر نیز بررسی خواهند شد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
پیشگفتار.......................................................................................................... 1
فرآورده های ویژه و سرامیکی تکنیکی ......................................................... 8
دیرگدازه ها ................................................................................................... 8
فرآورده های زمخت ..................................................................................... 11
فرآورده های ظریف ..................................................................................... 11
ظروف خانگی ................................................................................................ 12
کاشی ها ........................................................................................................ 37
سرامیک های بهداشتی .................................................................................. 42
عایق ها ومقره های الکتریکی ........................................................................ 45
تکامل صنعت سرامیک .................................................................................. 54
تکامل صنعت سرامیک در جهان ................................................................... 54
تکامل صنعت سرامیک در ایران ................................................................... 68
پیشگفتاراستاندارد چینی ............................................................................... 85
ظروف چینی غذا خوری – ویژگیها و روشهای آزمون ............................... 87
فرآورده های سرامیکی ................................................................................ 89
چینی .............................................................................................................. 91
انو اع چینی غذا خوری ................................................................................. 91
نمونه برداری ................................................................................................ 91
آزمون های فیزیکی ....................................................................................... 93
آزمون مقاومت در برابر تغییر ناگهانی دما .................................................. 98
آزمون قابلیت نور گذاری ............................................................................ 106
سختی .......................................................................................................... 109
آزمون های شیمیایی ................................................................................... 112
آزمون پایداری لعاب و دکور ظروف غذا خوری در برابر شستشو ........... 122
آزمون های چشمی و درجه مرغوبیت ........................................................ 124
تاثیروتوزیع اندازه ذرات بر خواص دوغاب سرامیک................................... 132
اطلاعات مربوط به اندازه ی ذرات ............................................................... 133
رئولوژی دوغابها.......................................................................................... 136
فاز جامد موجود در دوغابها......................................................................... 138
توزیع اندازه ی دانه رئولوژی دوغابها......................................................... 139
دوغابهای الومینا............................................................................................ 140
دوغاب های کوارتز....................................................................................... 142
دوغاب های بدنه سفید.................................................................................. 142
ساختمان فلوکول در دوغاب های ریخته گری تجاری.................................. 145
سرعت ریخته گری در ارتباط با اندازه سطح ذره........................................ 147
ویسکوزیته سوسپانسیون های دیسپرز........................................................ 149
ویسکوزیته دوغاب های تهیه شده از پودرهایا مخلوط های لکوئیدی.......... 152
رئولوژی سیستم های کوا گوله.................................................................... 153
خلاصه بحث.................................................................................................. 155
بررسی عیوب حاصله بر روی قطعات تولیدی پرس ................................... 161
تحقیق برروی بدنه های چینی با سیلیس بالا ............................................... 164
مواد خام ...................................................................................................... 165
مراحل آزمایش نمونه ها ............................................................................. 166
نتایج و بحث ................................................................................................. 168
انبساط حرارتی ............................................................................................ 169
جذب آب ودانسیته بدنه ها .......................................................................... 170
استحکام خمشی بدنه ها .............................................................................. 170
سفیدی و شفافیت بدنه ................................................................................. 172
مشاهده نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونیکی ............................ 174
نتیجه گیری .................................................................................................. 175
منابع و مآخذ ............................................................................................... 176
ضمیمه ( آماروارقام مربوط به تولیدات چینی ) ........................................... 177
طرح توجیهی تولید سرامیک های صنعتی در فرمت پی دی اف و شامل مطالب زیر می باشد:
* خلاصه طرح
* مقدمه
* سرمایه گذاری ثابت
* هزینه های ثابت طرح
* هزینه های جاری طرح
* سرمایه در گردش
* جدول سرمایه گذاری
* فروش و محاسبه سود و زیان