آنالیز حرارتی و مهندسی مواد

 

دانلود کتاب:

INTRODUCTION TO
NONDESTRUCTIVE
TESTING

"برای دانلود کتاب اینجا کلیک کنید"

موضوع مطلب : بازرسی / بررسی های غیر مخرب

نفلین سیانیت و استفاده از آن در ساخت پرسلان

فیروز رضایی[1]-  علی الماسی[2]-  سویل دلجوان[3]

چکیده:

تولید پرسلان با استحکام مطلوب در محدوده پخت پرسلان های نرم در طی سال های اخیر در حال توسعه و افزایش بوده است. در تحقیق پیش رو، مطالعات نشان می دهد جایگزینی نفلین سیانیت با فلدسپار و بهینه سازی مقدار آن می تواند منجر به تولید پرسلان هایی با استحکام مطلوب در دمای پخت پایین تر شود که مهم ترین عامل آن تفاوت آنالیز شیمیایی این دو ماده است. مقایسه آنالیز های شیمیایی نشان دهنده میزان بیشتر آلومینا و اکسید های قلیایی نفلین سیانیت نسبت به فلدسپار های رایج است. در این تحقیق نمونه های با مقادیر مختلف نفلین سیانیت در دماهای ^oC 1150 –  ^oC1100 (نزدیک به دمای آغاز تشکیل مولایت)، ^oC-1250^oC 1200 پخته شده و خواص قطعات حاصل بررسی شده است. بررسی فازی نمونه های منتخب به روش XRD و بررسی ریز ساختاری به روش SEM انجام شده است. در نهایت یک ترکیب لعاب نیز برای پرسلان تولید شده ارائه شده است.

واژه های کلیدی: پرسلان نرم، نفلین سیانیت، پرسلان با استحکام مطلوب

 

خواص حرارتی:خواص فیزیکی که عدم کارایی مواد سرامیکی را تعیین می کنند اغلب بطور مستقیم به تغییرات دمایی مربوط می شوند.این ویژگی ها در مورد همه سرامیک ها حائز اهمیت است نه صرفا در مورد یک ماده خاص که در عایق های حرارتی کاربرد دارد ویا اینکه ویژگی مقاومت در برابر تنش حرارتی مناسب برای قطعه ای خاص لازم باشد بلکه در مورد کلیه مواد این ویژگی ها بحرانی می باشند.

 1- مقدمه

خواصی که دراین درس با آن سر وکار داریم عبارتند از:

ظرفیت گرمایی((Heat Capacity : مقدار انرژی حرارتی مورد نیا ز برای تغییر مرتبه یا سطح دمایی وضریب  انبساط حرارتی((Coefficient Of Thermal Expansion : تغییرات جزئی در حجم یا ابعاد خطی بر درجه

تغییرات دمایی وهدایت حرارتی  (Thermal Conductivity) : مقدار حرارت یا گرمای منتقل شده از طریق بدنه بر واحد تغییرات دمایی.ظرفیت گرمایی وهدایت حرارتی سرعت تغییر دمایی در بدنه سرامیکی را در حین عملیات حرارتی فرایند ساخت و یا درحین کاربرد قطعه تعیین میکند.این دوویژگی در فیکس کردن مقاومت به تنش های حرارتی نقش اساسی دارند وهمچنین دماهای کاربردی وگرادیان های دمایی را تعیین می کنند.هدایت حرارتی کم برای ماده ای که بعنوان عایق حرارتی بکار می رود جزء ضروریات است.

انبساط های مختلف (افتراقی) تغییرات دمایی اجزاءمختلف بدنه های سرامیکی یا ساختارهای مختلف یک بدنه می تواند منجر به ایجاد تنش های حرارتی شوند. بسیاری از این مشکلات مرسوم مربوط می شود به  پیشرفت کامپوزیت های سرامیکی، پوشش های مناسب، لعاب ها وانامل ها و استفاده از سرامیک ها با سایر موادی که با تغییر دما تغییرات ابعادی در آنها حاصل می شود.

 سرامیک ها بدلیل تردی و هدایت حرارتی پایین مستعد برای شوک های حرارتی هستند، آنها زمانیکه در معرض گرادیان های حرارتی بزرگ قرار گیرند اغلب ترک دار می شوند. این مسائل دلیل این است که چرا نباید یک مایع خیلی داغ را به درون ظرف شیشه ریخت و یا آب سرد بر روی لوله سرامیکی داغ نباید ریخت چون سطح سریعا سرد شده و منقبض می شود  اگر تنش های حرارتی در بدنه های سرامیکی بحد کافی شدید باشند(بالاتر از استحکام آنها    )قطعا بدنه سرامیکی منهدم می شود و اگر کمتر از  باشند در انها ترک ایجاد   می شود .

تنش های حرارتی می تواند بدلیل عدم انطباق انقباض و انبساط های حرارتی در مواد چند فازه و تک کریستال های انیزوتروپ نیز حاصل شوند . تنش های حرارتی همواره در همه  سرامیک های پلی کریستالین با ساختار غیر مکعبی که تغییرات فازی را متحمل می شوند و یا در فازهای ثانویه با  مختلف نیز وجود دارند . این تنش ها می توانند در تشکیل میکروترک های پایدارموثر واقع شده و بشدت استحکام و تافنس شکست سرامیک ها را تحت نفوذ خود درآورد.

1-2- ضریب انبساط حرارتی :

تغییرات طولی و حجمی همراه با تغییرات دمایی برای بسیاری از کاربردها مهم هستند . در دمایی خاص ضریب انبساط حرارتی بصورت خطی و با رابطه زیر بیان می شود:

                                                                                        (4)                

و ضریب انبساط حجمی برابر است با:                 

                                                                            (5)                                 

بطور کلی این مقادیر تابعی از دما می باشند، اما برای یک محدوده دمایی خاص یک مقدار میانگین کافی است . یعنی اینکه                                               

                (6)        

1-3-ضریب هدایت حرارتی :

یکی از اهداف اصلی در کاربرد سرامیک ها عایق حرارتی و یا هادی حرارتی است . سودمندی هدایت حرارتی در مورد این کاربردها شدیدا توسط سرعت انتقال گرما تحت یک گرادیان دمایی ویژه فیکس می شود. رابطه اصلی برای هدایت حرارتی بصورت زیر است:

                                   

مقدمه

تا اواسط دهه ۱۹۹۰ صنعت سیمان یکی از عمده ترین صنایع آلاینده در دنیا محسوب می شد. این نقیصه ناشی از عمده ترین صنایع آلاینده در دنیا محسوب می شد. این نقیصه ناشی از عدم وجود یا بازدهی ناکافی سیستم های تصفیه و غبارگیر، نبودن الزامات قانونی مناسب و عدم آگاهی کافی از مسائل زیست محیطی در آن زمان بود.

تجهیز صنایع سیمان به سیستم های غبارگیر در آن زمان، هزینه قابل توجهی دربرداشت که بسیاری از صاحبان صنایع قادر به استفاده از آنها نبودند.

با تغییر ساختار و ارتقاء سیستم های غبارگیر و پیشرفت های عصر حاضر مسائل اقتصادی و هزینه های مربوط به آنها تحت تأثیر قرار گرفته اند.

عمده ترین منابع آلایندگی و انتشار غبار در صنعت سیمان کوره های سیمان، سوخت مصرفی آنها، موادخام و آسیاب های سیمان می باشند، تجهیزات دیگری چون سیستم های انتقال و تغذیه، سیلوها و دستگاه های بسته بندی نیز در انتشار غبار نش دارند.

● خصوصیات ذرات

▪ اندازه ذرات

تقسیم بندی ذرات به چهار گروه غبار (Dust)، میست (Mist)، فیوم (Fume) و فاگ (Fog) می باشد.

با توجه به تنوع اندازه ذرات در بخش های مختلف خط تولید سیمان، تجهیزات تصفیه گاز در بخش های مختلف بایستی دارای ویژگی های مربوط به آن مواد می باشد.

▪ چگالی نسبی ذرات

دانسیته ذرات در بازده جداسازی تأثیر بسیار زیادی دارند، به طوری که جداسازی ذرات با دانسیته کم مشکل می باشد، زیرا آنها تمایل به تعلیق در گاز دارند.

متناسب با تکنولوژی به کار رفته معمولاً دو دسته عمده از تجهیزات جهت غبارگیری در صنعت سیمان به کار می رود که شامل الکتروفیلترها و بگ فیلترها می باشد.

● الکتروفیلترها (Electrofilter)

تا اواخر دهه ۱۹۹۰، جهت غبارزدائی گازهای ناشی از احتراق در کوره های سیمان از الکتروفیلترها استفاده می شد. روش کار الکتروفیلترها استفاده از میدان الکتریکی جهت جداسازی ذرات غبار معلق در گاز می باشد. تحت تأثیر میدان الکتریکی ذرات غبار جذب الکترود جمع کننده (Collecting) می شوند. آهنگ جذب ذرات توسط الکترود جمع کننده به میزان اختلاف پتانسیل بین الکترودهای جمع کننده و الکترودهای تخلیه (Discharge یا گسیل کننده الکترون) بستگی دارد. ذرات جذب شده توسط الکترود جمع کننده به میزان کمتری توسط الکترود تخلیه توسط تجهیزات مکانیکی (چکش های ضربه زن) از الکترودها جدا شده و توسط سیستم های انتقال مثل نوارهای نقاله و سیستم های مارپیچ و ... که در پائین الکتروفیلتر تعبیه شده اند به بیرون هدایت می شوند. در سیستم قدیمی تر الکترود تخلیه یا کرونا به شکل سیمی به قطر ۲ تا ۴ میلی متر و الکترود جمع کننده به شکل لوله ای یا صفحه ای ساخته می شدند، که یکی از عیوب آن تغییر شکل و خمیدگی الکترود تخلیه یا کرونا به سمت الکترود جمع کننده بود.

در طراحی های اخیر الکترود تخلیه به صورت نواری محکم و صلب و الکترود جمع کننده به صورت صفحه فولادی چین دار ساخته می شوند. از مزایای این روش عدم پیچش الکترود تخلیه به سمت الکترود جمع کننده (به دلیل ساختار صلب و محکم آن) و ایجاد کرونای یکنواخت در کل طول الکترود تخلیه می باشد. یکی از مشخصه های اساسی الکتروفیلترها میزان اختلاف پتانسیل بین الکترودهای آنها است.

▪ یکی از عوامل مؤثر بر کارآئی الکتروفیلترها، سیستم ضربه زن می باشد، که شامل موارد زیر است:

- سیکل زمانی چکش های ضربه زن.

- شدت ضربات چکش ها

معمولاً سیکل زمان چکش ها در دوره و راه اندازی برای بیشترین بار ورودی به الکتروفیلتر تنظیم می گردد. بررسی ها نشان داده 

خواص مکانیکی

تنش، کشش و قابلیت الاستیکی Stress, Strain, and Elasticity
خواص میکانیکی فلزات شامل عکس العمل های الاستیکی فلزات بواسطه ی اعمال نیرو یا ارتباط بین تنش و تغییر طول نسبی آنان می باشد. 
قبل از این که به بحث خواص مکانیکی بپردازیم، سه اصطلاح را که برای درک دانشجو مهم هستند تعریف می کنیم این اصطلاحات عبارتند زا: تغییر طول نسبی والاستیسیته، اگر چه مردم تنش و تغییر طول نسبی را به جای یکدیگر بکار می برند، ولی حقیقت این است که دو کمیت را کاملاً با یکدیگر متفاوتند. 
تنش
تنش مقدار نیروئی است که بر واحد سطح وارد می شود و بر حسب پوند بر اینچ مربعی اندازه گیری می گردد. 
تنشی که باعث می شود تا جسم کشیده شود به تنش کششی موسوم است. تنشی که موجب کوتاهتر شدن طول جسم می شود، به تنش فشاری و تنشی که جسم را به لایه های متناوب تقسیم می کند، به تنش برشی مشهور می باشد. نیروهای خمشی و نیروهای پیچشی تنشهائی ایجاد می کنند که ترکیبی از سه تنش فوق می باشد. 
کشش (تغییر بعد) 
تغییر طول نسبی، مقدار درصد تغییراتی است که در واحد طول به هنگام ازدیاد یا کاهش طول نمونه رخ می دهد و اندازه ی تغییر شکل حاصل از اثر نیرو را نشان می دهد. 
الاستیسیته (قابلیت ارتجاعی) 
الاستیسیته در سال 1678 بوسیله رابرت هوک دانشمند معروف انگلیسی بر اساس آزمایشهائی بصورت یک تئوری بیان گردید. امروزه این تئوری به قانون هوک معروف است. این قانون را بدین صورت می توان بیان کرد: مقداری که یک جسم الاستیک خم و یا کشیده می شود. ازدیاد طول جسم (تغییر طول نسبی) با نیروی وارد بر آن (تنش) نسبت مستقیم دارد. بعداً دریافتند که این قانون فقط در حدود مشخص از تنشها صادق است. بالاتر از این تنش نقطه ای وجود دارد که حد الاستیک موسوم است. اگر میزان بار از این نقطه تجاوز کند جسم به طور دائم تغییر شکل می دهد. در حقیقت حتی بارهای کم نیز کاملاً اسلاستیک نیستند لذا بایستی از یک روش دلخواه برای تعیین حد الاستیک تجارتی استفاده کرد. 
استحکام (تاو) Strength 
استحکام همواره با قابلیت پلاستیکی شاید مهمترین ترکیب خواص یک فلز باشد. استحکام عبارتست از مقاومت جسم در برابر تغییر شکل ولی قابلیت پلاستیکی به قابلیت تغییر شکل جسم بدون آنکه بشکند گفته می شود. برای این که کاملاً به ویژگی های استحکام فلز واقف باشیم، بایستی تعدادی از انواع استحکام یک فلز را بشناسیم. از انواع استحکام 
می توان مقاومت کششی، مقاومت فشاری، مقاومت خستگی و مقاومت تسلیم (روانی) را نام برد. 
استحکام کششی (تاوکششی)Tensie strength 
مقاومت کششی بیشترین نیروی کششی است که جسم قبل از شکست تحمل خواهد کرد. این مقدارمعمولاً برای استحکام یک ماده داده می شود و واحد آن بر حسب پوند بر اینچ مربعن بیان می شود. مقاومت کششی ماده را می توان با آلیاژی کاری، سردکاری، و گاهی اوقات بوسیبله ی عملیات حرارتی، افزایش داد. 
استحکام تراکمی (مقاومت فشاری) Compressive strength
مقاومت فشاری، بیشتریین فشاری است که یک ماده قبل از مقدار فشار تعیین شده جهت تغییر شکل تحمل می کند. مقاومت های فشاری چدن و بتون بزرگتر از مقاومت های کششی شان هستند در صورتی برای اکثر مواد، این موضوع کاملاً برعکس است. 
مقاومت (تاو) خستگی Fatigue strength
مقاومت خستگی بیشترین باری است که یک جسم می تواند بدون شکست در برابر ضربه های متعدد برگشت بار تحمل کند. مثلاً یک میله ی چرخان که وزنه ای را نگهداری می کند، نیروهای کششی روی قسمت بالائی میله و نیروهای فشاری روی قسمت پائینی­اش وارد می شوند. 
وقتی میله می چرخد، تنش های کششی و فشاری بطور متناوب تغییر می کنند. از مقاومت خستگی در طرح بالهای هواپیما و سایر قطعات اسکلتی که در معرض بارهای نوسانی قرار دارند، استفاده می کنند مقاومت خستگی به عواملی نظیر ساختمان میکروسکپی، حالت سطحی، محیط خورنده، کار سرد و غیره بستگی دارد. 
استحکامل تسلیم (مقاومت روانی) Yield strength
مقاومت تسلیم حداکثر باری است ماده تغییر فرم معینی را از خود بروز می دهد. اکثر محاسبات مهندسی ساختمانها براساس مقادیر مقاومت تسلیم استوارند تا مقادیر مقاومت کششی. استحکام یک فلز به ساختمان داخلی آن، ترکیب، عملیات حرارتی و درجه ی کار سرد مربوط می شود. 
سختی Hardness 
سختی خاصیت اصلی یک ماده نیست ولی به خواص الاستیک و پلاستیک آن مربوط 
می شود. بطور کلی، سختی جسم عبارتست از مقاومت به نفوذ آن. هر چه سختی بیشتر باشد مقاومت نفوذ نیز بیشتر می شود. این آزمایش سختی به سبب سادگی آن و نیز به این علت که چون می توان آن را به سهولت به مقاومت کششی و تسلیم فولادها ارتباط داد کاربرد وسیعی پیدا کرده است. آزمایشهای سختی خراشی و یا سایشی گاهی اوقات برای موارد بخصوصی مانند آزمایش های سختی الاستیکی و یا ارتجاعی بکار می روند. 
سفتی (چقرمگی) Toughness
اگرچه روش مستقیم و صحیحی برای اندازه گیری سفتی فلزات وجود ندارد، ولی سفتی هر دو خاصیت قابلیت کشش (قابلیت مفتول شدن) و استحکام را در بر دارد و می توان تعریف کرد که سفتی عبارتست از قابلیت یک فلز به جذب انرژی بدن آنکه بشکند. 
سفتی را می توان بصورت سطح زیر منحنی تنش- تغییر طول نسبی بیان کرد. غالباً مقاومت به ضربه ای یک ماده را بعنوان نشانه ای از سفتی آن بحساب می آورند. 
قابلیت پلاستیکیPlasticity 
یکی از خواص بسیار مهم فلزات پلاستیکی آنها است. قابلیت پلاستیکی عبارتست از قابلیت تغییر شکل بسیار زیاد یک فلز بدون آنکه بکشند. 
قابلیت مفتول شدن یا انعطاف پذیری Ductility
قابلیت مفتول شدن عبارتست از قابلیت پلاستیکی که بوسیله ی یک ماده تحت نیروی کششی نمایش داده می شود. این خاصیت را با مقداری که ماده می تواند بطور دائم ازدیاد طول پیدا کند، اندازه گیری می کنند. این قابلیت به ازدیاد طول موجب می شود تا بتوان یک فلز را از یک اندازه ی بزرگتر بصورت یک سیم با اندازه ی کوچکتر کشید. مس و آلومینیم قابلیت کشش زیادی دارند. 
قابلیت چکشخواری (چکش کاری) Malleability
قابلیت چکش کاری که شکل دیگری از قابلیت پلاستیکی است به قابلیت تغییر شکل دائم یک فلز تحت نیروی فشاری بدون آنکه گسیخته شود، گفته می شود. بخاط همین خاصیت است که می توان فلزات را به صورت ورقهای نازک چکش کاری و نورد کرد. طلا، نقره، قلع و سرب از جمله فلزاتی هستند که قابلیت چکش خواری بالائی از خود نشان می دهند. طلا قابلیت چکشخواری استثنائی دارد و می تواند بصورت ورقهای نازکی که برای عبور نور کافی است نورد شود. 
شکنندگی Brittleness
شکنندگی خاصیتی است که بر عکس قابلیت پلاستیکی می باشد یک فلز شکننده فلزی است که نمی تواند بنحو قابل ملاحظه ای تغییر شکل دادئم بدهد، بعبارت دیگر، فاقد قابلیت پلاستیکی است. فلزات شکننده، مانند فولاد کاملاً سخت شده، ممکن است قابلیت پلاستیکی بسیار اندکی را از خود نشان دهند، لذا می توان آنها را جزو گروه فلزات شکننده بحساب آورد، با وجود این سختی مقیاسی از قابلیت پلاستیکی نیست. فلزات شکننده مقاومت به برخورد یا ضربه ی بسیار کمی دارند و بدون هیچگونه اخطار و علائم قبلی 
می شکنند. 
ضریب انبساط خطی گرمایی Expansion Coefficient of Linear Thermal
خواص فیزیکی فلزات خامی هستند که به ساختمان اتم بستگی دارند و عبارتند از: وزن مخصوص، قابلیت هدایت الکتریکی و گرمائی، ذوب، قابلیت مغناطیسی، قابلیت انعکاس و ضریب انبساط خطی. 
به استثناء بعضی موارد، جامدات وقتی گرم می شوند، انبساط و وقتی سرد می شود انقباض حاص می کنند. جامدات نه تنها از لحاظ طول بلکه از لحاظ عرض و ضخامت نیز افزایش می یابند. هر گاه یک جامد را یک درجه گرم کنیم میزان افزایش واحد طول را ضریب انبساط خطی آن می گویند. 
وزن مخصوص Specific Gravity 
بعضی مواقع لازم است که زون مخصوص یک فلز را با فلز دیگر مقایسه کنیم. برای این منظور، به یک استاندارد احیتاج داریم. آب استانداردی است که فیزیکدانها برای مقایسه وزن مخصوص های جامدات و مایعات انتخاب کرده اند. بنابراین وزن یک ماده نسبت به وزن حجم مساوی از آب دانسیته ی مخصوص یا چگالی آن نامیده می شود. 
نقطه ذوب Melting Point
نقطه ی ذوب درجه حرارتی است که یک ماده از حالت جامد به حالت مایع تبدیل 
می شود. برای یخ، این نقطه 32 درجه ی فار نهایت است. موارد خالص نقطه ی مشخص دارند یعنی آنها از حالت جامد به حالت مایع، بدون تغییر درجه ی حرارت تبدیل می شوند، به هنگام ذوب مقداری گرما جذب و به هنگام انجماد مقداری گرما آزاد می کنند. 
وقتی ماده تغییر حالت می دهد، جذب یا آزادی گرما به گرمای نهان آن معروف است. 
تبدیل از یک مقیاس درجه حرارت به مقیاس دیگر بوسیله ی رابطه ی زیر امکان پذیر است. 

قابلیت رسانایی الکتریکی و گرمایی Electrical and Thermal Conductivity
قابلیت یک فلز به سهولت هدایت الکتریسیته و گرما یکی از خصوصیات بارز آن محسوب می شود. 
مقاومت به جریان برق از درون یک سیم به مقاومت آن سیم معروف است. 
بایستی در نظر داشت که چندین عامل وجود دارند که می توانند مقاومت فلزات را اصلاح کنند. برخی از آنها عبارتند از: 
1-مقاومت فلزات نسبت به جریان الکتریکی و گرمائی با درجه ی حرارت زیاد 
می شود. 
2-مقاومت به جریان الکتریکی با ناخالصی ها و آلیاژ کردن افزایش می یابد. 
3-سردکاری (تعییر شکل) فلز مقاومت الکتریکی را زیاد می کند. 
4- رسوب از محلول جامد به هنگام عمل پیر سختی مقاومت الکتریکی را زیاد می کند. 
5- فلزات یک ظرفیتی (مس، نقره، طلا) و فلزات قلیائی (لیتیم، سدیم، پتاسیم، روبیدیوم، سزیم) دارای مقاومت پائین و فلزات قلیایی خاکی دو ظرفیتی (بریلیوم، منیزیم، کلسیم، باریم، رادیم) دارای مقاومت بالاتر و فلزات انتقالی (واسطه)، (نظیر کبالت، نیکل، رادیوم، روبیدیم، سرب، اوسمیوم، اریدیوم و پلاتین) مقاومت بالائی دارند. 
هنگام عبور جریان از داخل یک هادی، مقاومت موجب آزاد شدن گرما می شود و هر چه مقاومت بزرگتر باشد، حرارت بیشتری به ازای عبور یک جریان معین آزاد می گردد. برای گرم کردن الکتریکی به فلزات با مقاومت الکتریکی بالا مانند آلیاژهای نیکل و کروم نیاز داریم. یک هادی خوب حرارت، مانند مس، اغلب برای مبدل های گرمائی، سیم پیچیهای گرم کننده و آهن های لحیم کاری مصرف می شود. ظروف آشپزخانه را معمولاً از آلومینیم می سازند زیرا هدهایت گرمایی زیاد داشته و در مقابل خوردگی ناشی از مواد غذایی مقاومت می کند. 
حساسیت مغناطیسی Magnetic Susceptibility
هر گاه جسمی را در میدان مغناطیسی قرار دهیم، نیرویی بر روی آن اعمال می شود. در این حالت می گویند که جسم مغناطیسی می شود. شدت مغناطیسی شدن به حساسیت K بستگی دارد و آن خاصیتی از فلز است که به جنس ماده وابسته می باشد. اکثراً مقدار K یک فلز با فلز دیگر فرق می کند و بر حسب علامت و مقدار K آنرا به سه دسته تقسیم
می کنند:
فلزات دیامانیتیک (دی مغناطیس): 
فلزهای دیامانیتیک، فلزهائی هستند که در آنها K کوچک و منفی است بنابراین بوسیله ی یک مغناطیسی خیل ضعیف دفع می شود. نمونه هائی از این فلز عبارتند از: مس، نقره، طلا و بیسموت. 
فلزهای پارامانیتیک (فلزهای پارامغناطیس): 
فلزهای پارامغناطیس، فلزهائی هستند که در آنها K کوچک و مثبت است. اکثر فلزها پارامغناطیس هستند که از آن جمله می تونان لیتیم، سدیم، پتاسیم، کلسیم، استرنسیم، منیزیم، مولیبدن، و تانتالم را نام برد. 
فلزهای فرومانیتیک (فرومغناطیس): 
فلزهای فرومغناطیس، فلزهائی هستند که در آنها K بزرگ و مثبت است و شامل آهن، کبالت، نیکل و گادولینیم می شوند. یکی از خصوصیات ویژه ی مواد فرومغناطیس این است که بعد از آنکه میدان مغناطیسی برطرف شد، خاصیت مغناطیسی شان را حفظ 
می کنند، لذا این مواد قابلیت مغناطیسی دائم شدن را دارند. 
قابلیت بازتابش Reflectivity
یکی زا خصوصیات برجسته ی فلز، جلای فلزی آن است. این رنگ سطحی ظاهراً به سبب انعکاس خاص نوری است که به سطح آزاد فلز تابیده شده است. قابلیت انعکاس (نسبت نور منعکس شده به نور تابیده شده) یک سطح فلز نه فقط به نوع ماده بلکه به خشنی و صافی آن نیز بستگی دارد. 
قابلیت مقاومت اکسیداسیون عالی و خصوصیات ویژه ی انعکاس گرمائی آلومینیم و فولادهای باروکش آلومینیم، آنها را برای مصارفی نظیر آسترهای اجاق، بازتابنده حرارتی و المنت های حرارتی مطلوب ساخته اند.

 

 

- آموزش کشش
ساده ترین بارگذاری آموزش کشش یک بعدی است منحنی تنش - کرنش بیانگر عملکرد نمونه است که در آن بار به طور یکنواخت تا شکست افزایش می یابد. 
منحنی های تنش – کرنش معمولاً به صورتهای زیر ارایه می شوند: 
1) منحنی های تنش « مهندسی» - کرنش که در آنها ابعاد اولیه نمونه ها در اکثر محاسبات بکار می روند.
2) منحنی های تنش « واقعی» - کرنش که در آنها ابعاد لحظه ای نمونه در هر نقطه در طی آزمون در محاسبات استفاده می شوند. این نتایج در منحنی های واقعی بالاتر از منحنی های مهندسی هستند و بخصوص در قسمتی از منحنی که کرنش بیشتر دارد دیده، می شوند. 
برای ثبت آزمون کشش، منحنی تنش « مهندسی» - کرنش از اندازه گیری های بار- افزایش طول در روی نمونه آزمایشی استفاده می شود (شکل 1). تنش مهندسی، S، که در منحنی تنش – کرنش رسم شده است، تنش طولی متوسط در نمونه کششی است و از تقسیم بار، P، بر سطح مقطع اولیه نمونه A0 بدست می آید: 
(1) 
کرنش، e، که در منحنی تنش مهندسی – کرنش، کرنش خطی متوسط است و از تقسیم افزایش طول سنجش نمونه، ، بر طول اولیه L0، بدست می آید. 
(2) 
چون تنش و کرنش از تقسیم بار و افزایش طول بر مقادیر ثابت به دست می آیند، منحنی بار- افزایش طول، شبیه منحنی تنش مهندسی – کرنش است. این دو منحنی غالباً به جای هم استفاده می شوند.

مجذور طول

 

نیرو

واحدهای تنش هستند و کرنش واحد ندارد. محور کرنش منحنی ها معمولاً بر حسب in/in یا mm/mm است و تنها به صورت یک عدد خالص نیست. گاهش کرنش به صورت درصد افزایش طول نیز بیان می شود. 
شکل منحنی تنش- کرنش و مقادیر مربوط به نقاط روی منحنی تنش – کرنش فلز به موارد زیر بستگی دارد: 
1) ترکیب شیمیایی 2) عملیات حرارتی و بهنیه سازی 3) سابقه قبلی تغییر شکل مومسان 
4) نرخ کرنش آزمون 5) دما 6) جهت و موقعیت تنش وارده نسبت به ساختار نمونه آزمایشی 
7) اندازه و شکل 
پارامترهای مورد استفاده برای توصیف منحنی تنش- کرنش یک فلز استحکام کششی، استحکام تسلیم یا نقطه تسلیم، استحکام کششی نهایی، درصد افزایش طول و کاهش سطح مقطع هستند. سه پارامتر اول، پرامترهای استحکام هستند و دو مورد آخر انعطاف پذیری را نشان می دهند. 
بارگذاری کامل یک نمونه از بار اولیه تا شکست را نشان می دهد. این منحنی، یک منحنی کامل (full

range) است. غالباً منحنی های مهندسی پس از نقطه تسلیم 0.2% قطع می شوند.

آماده سازی نمونه

آماده سازی نمونه متالوگرافی را تا حد زیادی می توان یک هنر دانست معمولا در آزمایشگاه های مختلف از شیوه های متفاوتی برای آماده سازی نمونه استفاده می شود با توجه به اینکه فلزات از نظر سختی و بافت با یکدیگر متفاوت هستند از این رو با توجه به نوع فلز مورد آزمایش روش آماده سازی نمونه ممکن است کمی متفاوت باشد ولی بصورت کلی عملیات آماده سازی نمونه ها مشابه می باشد. برای آشنایی با فرایند آماده سازی یک نمونه متالوگرافی روش رایج در مورد آهن و فولاد مورد بررسی قرار می گیرد.

شرح

یک نمونه کوچک که از یک قطعه فولادی جدا شده را در نظر بگیرید که یک سطح تخت مناسب در یک طرف این نمونه بوسیله اره کردن و سنگ زنی آمده شده است روش معمول اینست که این نمونه در یک قرص پلاستیکی با قطر یک اینچ 25 میلیمتر و ضخامت یک دوم اینچ نصب می شود به طوری که سطحی از نمونه که قرار است پولیش شود در یک طرف دیسک قرار بگیرد .دریک روش برای تولید این قرص نمونه در داخل یک قالب ساده استوانه ای قرار داده شده و سپس رزین اپوکسی مایع در داخل قالب ریخته می شود این مراحل به چهار مرحله مختلف طبقه بندی می شود :

1) سایش نرم 

2) پرداخت خشن

3) پرداخت نهایی

4) اچ کردن 

در سه قسمت اول هدف اصلی کاهش ضخامت لایه تغییر شکل یافته زیر سطح نمونه است عملیّات برش سنگ زنی و سایش فلز نزدیک به سطح را به شدت تغییر شکل می دهند ساختار واقعی فلز تنها زمانی آشکار می شود که لایه تغییر شکل یافته کاملا از روی سطح برداشته شود چون هر مرحله از آماده سازی نمونه نیز به خودی خود باعث تغییر شکل در سطح می شود ، بنابراین در هر مرحله باید از ساینده های نرم تر از قبلی استفاده شود هر ساینده سبب جدا شدن لایه تغییر شکل یافته ناشی از مرحله قبل می شود در حالی که همین ساینده ، یک لایه اعوجاج یافته با عمق کمتر نیز تولید می کند

سایش نرم

در این مرحله سطح نمونه با استفاده از پودر های کاربید سیلیسیم که بر ریو کاغذ های مخصوص تعبیه شده اند ساییده می شود ممکن است نمونه بصورت دستی روی کاغذ سنباده ای که روی یک سطح تخت نظیر یک تکه شیشه تخت قرار دارد ساییده شود همچنین ممکن است کاغذ سنباده روی سطح یک چرخ دوار افقی و تخت چسبانیده شده و سپس نمونه متالوگرافی روی آن قرار داده شود در هر دو روش معمولا از آب به عنوان یک روانساز استفاده می شود که باعث حمل ذرات جدا شده از سطح نیز می شود سه نوع ساینده با شماده های 320 ،400، 600 که در آنها به ترتیب اندازه ذرات کاربید سیلیسیم برابر 33 ، 23 ، 17 میکرون است مورد استفاده قرار می گیرند در هر یک از مراحل سایش اولیه نمونه بصورتی روی یک سطح حرکت داده می شود که خراش ها فقط دریک جهت تشکیل شود هنگام تعویض یک کاغذ سنباده نمونه به اندازه تقریبی 45 درجه دوران داده می شود که در نتیجه خراش های جدید تشکیل شده در روی سطح با خراش های قبلی زاویه می سازند سایش تا زمانی ادامه می یابد که خراش های تشکیل شده از مراحل قبل ناپدید شوند.

پرداخت خشن

این مرحله بسیار حساس است در حال حاضر ماده ساینده مورد استفاده برای عملیات پرداخت خشن پودر الماس با اندازه دانه تقریبی 6 میکرون است پودر الماس در خمیری قابل حل در روغن نگه داری و حمل نقل می شود در این مرحله مقدار کمی از این خمیر بر روی سطح یک چرخ دوار که با یک پارچه نایلونی پوشیده است قرار می گیرد روانساز مورد استفاده در حین عملیات پرداخت روغنی مخصوص است نمونه روس چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه ای فشار داده می شود در طول این مرحله نمونه در یک محل خاص و ثابت روی چرخ دوار با فشار قابل ملاحظه ای فشار داده می شود در طول این مرحله نمونه در یک محل خاص ثابت روی چرخ پرداخت نگه داشته نمی شود و د حول چرخ و در جهت مخالف دوران چرخ حرکت داده می شود در نتیجه عمل پرداخت با یکنواختی بالایی انجام می شود ذرات الماس خاصیت داده می شود در نتیجه عمل پرداخت با یکنواختی بالایی انجام می شود ذرات الماس خاصیت برش شدیدی داشته و در جدا کردن لایه عمیق تغییر شکل یافته ناشی از عملیات سایش اولیه بسیار موثرند پودر الماس 6میکرون  قادر به جدا سازی لایه تغییر شکل یافته حاصل از ساینده کاربید سیلیسیم 17 میکرونی در مرحله آخر سایش اولیه است.

پرداخت نهایی

در این مرحله خراش های ظریف و لایه های اعوجاج یافته بسیار ریز که از مرحله پرداخت خشن باقی مانده اند جدا می شوند ماده پرداخت مورد استفاده اغلب پودر آلومینا از نوع گاما با اندازه دانه 05/0 میکرون است این پودر روی یک چرخ دوار پوشیده شده با پارچه ریخته شده و از آب مقطر به عنوان رونساز استفاده می شود بر خلاف پارچه نایلونی بدون پرز استفاده شده در پولیش خشن ، پارچه مورد استفاده در مرحله عموما پرزدار است چنانچه این مرحله و مرحله قبلی با دقت کافی انجام شوند ، سطحی عاری از خراش و تقریبا بدون هیچ لایه  فلزی اعوجاج یافته قابل تشخیص تشکیل می شود.

اچ کردن

معمولا در نمونه متالوگرافی ساختار داده ها پس از پایان عملیات پرداخت نهایی در زیر میکروسکوپ مشخص نیست  ضخامت مرز دانه های یک فلز در بهترین حالت در حد ضخامت چند اتم است در حالی که توان آشکار سازی یک میکروسکوپ بسیار کمتر از حد لازم برای تشخیص آنهاست تنها در فلزی که بلور هایی با رنگ های مختلف در تماس با یکدیگر باشند ، قابل رویت ساختن مرز دانه ها نمونه های متالوگرافی اچ می شوند که این عملیات با فرو بردن سطح نمونه پولیش شده در یک محلول اچ ضعیف اسیدی یا قلیایی انجام می شود رایج ترین محلول مورد استفاده برای فولاد های نایتال نام دارد که محتوی محلول 2% اسید نیتریک در الکل است در بعضی حالات می توان عمل اچ را توسط مالش ملایم یک تکه پنبه آغشته به محلول اچ بر روی سطح انجام داد در هر صورت در نتیجه این عمل مقداری از سطح فلز حل شده و از سطح خارج می شود چنانچه محلول اچ مورد استفاده مناسب باشد سطح فلز بصورت یکنواخت حل نمی شود گاهی عامل اچ کننده به مرز دانه ها سریع تر از سطح دانه ها حمله می کند سایر محلول سایر محلول های اچ ، دانه های مختلف را بر اساس جهت گیری آن ها حل خواهند کردپس از اچ کردن مرز ها به صورت پله هایی کم عمق در سطح ظاهر می شوند جداره های عمودی این پله ها نور را همانند سطوح بلوری نسبتا صاف به عدسی های شیئ میکروسکوپ منعکس نمی کنند و در نتیجه محل مرز بلوری در زیر میکروسکوپ قابل رویت می شوند.

پرداخت الکتریکی و اچ الکتریکی

در فلزاتی نظیر فولاد زنگ نزن تیتانیم و زیر کونیم که از بین بردن لایه های سطحی اعوجاج یافته بسیار مشکل است پولیش مکانیکی مناسب نیست بنابراین اغلب این مواد توسط روش پرداخت الکتریکی در آخرین مرحله پرداخت می شوند در این حالت نمونه به عنوان آند و یک ماده غیر قابل حل به عنوان کاتد در یک حمام الکترولیتی به صورت مناسب قرار می گیرند چنانچه از دانسیته جریان مناسب استفاده شود می توان سطح نمونه را به صورتی حل کرد که یک سطح پرداخت مناسب تولید شود در روش پرداخت الکتریکی حمام و دانسیته جریان باید به صورت مجزا طوری کنترل شوند که سطحی صاف و بودن پستی و بلندی تولید شود همچنین با تغییر ترکیب شیمیایی حمام و دانسیته جریان می توان سطحی با پستی بلندی های مناسب عملیات اچ را تولید کرد به این مراحل پرداخت الکتریکی گویند.

شرح هر یک از مراحل آماده سازی قطعه :

نمونه برداری

 سنباده زنی

پرداخت کاری

اچ کردن

نمونه برداری

مقوله نمونه برداری که تابع زمان ، مکان ، تعداد نمونه لازم برای دستیابی به یک نتیجه تکرار پذیر و . . . است ، از زمره کارهایی است که امروزه در اکثر نقاط جهان به صورت دستورالعمل درآمده و لازم الاجرا است . در متالورژی بحث نمونه برداری در دو بخش پژوهشی و صنعتی خلاصه می شود . مقصود پژوهشگر از تهیه یک نمونه در یک کار پژوهشی ، بررسی خواص آن قبل از ساخت و تولید انبوه است ، در حالی که نمونه برداری صنعتی به منظور بررسی خواص و حصول اطلاعات لازم و کافی در مورد محصولات یک فرآیند تولید خاص قابل کنترل می باشد ، مانند یافتن علل عیوب در قطعات ریختگی .در این صورت نمونه برداری از آنجا اهمیت بسزایی می یابد که می  باید نماینده شایسته ای ازکل محصولات تولیدی باشد که با شرایط یکسان تولید شده اند .

نمونه متالوگرافی

یک نمونه متالوگرافی مطلوب برای مطالعات میکروسکوپی و ماکروسکوپی ساختار ، به درستی و با دقت انتخاب شده و از سطح مناسبی برخوردار است  به منظور بررسی دقیق تر جزئیات ساختاری ، لازم است که سطح نمونه عاری از هر گونه تغیرات ناشی از عملیات نمونه برداری و آماده سازی نمونه بوده ، فاقد هر گونه لکه ، خراش و تغییر شکل باشد . در مواردی خاص نیز باید لبه یا نوک نمونه ها محافظت گردد . تهیه و آماده سازی نادرست و نامناسب می تواند به نتایج غلط منجر گردد.

برش و مقطع زدن

جدا سازی یک تکه کوچک ( نمونه) از قطعه اولین مرحله از فرآیند آماده سازی نمونه بوده و از اهمیت شایانی برخوردار است . بریدن نمونه از قطعه می باید از مکانی صورت گیرد که سطحی مناسب و واقعی از قطعه را نمایان ساخته و بتواند نماینده قطعه و مبین ساختار عمومی آن باشد . این امر به مشخصات قطعه ، روش پژوهش و اهداف مورد نظر نیز بستگی دارد . در این میان به مواردی چون فشار ، دما ، سرعت بریدن ، توسعه ترک ، تولید گرما ( و در نتیجه تبلور مجدد ، باز پخت موضعی و گاهی ذوب موضعی ) ، دقت عمل و غیره ، که هر یک به نوعی می توانند بر خواص قطعه تاثیر بگذارند نیز توجه خواهد شد . کمک گرفتن از یک روانکار و یا خنک کننده می تواند این اثرات را به حداقل برساند.

 انواع روش های برش به سه دسته تقسیم می شوند :

برش مکانیکی

برش با قوس الکتریکی

برش الکتروشیمیایی

 برش مکانیکی

 برش مکانیکی به طرق مختلف امکان پذیر است . در روش برشی سایشی – که یکی از روش های برش مکانیکی است – با استفاده از یک صفحه گردنده با دور بالا در زمان کوتاهی ، با دقت مناسبی نمونه بریده می شود . در بسیاری موارد با استفاده از سیم و یا اره الماسه ، با حرکت گردشی مناسب ، می توان عمل بریدن نمونه را در حد مطلوب به انجام رساند . گاهی نیز با یک قلم تیز که با امواج مافوق صوت عمل می کند ، می توان عملیات نمونه برداری در شرایط خاص را آسان نمود.

برش با قوس الکتریک

 ماشینی که برای این نوع برش ساخته شده است ، به نام اسپارک سیمی و یا اسپارک صفحه ای خوانده می شود . در این روش به منظور جلوگیری از افزایش دما هنگام برش ، عملیات برش داخل روغن انجام می گیرد . این روش اغلب برای آلیاژهای بسیار سخت استفاده می شود . سطح بریده شده با این روش بسیار صاف بوده و عملیات بعدی آماده سازی نمونه را تسهیل می نماید . شایان ذکر است از این روش اخیر برای بریدن لایه های بسیار نازک از قطعه به عنوان نمونه نیز استفاده می شود.برش الکتروشیمیایی :

 در این روش ضمن بریدن با فرز یا اره ، مایع خنک کننده اسید خورنده ای است که در یک مدار الکتریکی ، بریدن نمونه را سرعت بخشیده و کار بریدن نمونه در زمان کوتاهی به اتمام می رسد . گاهی اوقات با استفاده از یک افشانه ( جت ) محلول خورنده را با شتاب بر روی قسمتی که باید بریده شود پرتاب می کنند . در این صورت جریان الکتریسته موجود نیز کمک نموده و خوردگی چنان سرعت می گیرد که می توان نمونه را به راحتی و سریع از قطعه مورد نظر جدا ساخت.

نمونه گیر

نمونه تهیه شده برای مطالعات متالوگرافی با میکروسکوپ، کوچک بوده وتا قبل از رسیدن به بررسی های میکروسکوپی کارهای زیادی بر روی آن صورت می گیرد . بنا بر این لازم است که نمونه توسط یک نمونه گیر طوری تحت کنترل و ثابت باشد که کار کردن بر روی آن با سهولت انجام شود . جنس نمونه گیر ها معمولا از فولاد نرم ، فولاد ضد زنگ ، آلیاژهای آلومینیوم و آلیاژهای مس می باشد.

مانتینگ

در بیشتر موارد ترجیح داده می شود که نمونه در یک ماده غیر فلزی مانند شیشه ، پلاستیک و یا رزین جای داده شود . این عمل مانتینگ نام دارد و به روش های گوناگونی صورت می پذیرد . مانتینگ نمونه زمانی که نمونه نا منظم ، کوچک ، خیلی نرم ، خیلی ترد و یا متخلخل باشد و یا اینکه نیاز به حفظ لبه های آن احساس شود ، لازم و ضرورری است . فرو بردن نمونه در مواد پلاستیک پر کاربرد ترین روش مانتینگ در متالوگرافی می باشد که به دو روش مانت گرم و سرد انجام می پذیرد :

مانت گرم = رزین + فشار + گرما

مانت سرد = رزین ( مونومر ) + کاتالیستدر

روش مانت گرم از دستگاهی استفاده می شود که بتواند پس از قرار دادن نمونه در داخل مواد ، دمایی در حدود 150 درجه سانتی گراد و فشاری حدود  29  مگاپاسکال ایجاد نماید . در اثر فشار و گرما ، پودر رزین سفت شده و نمونه را در خود حبس می کند .

رزین های گرما سخت  (Thermosetting)

مانند فنل ها ، با گذشت زمان به طور یک طرفه سخت می شوند .

رزین های گرما نرم ( Thermoplastic)

با کاهش درجه حرارت و تحت فشار منجمد و سخت می گردند ، اما قابلیت ذوب مجدد را دارا می باشند.

علامت گذاری بر روی نمونه

نمونه ها در صورتی قابل استفاده دوباره می باشند که علامت گذارده شده بر روی آنها در تمام مدت آماده سازی و مطالعه میکروسکوپی به وضوح قابل رویت بوده و هویت آنها گم نشود . علامت گذاری بر روی نمونه می بایست بر روی سطحی انجام شود که مورد متالوگرافی قرار نمیگیرد . در مورد نمونه هایی که مانت می شوند ، می توان روی ماده مانت علامت گذاری نمود . در هنگام استفاده از مانت های شفاف ( شیشه ای ) نیز مشخصات نمونه روی یک تکه کاغذ نوشته شده و طوری همراه نمونه قالب گیری می شود که نوشته قابل خواندن باشد.

سنباده زنی و پرداخت

در تهیه نمونه های متالوگرافی از نمونه های نا هموار ، استفاده از سنباده های درشت تا ریز مطلوب می باشد . سنباده زنی موجب صاف شدن سطح ، از بین رفتن لایه های نا خواسته و هویدا شدن لایه های مورد نظر می شود . سنباده خشن باعث از بین رفتن سطوح و برجستگی های نا مطلوب شده و یک سطح صاف با زبری 10 تا 100 میکرومتر را به وجود می آورد . زبری این سطح با استفاده از سنباده های نرم تر به حدود 1تا 10 میکرو متر می رسد . اگرچه عملیات سنباده زنی یک سطح صاف ایجاد می کند  اما این سطح فقط برای آزمایش های ماکروسکوپی ( نظیر سختی سنجی ) و یا ماکرواچ مناسب می باشد . به دلیل عدم وجود یک مرز مشخص میان سنباده زنی و پرداخت کاری ، همواره یک ارتباط نزدیک و قابل توجه بین سنباده زنی نرم و پرداخت کاری سخت وجود دارد و به همین علت دو بحث سنباده زنی و پرداخت کاری با هم مورد بحث قرار می گیرند.

سنباده زنی و پرداخت کاری مکانیکی

متداول ترین روش سنباده زنی و پرداخت کاری روش مکانیکی است . این عمل با استفاده از سنباده ثابت ، سنباده متحرک ، صفحه گردان و یا تسمه های چرخشی انجام می شود . هدف از سنباده زنی که عموما مرحله به مرحله زبری سنباده را کاهش می دهند ، به دست آوردن یک سطح صاف بدون شیار و تغییر شکل در سطح نمونه است . تنوع مکان ها در سطح نمونه موجب اختلاف هایی در خواصی نظیر پتانسیل الکتروشیمیایی می گردد . به عنوان مثال مناطقی که بیشترین میزان تغییر شکل را دارند ، بیشترین واکنش را با محلول های اچ نشان می دهند.  در نتیجه با سرعت بیشتری حل می شوند . این ناصافی ها به دلیل وجود خراش هایی در سطح نمونه پرداخت شده بعد از اچ بوده و مبین یک آماده سازی نامناسب است . مجموع عمق خراش ها و منطقه تغییر شکل یافته ، معادل عمق کل منطقه معیوب در نمونه می باشد .از بین برد خراش های ظاهری از سطح نمونه به تنهایی کافی نیست ، بلکه باید به همان میزان لایه های تغییر شکل یافته نیز از میان برداشته شوند . به جای سنباده های خشن باید از سنباده های نرو و دانه ریز استفاده نمود ، زیرا با سنباده زنی خشن تمایل به تغیر شکل بیشتر می باشد .

سنباده زنی و پرداخت کاری تر

در برخی از موارد ، آماده سازی نمونه در هوا یا در محیط گاز خنثی و بدون حضور مایعات صورت می گیرد . اما این موارد نادر بوده و در آماده سازی نمونه به مایعاتی چون آب ، به عنوان خنک کننده و پراکنده کننده ذرات نیاز است تا موجب سنباده زنی و پرداخت کاری راحت تر و یکنواخت تری گردد . سنباده زنی و پرداخت کاری تر مزایای زیادی دارد که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود :

کنترل حرارت در فصل مشترک نمونه با سنباده

 دور ساختن ذرات نامناسب از روی نمونه

 افزایش طول عمر برای سنباده های ثابت

فشار ، زمان و سرعت سنباده زنی و پرداخت کاری

افزایش فشار ، زمان و سرعت عموما به کنده شدن سریعتر مواد منجر می شوند .تاثیر این عوامل بر تغییر شکل به صورت زیر متغیر است :افزایش فشار ممکن است به تولید گرما منجر گشته و در نتیجه اثرات و تغییراتی بر ریز ساختار بر جای گذارد . فشار ، به خصوص در هنگام پرداخت کاری ، نباید بیش از حد زیاد باشد.

 به طور کلی هرچه زمان سنباده زنی کوتاه تر وزمان پرداخت کاری بلند تر باشد ، بهتر است.

 با افزایش سختی نمونه ، از سرعت کمتر سنباده زنی و پرداخت کاری استفاده به عمل می آید . البته این نکته عمومیت نداشته و برای برخی مواد مانند سرامیک ها ، ترکیبات بین فلزی و کاربیدهای سیمانی ، عمدتا سرعت پرداخت کاری بالاتر ترجیح داده می شود.

 به دلیل آن که افزایش سرعت سنباده زنی و پرداخت کاری موجب تولید گرمای زیادی در سطح می گردد ، مواد حساس به گرما باید با سرعت های پایین تری پرداخت گردند و یا در حین عمل از خنک کننده بیشتری استفاده شود.

 حرکت نمونه بر روی سطح ساینده

برای دریافت بهترین نتیجه ، باید سطح پهن تر نمونه انتخاب گشته ، در تمام مدت عملیات ثابت نگه داشته شده و روی سطح ساینده قرار گیرد. به منظور جلوگیری از تشکیل شیار های جهت دار ناشی از سنباده و پرداخت بر روی نمونه ، بهترین کار این است که نمونه بعد از هر مرحله به اندازه 90 درجه چرخانده شود . در مواقع استفاده از سنباده یا پرداخت کنده چرخان ، چرخش نمونه در خلاف جهت چرخش چرخ ، موجب جلوگیری از تشکیل اثرات جهت دار چرخ سنباده یا پرداخت بر روی سطح نمونه می گردد.

سنباده زنی و پرداخت کاری

در زمینه سنباده زنی و پرداخت کاری نمونه های متالوگرافی ، توجه به نکات زیر مفید است:در مراحل مختلف سنباده کاری ، نمونه متالوگرافی در هر مرحله نسبت به مرحله قبل 90 درجه چرخانده شود و عملیات سنباده زنی در هر مرحله تا زمان از بین رفتن کامل اثر و امتداد خطوط مرحله قبلی ادامه می یابد.

 کاغذ سنباده از جنس SiC  برای فلزات نرم و کاغذ سنباده ازجنسAl2O3  برای فلزات سخت و پایه آهنی به کار می رود. برای سنباده زدن سرامیک ها ازصفحات الماسه استفاده می شود.

 در سنباده زنی نرم برای فلزات نرم از عدد ریزی بالای سنباده SiC استفاده می شود ، ولی برای فلزات سخت تر ، صفحات سنباده الماسه یا نمونه های مخصوص همراه با خمیر الماسه (با اندازه ذرات 9 الی 45 میکرون) مورد استفاده قرار می گیرد.

 در مرحله صیقل کاری و پرداخت کردن ، که مقدار تغییر شکل سطح به حداقل می رسد ، دو روش با علایم اختصاری OP و DP اعمال می شود  .

روش DP

صیقل کاری با استفاده از خمیر الماسه و نمونه مخصوص است . در این روش به دلیل اصطکاک بالای ناشی از سختی خمیر الماسه ، از مواد خنک کننده مناسب استفاده می شود .

روش OP 

در نمونه های نرم تر که شکل پذیری بالا دارند به کار می رود . پودر های اکسیدی  MgO و  SiO2 ، Al2O3 با دانه بندی حدود 0,04 میکرون همراه با محلول امولسیونی در دو گروه مورد استفاده قرار می گیرند .

در گروه اول ( OP-U ) پودر SiO 2 با یک محلول به Ph حدود 9,8 برای از بین بردن لایه تغییر شکل یافته و در گروه دوم ( OP-S) پودر اکسیدی با دانه بندی 0,04 میکرون به صورت مخلوط سوسپانسیون و محلول H به کار می رود.

 نمد مورد استفاده در روش OP به دلیل بالا بودن  Ph در محلول امولسیون و پایین بودن آن در مخلوط سوسپانسیون باید مقاومت خوردگی خوبی در این محیط ها ( بازی و اسیدی ) داشته باشد.

 در روش DP ماده ساینده همراه با محلول خنک کننده با گرانروی و چسبندگی بالا به کار می رود (خمیر الماسه در سرنگ های با حجم محدود سی سی در دسترس است).

 در پرداخت اولیه از آب در پرداخت نهایی از مخلوط آّب و صابون یا محلول آب و الکل (به نسبت 50 تا 70 درصد الکل) و در پرداخت های مراتب بالاتر از محلول های آب – صابون – الکل یا الکل – گلیسیرین ، به عنوان ماده خنک کننده ، استفاده به عمل می آید. روش سنباده زنی و صیقل کاری بسته به جنس ماده موردنظر ، متغیر است.

 تمیز کردن نمونه

تمیز نگه داشتن نمونه در متالوگرافی الزامی بوده و لازم است نمونه ها پس از هر مرحله تمیز شوند. آلودگی های ناشی از سنباده زنی و پرداخت کاری باید از بین بروند تا موجب کاهش بازده مراحل بعدی نشوند. وجود آثار انگشت ، لایه های نازک چربی و یا مواد کمرنگ و ناپیدا بر روی سطح نمونه ممکن است موجب اخلال در عمل اچ کردن گردد. به این ترتیب که موجب ایجاد مناطق گوناگونی می گردند که سرعت اچ شدن در این مناطق متفاوت است. شستشو با آب متداول ترین روش برای تمیز کردن نمونه است. در این روش نمونه را زیر جریان ملایم آب نگه داشته و با یک برس بسیار نرم ، پارچه کتان و یا پنبه سطح آن را تمیز می کنند.تمیزکاری مافوق صوت (اولتراسونیک) موثرترین روش تمیزکاری است. در این روش نه تنها آلودگی های سطحی از بین می روند ، بلکه ذرات ریز موجود در ترکها ، حفره ها و شکافهای سطح نمونه نیز خارج می شوند. عمل تمیزکاری به این روش معمولا بین تا 30 ثانیه زمان می خواهد.بعد از تمیزکاری لازم است نمونه توسط الکل ، بنزن و یا سایر محلول هایی که نقطه جوش پایین دارند ، شسته شده و سپس سریعا خشک گردد. ماندن مایعات بر روی نمونه باعث ایجاد لک می شود.

مفهوم اچ کردن

اگر یک نمونه فلزی پس از آماده سازی زیر میکروسکوپ نوری قرار داده شود ، انعکاس و بازتابش نور به گونه ای خواهد بود که رویت ریزساختار ، که هدف اصلی متالوگرافی است، امکان پذیر نمی گردد. به همین دلیل ، جهت ایجاد یک زمینه قابل رویت از ریزساختار نمونه ، عمل اچ کردن (به شیوه های گوناگون ) انجام می شود. شایان ذکر است که اگر منظور مطالعه مواردی مانند ترک مویی ، تخلخل ، حفره ، آخال غیر فلزی و برخی فازهای خاص (نظیر گرافیت در چدن خاکستری و سرب در برنج سرب دار) باشد ، اچ کردن نمونه آماده شده ضرورت ندارد.اچ کردن به مفهوم ایجاد خوردگی بسیار ضعیف در قسمت های ناپایدار سطح نمونه آماده شده و پرداخت شده است. در بسیاری از موارد ، نمونه پرداخت شده ریزساختار خود را نمایش نمی دهد. زیرا نورهای معمولی به صورت یکسان و متحد منعکس می شوند. از آنجایی که اختلاف های ناچیز در انعکاس پذیری توسط چشم انسان قابل تشخیص نیست ، روشهایی برای تصویرگیری از طریق تباین نوری مورد نیاز می باشد. اگرچه این روشها به نام اچ کردن معروف هستند ، اما همیشه اچ کردن مرتبط با انتخاب محلول های شیمیایی خاص برای ساختارهای مختلف نمی باشد. این امر می تواند با استفاده از روشهای نوری ، شیمیایی ، الکتروشیمیایی و یا فیزیکی به انجام برسد. اچ کردن روشهای گوناگونی دارد که هر یک برای ساختارها و مواد مختلف مفاهیم متفاوتی را در بر خواهد داشت. در واقع در هر شیوه ای برای یک ماده خاص می توان ظرایفی را به کار گرفت که به بهترین و مطلوب ترین نتایج دست یافت.

انواع روشهای اچ کردن :

اچ نوری  (Optical Etching)

اچ نوری بر مبنای استفاده از روشهای خاص روشن سازی و بر اساس اصول روشن سازی کوهلر(Kohler) بنا گردیده است. این روشها که شامل میدان تاریک ، نور قطبی ، تباین فازی ، تباین تداخلی و... می باشند ، در اغلب میکروسکوپهای تجاری موجود بوده و یا به سادگی قابل نصب و به کارگیری هستند.روش اچ کردن نوری یک مزت قابل توجه نسبت به سایر روشهایی که موجب تغییرات در سطح نمونه می شوند ، دارد و آن مبتنی بر این نکته است که روشهای فیزیکی و شیمیایی اچ کردن نیازمند زمان قابل توجهی است و همواره خطر ایجاد قسمت هایی که نتوان در مورد آنها تفسیر صحیحی ارایه نمود وجود دارد.

اچ الکتروشیمیایی    ((Electrochemica (Chemical Etching)

 در طول این فرآیند نمونه های فلزی ، عملیات اکسیداسیون و احیا اتفاق می افتد.همه فلزات در تماس با محلول ها تمایل به یونزه شدن از طریق آزاد کردن الکترون دارند. کمیتی که می تواند مشخص کننده انجام این تحول باشد ، پتانسیل الکتروشیمیایی است. این کمیت با مقایسه پتانسیل فلز نسبت به پتانسیل استاندارد یک الکترود مرجع سنجیده و اندازه گیری می شود.فهرست عناصر زیر ترتیب قرارگرفتن فلزات گوناگون را بر حسب سری الکتروموتیو آنها نشان می دهد:Li , Na , K , Ca , Ba , Be , Mg , Al , Mn , Zn , Cr , Cd , Tl ,  Au , Pt , Co , Ni , Pb , Fe , H , Sn , Sb , Bi , As , Cu , Ag, Hg عناصر فوق الذکر براساس میل ترکیبی با الکترون مرتب شده اند. با حرکت از چپ به راست ، قدرت اکسید کنندگی (یا احیا شوندگی) افزایش یافته ، قدرت احیا کنندگی (یا اکسید شوندگی) کاهش می یابد. در این ردیف ، عناصر قبل از هیدروژن ، با اسید خورده شده و2 Hآزاد می کنند. بالعکس ، عناصر بعد از هیدروژن بدون عامل اکسید کننده خورده نشده و با اسید و آب ، هیدروژن تولید نمی نمایند. بنابراین به دلیل وجود پتانسیل های شیمیایی مختلف برای عناصر و وجود عناصر و آلیاژهای گوناگون در یک ساختار ، سرعت خوردگی ریزساختار در مناطق مختلف ، متفاوت بوده ، اچ کردن در محلول های گوناگون ، نتایج متنوعی را به همراه خواهد داشت. وجود اختلاف پتانسیل در مناطق مختلف یک ساختار ، باعث ایجاد منطقه های کوچک آندی – کاتدی می شود. گاهی این سلولهای الکتروشیمیایی کوچک ناشی از اختلاف ترکیب نیستند ، بلکه از بی قاعدگی ساختار بلوری ناشی می شوند. از جمله این نا همگنی های ساختاری و عدم مساوات ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

نا همگنی های حاصل از تغییر شکل که دارای مقاومت به خوردگی کمتری نسبت به قسمت ها تغییر شکل نیافته هستند.

نا همواری در اثر تشکیل لایه های اکسید. (نواحی صیقلی و مناطق پرداخت شده مقاومت کمتری دارند.)

افت و خیز غلظت در الکترولیت. (غلظت کمتر دارای مقاومت کمتری است.)

 تفاوت در سرعت حرکت الکترولیت. (سرعت گردش بالاتر ، مقاومت خوردگی را کاهش می دهد.)

تفاوت در میزان اکسیژن الکترولیت. محلول های گازدار مقاوم ترند.

تفاوت در شدت تابش نور که منجر به تغیر پتانسیل می گردد.

به علت وجود اختلاف پتانسیل بین ریزساختارها ، انحلال سطح با سرعت های مختلف صورت می گیرد و در نتیجه تباین ، تضاد و اختلاف سطح ایجاد می شود. ایجاد این اختلاف ، تنها با انحلال مواد نیست ، بلکه با روشهایی چون اچ کردن رسوبی Precipitation Etching)) و رنگ آمیزی حرارتی (Heat Tinting) نیز می توان این مهم را به انجام رساند.

اچ کردن رسوبی

ماده ابتدا حل شده و با مقدار معین محلول اچ واکنش می دهد تا مواد نا محلولی را تشکیل دهد. این مواد و ترکیبات نامحلول ، به طور انتخابی بر روی سطح نمونه رسوب کرده ، رنگ های تداخلی یا لایه های ضخیم از رنگ های مشخصی را به وجود می آورند.

اچ کردن به روش رنگ آمیزی حرارتی

با اعمال شرایط معین دمایی و فشاری خاص صورت می گیرد. در این شیوه ، سطح بر اساس خواص گوناگون ریزساختاری با سرعت های مختلف اکسید شده و رنگ های متنوعی اجاد می نماید.محدوده وسیعی از محلول های اچ در دسترس هستند که شامل اسیدها ، بازها ، محلول های خنثی ، مخلوطی از محلول ها ، نمکهای مذاب و گازها می باشند. اغلب این فرمول ها به صورت تجربی بدست آمده ، ترکیب و شیوه به کارگیری هر یک می تواند تغییر یافته یا بهبود پیدا کند. سرعت خوردگی عمدتا با درجه تجزیه محلول اچ و هدایت الکترکی آن تعیین می گردد که هر یک از این موارد می تواند با افزودن مواد افزودنی شیمیایی تحت کنترل درآید. دامنه زمانی اچ کردن از چند ثانیه تا چند ساعت متغیر است اما هیچ دستورالعمل خاصی در این زمینه وجود ندارد. زیرا سطح نمونه و کدر شدن آن تعین کننده زمان اچ هستند. زمان و دمای اچ به هم وابسته اند. با افزایش دما ، زمان اچ کردن کاهش می یابد. اگر چه افزایش دما توصیه نمی شود. زیرا هنگامی که سرعت خوردگی بالاست ، تباین غیر منتظره ای ایجاد می نماید.

اغلب عملیات اچ در دمای محیط صورت می گیرد.در فرآیند اچ کردن ، خصوصا اچ شیمیایی ، خطاهای فراوانی امکان بروز دارند. این خطاها اغلب به تفسیر نا درست ریزساختار منجر می شوند. به عنوان مثال ، رسوب محلول اچ یا محلول شوینده بر روی سطح می تواند به عنوان یک فاز اضافی تفسیر شود.

اچ کردن شیمیایی

قدیمی ترین و مرسوم ترین روش کاربردی برای ایجاد تباین میکروسکوپی و ریزساختاری است. در این روش ، محلول اچ بدون استفاده از جریان الکتریسیته از خارج ، با سطح نمونه واکنش می دهد.در اچ کردن الکتروشیمیایی (اچ کردن الکترولیتی یا آندی) پتانسیل الکتریکی برای نمونه به وسیله یک مدار خارجی تامین می گردد. در طی اچ کردن آندی ، یونهای مثبت فلزی ، سطح نمونه را ترک نموده و وارد الکترولیت می شوند و معادل این مقدار یون مثبت ، الکترون در نمونه باقی می ماند. انحلال ماده بدون تشکیل لایه در این فاصله صورت می گیرد. اگر یونهای فلزی که از ماده خارج می شوند با یونهای غیر فلزی الکترولیت واکنش داده و ترکیبات لاینحل تشکل دهند ، لایه های رسوبی ، با ضخامت های گوناگون بر روی سطح نمونه ایجاد خواهد شد. ضخامت این لایه ها تابعی از ترکیب جهت ریزساختار در نزدیکی مایع اچ می باشد.

تغییر ضخامت این لایه ها رنگ های متنوعی ایجاد می کند که منجر به شناسایی ساختار می گردد. از این نوع تغییرات در اچ الکترولیتی با عنوان آندایزینگ  (Anodizing) هم یاد می شود.

پس از انجام اچ شیمیایی یا الکتروشیمیایی لازم است که نمونه بلافاصله در آب کاملا تمیز و شسته شود تا مواد شیمیایی خارج شده و از ادامه واکنش جلوگیری شود. البته در برخی روشها مانند اچ کردن برای جدایش ها به روش اوبرهوفر (Oberhoffer) توصیه شده است که نمونه پس از اچ در الکل شسته شود تا از رسوب مس بر روی سطح نمونه ممانعت به عمل آید.پس از اینکه نمونه ها در آب شسته شدند ، می بایست در الکل نیز شسته شده و سپس در جریان هوای گرم ، خشک گردند. استفاده از الکل بر عمل خشک کردن سرعت بخشیده و از تشکیل لکه روی نمونه جلوگیری می کند. نمونه های مانت شده باید کاملا تمیز شوند تا از تاثیر مخرب محلول اچ و حلال ، که از شیارها و ترک ها نفوذ می کنند ، جلوگیری به عمل آید. در چنین حالتی به کارگیری دستگاه تمیزکننده مافوق صوت (اولتراسونیک) مفید و مشکل گشاست. اگر نمونه دارای تخلخل های فراوان بود و یا اسید به کار رفته برای اچ کردن غلظت زیادی داشت (مثلا در اچ عمیق Deep Etching) ، توصیه شده است که قبل از عملیات تمیز و خشک کردن ، عمل خنثی سازی صورت پذیرد.

اچ فیزیکی          ( Physical Etching)

در موادی که اچ شیمیایی یا الکتروشیمیایی نتیجه بخش نیست ، پدیده های فزیکی را می توان برای ظاهر ساختن ساختار به کار برد. اچ کردن فیزیکی دارای این مزیت است که سطح نمونه را از هر گونه پسماند شیمیایی عاری می نماید. به عنوان مثال هنگامی که اختلاف پتانسیل الکتروشیمیایی بسیار زیاد بین عناصر ریزساختار وجود دارد و یا وقتی که محلول اچ شیمیایی لکه های مخرب یا باقیمانده ایجاد می نماید ، استفاده از اچ فیزیکی توصیه می شود. از زمره نمونه های مناسب برای اچ فیزیکی می توان به سطوح صاف ، اتصالات جوشکاری ، مواد نامتشابه ، مواد متخلخل و سرامیکها اشاره نمود.

اچ کاتدی

در اچ کاتدی (Cathodic Etching) تحت خلا ، که تحت عنوان اچ کردن یونی (Ion Etching) هم بیان می شود ، با بیرون آوردن انتخابی اتم ها از سطح نمونه ، تباین ساختاری ایجاد می گردد. این روش با استفاده از یونهایی مانند آرگون ، که در ولتاژ 1 تا 10 کیلوولت شتاب مناسبی می گیرند ، انجام می شود. در سرعت های مختلف پرتاب یون ، بر اساس جزیییات ریزساختار مانند جهات بلوری دانه ، مرز دانه و... اتم های مشخصی خارج می گردند.

اچ حرارتی

یکی دیگر از انواع اچ فیزیکی ، اچ حرارتی (Thermal Etching) است که در  میکروسکوپ ها حالت گرم (Hot-Stage) یا دمای بالا  (High-Temperature) به کار می رود. این روش بر اساس جدا شدن اتم ها از سطح ماده به دلل جذب انرژی بنا شده است. این امر باعث می شود که فازها و دانه های گوناگون دارای رنگ های متفاوتی گشته و از هم قابل تمیز باشند.گاهی بر خلاف روش اچ حرارتی که از برداشتن لایه سطحی نمونه برای ایجاد تباین استفاده می شود ، از ترسیب مواد بر روی سطح نمونه استفاده به عمل می آید. در این روش موادی مانند  TiO و  ZnSeرا بخار نموده و تحت خلا بر روی نمونه متالوگرافی رسوب می دهند. این مواد که قابلیت انعکاس نور بالایی دارند ، بنا به خواص متفاوت فازها و دانه های سطح نمونه ، در جاها گوناگون با ضخامت های مختلفی رسوب نموده و قابلیت تشخیص ساختار در میکروسکوپ های نوری را افزایش می دهند.

نگهداری نمونه

پس از پرداخت و اچ کردن نمونه ها ، لازم است که آنها احیانا برای مدت زیادی نگهداری و انبار شوند. در این صورت می بایست در مقابل خوردگی اتمسفری محافظت گردند. دسیکاتورها و دسیکاتورهای کابینتی وسایل بسیار معمولی برای نگهداری نمونه ها هستند. اگر چه به کارگیری پوشش های پلاستیکی و یا نوارهای سلوفانی نیز می توانند تا مدتی نمونه ها را حفظ کنند.

قابلیت تکرارپذیری در اچ کردن

هر چند اچ کردن معمولی روش ساده ای است ، اما تکرار آن مشکل می باشد. البته این وضع در اچ کردن الکتروشیمیایی نمود بیشتری دارد. در این نوع اچ مواردی مانند تغییر در الکترولیت یا باز داشتن واکنش ها در سطح نمونه که منجر به قطبی شدن ، پتانسیل اضافی و... می گردند ، باید به حساب آیند.به منظور رسیدن به تکرارپذیری و دسترسی به نمونه های مناسب و قابل مقایسه در متالوگرافی ، در سالهای اخیر روش های بی شماری توسعه یافته اند. اچ کردن یونی و تبخیر لایه های مزاحم از جمله روشهای مذکورند.بهبود و توسعه روش های اچ کردن با تضاد و تباین ساختاری مناسب و قابلیت تکرارپذیری بیشتر در تجزیه کمی تصاویر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این روش های مذکور برای تشخیص مثلا مقطع شکست یک ماده چند فازی مناسبند ، اما برای اختلاف های ریز دقت چندانی ندارند. بنابراین به طور کلی می توان گفت حصول تباین تکرارپذیر در ساختارهای متالوگرافی ، در عمل اچ کردن ، برای بدست آوردن نتایج دقیق ضروری است.

کاربرد بیو متریال سرامیکی در مهندسی پزشکی‌

در طی چند دهه اخیر، بیوسرامیک‌ها با داشتن ویژگی‌هایی چون زیست‌سازگاری، غیرسمی بودن و پایداری در محیط فیزیولوژیک بدن، تحول چشمگیری در دنیای پزشکی به وجود آورده‌اند. استفاده از این مواد به منظور ترمیم و یا جایگزین بافت‌های آسیب‌دیده نظیر مفصل ، ران، زانو، کتف و دیگر کاربردهای ارتوپدی و نیز در جایگزینی دریچه‌‌های معیوب قلب و یا ایمپلنت‌های دندانی موجب شده است تا بیوسرامیک‌ها طیف گسترده‌ای از متریال مورد استفاده در پزشکی را در بر گیرند.

بیوسرامیک‌ها به واسطه ویژگی های خاص مکانیکی و فیزیکی در کاربردهایی چون ایمپلنت‌های بافت سخت، بر پلیمرها و فلزات برتری دارند. به عنوان مثال در دندانپزشکی نوعی از سرامیک‌‌ها با ترکیب فلوروآپاتیت و ذرات ریز شیشه زیستی به عنوان ماده جایگزین دندان کاربرد دارند و ویژگی‌های نوری و مکانیکی این مواد باعث می‌شود تا علاوه بر اینکه زیبایی و شفافیت دندان طبیعی به نظر برسد، نسبت به سایر مواد، مقاومت به سایش بیشتری در برابر تنش‌های ناشی از سایر دندان‌ها نشان دهد.

از دیگر محاسن این مواد آن است که هنگامی که در بدن فرد به عنوان ایمپلنت و یا حتی پوشش سطحی یک ایمپلنت فلزی به کار می‌روند، می‌توانند رشد استخوان‌ها را شبیه‌سازی کنند، ساختمان بافت را ارتقاء دهند ونیز از سیستم ایمنی بدن دفاع نمایند.

بیوسرامیک‌ها در جراحی‌ها به عنوان پوشش ایمپلنت‌های گوناگون کاربرد دارند، زیرا پوشش سرامیکی، سطحی سخت‌تر از فولاد ضد زنگ به وجود می‌آورد و با بالا بردن امکان لغزش، موجب کاهش سایش ایمپلنت می‌شود. از مهمترین گونه‌های این مواد می‌توان به بیوسرامیک های کلسیم فسفاتی(‌ (‌CaP اشاره کرد که در شکل‌های مختلف (قطعه، دانه، سیمان، اجزای کامپوزیت‌و ...) با منشأ متفاوت (طبیعی، بیولوژیکی و سنتتیک) و ترکیبات گوناگون به صورت تجاری و برای کاربردهای پزشکی و دندانپزشکی در دسترس قرار دارند.ترکیبات کلسیم فسفات در طبیعت و سیستم‌های زیستی (ماهی‌ها، مرجان ها، استخوان گاو و ...) به فراوانی یافت می‌شوند و در سیستم‌های بیولوژیک نقش برجسته‌ای ایفا می‌کنند. به عنوان مثال کربنات هیدروکسی آپاتیت(‌(‌CHA با ساختارهای کریستالی و غلظتهای متفاوت،‌فازهای معدنی دندان (مینا، عاج، سمنتوم و ...) و استخوان‌‌ها را تشکیل می‌دهد. همچنین انواع ترکیبات کلسیم فسفاتی در هنگام کلسیم‌دار شدن‌های غیر طبیعی و پاتولوژیک در فرد ظاهر می‌شوند که سنگهای کلیه، آهکی شدن و رسوب کلسیم در بافت‌های نرم (قلب، رگ، ریه، و سنگ دندان از این نمونه‌اند. بنابراین نگاه به بیوسرامیک‌های کلسیم فسفاتی به عنوان یک متریال بالقوه در کاربردهای گوناگون ضروری است.‌

با توجه به آماری که در هشتمین نشست بین‌المللی سرامیک‌ها در پزشکی اعلام شد مقالات مرتبط با حوزه کلسیم فسفات و خصوصا، هیدروکسی آپاتیت 40 تا 70 درصد کل مقالات را شامل می‌شود که روز به روز در حال گسترش است. اکنون مختصری به چگونگی کاربرد بیوسرامیک‌های کلسیم فسفاتی می‌پردازیم.

موفقیت‌های کلینیکی زمانی حاصل می‌شوند که به طور همزمان به دو فاکتور پایداری فصل مشترک بافت و ایمپلنت، و تطابق رفتار مکانیکی ایمپلنت با بافت جایگزین شده دست یابیم. کلسیم فسفات‌هایی که منافذ ریز دارند، برای پوشش ایمپلنت‌های فلزی استفاده می‌شود و نیز به عنوان متریال پر کننده در فضایی که تحت بار نیست، قرار می‌گیرد تا رشد استخوان از درون آنها صورت گیرد. رویش درونی بافت از میان منافذ، توسعه‌ِی ناحیه‌ی بین بافت و ایمپلنت و در نتیجه افزایش مقاومت در برابر حرکات ایمپلنت‌ در بافت را به دنبال دارد.در استخوان طبیعی، پروتئین‌ها جذب طبقه کلسیم فسفاتی می‌شوند، به همین ترتیب بیومتریال کاشته شده نیز با سلول‌های استخوانی فعل و انفعالا‌تی خواهد داشت. همچنین بیومتریالهایی با قابلیت جذب مجدد(‌(‌Resorbable طراحی می‌شوند تا با گذشت زمان رفته رفته تنزل یافته و با بافت میزان جایگزین شوند، کلسیم فسفات‌های متخلخل مانند‌تری کلسیم فسفات به عنوان مواد قابل جذب در مواردی که به استحکام مکانیکی بالا نیاز نیست. مانند ترمیم استخوان فک و سر استفاده می‌شوند.در سطح ایمپلنت، مواد بیواکتیو یک لایه‌ی فعال بیولوژیکی تشکیل می‌دهند که در نتیجه در شکل پیوند بین بافت‌های طبیعی و بیو مواد تاثیر می‌گذارد، مواد بیواکتیو شامل شیشه یا شیشه -- سرامیک‌ها که منشأ اکسید سیلیسیم آپاتیتی دارند و یا به عنوان مثال هیدروکسی آپاتیت سنتتیک متراکم و کامپوزیت‌های پلی اتیلن -- هیدروکسی آپاتیتی در کاربردهای ارتوپدی (پیوند استخوان، پروتزها، فضاسازی بین مهره و ...) استفاده می‌شوند. حال به بررسی فاکتورهای طراحی و ساخت یک نمونه (به عنوان مثال استخوان مصنوعی) می‌پردازیم.‌انتخاب دقیق و مناسب متریال مورد استفاده به عنوان مهمترین بخش طراحی حائز اهمیت است. همچنین برای طراحی، می‌توان از نرم‌افزارهای خاصی بهره برد. این نرم‌افزارها برای طراحی بهینه شکل ایمپلنت و نیز برای شبیه‌سازی رفتار مکانیکی ایمپلنت با بافت الگو به کار می‌روند. یک تکنیک ریاضی هم به نام آنالیز المان محدود برای تعیین توزیع فشار روی ایمپلنت و ساختار بیولوژیکی به کار می‌رود.

نمونه‌های اولیه قبل از ساخت نهایی تحت آزمایشات گوناگون نظیر تستهای کلینیکی قرار می‌گیرد. بخش اعظمی از مواد خام اولیه را پودرهای سرامیکی با ترکیب ویژه و خلوص بالا تشکیل می‌دهند. افزودنی‌هایی نظیر چسب، روانساز و سایر مواد شیمیایی برای کمک به پروسه‌ی شکل دهی، به مواد خام اضافه می‌شوند. پودر اولیه همچنین ممکن است به کمک زینتر احتیاج داشته باشد. کمک زینتر به مواد سرامیکی کمک می‌کند تا در طول زینتروینگ و در بعضی مواقع در دماهای پایین‌تر از آن، به درستی متراکم شوند. پس از تشخیص نوع بیومتریال مورد استفاده ماده مورد نظر وارد پروسه‌ی ساخت می‌شود.‌استخوان مصنوعی را می‌توان با استفاده از دو روش ساخت: مرحله آماده‌سازی سنتی سرامیک و روش شیمیایی سل ژل، در روش سل ژل می‌توان از سوسپانسیون با ذرات بسیار ریز و یا محلولی با پرگرسرهای شیمیایی استفاده کرد. از آنجا که روش سنتی آماده‌سازی متداول‌تر است، به بررسی جزئیات آن می‌پردازیم.

مرحله اول، آماده سازی ماده خام است. این ماده به طور مستقیم قابل استفاده نیست و باید پودر سرامیک سنتتیک تهیه شود. معمولا با طی مراحل سنگ شکنی و آسیاب به سایز دلخواه پودر نمی‌رسیم و می‌توان از روش‌های مکانیکی و یا شیمیایی خاصی استفاده کرد. در روش مکانیکی، پودر سرامیکی و افزودنی‌ها به دقت وزن می‌شوند و سپس در انواع ماشین‌های مخلوط کن توسط رول‌های دورانی مخلوط می‌شوند. به عنوان مثال ماشین بال میل از یک استوانه‌ی چرخشی پر از مخلوط و یک واسط کروی برای پراکندن مواد و کاهش سایز ذرات استفاده می‌کند. یک سابنده نیز شامل مهره‌های ریز و یک همزن چرخشی برای به انجام رساندن این پروسه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بعد از مرحله اختلاط و رسیدن به سایز مناسب پودر، مواد سرامیکی با استحکام پلاستیکی آماده شکل‌دهی می‌باشند. روش‌های گوناگونی می‌تواند برای این منطور استفاده شود؛ از جمله قالب‌گیری تزریقی، گرم یا سرد کردن و یا پرس کردن در قالب‌گیری تزریقی مخلوط در سیلندر گرمایی بارگذاری می‌شود. در این هنگام از سختی آن کاسته شده و مخلوط نرم می‌شود. یک پیستون فولادین به مخلوط گرم نیرو وارد کرده و آن را به فرم قالب فلزی سرد شده، تبدیل می‌کند. گرم و سرد کردن‌ها موجب تجمع مواد در یک سیلندر با فشار بالا شده و سپس مواد با شکلی خاص به بیرون فرستاده می‌شود. پرس کردن نیز با فشردن در قالب فولادین صورت می‌گیرد و یا مواد در یک قالب لاستیکی، تحت فشار بالا و یکنواخت گاز یا آب قرار می‌گیرند.

روش دیگر پرس،که پرس گرم نامیده می‌شود شامل فرم دهی و گرمایش با استفاده از قالب گرمایی است. پس از شکل‌دهی، استخوان سرامیکی وارد مرحله خشک کردن می‌شود و باید تحت چندین عملیات حرارتی قرار گیرد. ابتدا خشک کردن مواد برای از بین رفتن رطوبت، با استفاده از کوره یا محفظه‌ی خشک کن انجام می‌گیرد و سپس یک کوره برای حرارت دادن مواد در دماهای بالا جهت حذف مواد آلی و متراکم کردن ماده به کار می‌رود. چرخه‌ی گرمایش به وضعیت ماده وابسته است و باید سرعت گرم کردن به طور مناسب طراحی شود تا مانع شکست نمونه گردد.‌بعد از این مرحله، ممکن است به یک یا دو مرحله پایانی نیاز باشد که با توجه به کاربرد نمونه مشخص می‌شوند. برای رسیدن به ابعاد و ظاهر دلخواه از سنباده و پولیش نیز استفاده می‌شود. سنباده یا پولیش کردن مواد سخت‌تر معمولاً نیاز به ابزار الماس دارد. مته‌کاری نیز در کاربردهایی که نیاز به شکل‌دهی خاص منافذ باشد، لازم است. اگر اتصال به دو یا چند جزء دیگر نیاز باشد، از روش لحیم‌کاری و یا چسب زدن نیز بسته به جنس نمونه استفاده می‌شود. در تمام پروسه ساخت، کنترل کیفیت هر مرحله برای افزایش کارایی محصول مهم است. در صورتی که تمامی مراحل طراحی و ساخت با موفقیت گذرانده شود، ایمپلنت سرامیکی آماده است تا در بدن بیمار کاشته شود. بدین ترتیب بیومتریال سرامیکی جایگزین بافت‌های آسیب‌دیده فرد می‌شود

رنگدانه های زیرکنی

شرح:

بحث کامل از رنگدانه های سرامیکی و چگونه لکه ها ساخته شوند و مورد استفاده در صنعت کاشی. شامل تئوری ، طرح ، رنگ ، opacification ، پردازش ، اندازه ذرات ، آزمایش اطلاعات.ماده


ذرات رنگدانه سرامیکی معدنی سفید ، سیاه و سفید یا رنگی جامد نامحلول است که در ماتریس را که ثبت می کند و واکنش نشان می دهند نمی شیمیایی یا جسمی که با آن. بنابراین یکی از مهم ترین ویژگی های رنگدانه های سرامیکی از پایداری حرارتی آنها در دمای بالا و ثبات شیمیایی خود را در توجه به فاز است ، حتی مایع ، تشکیل در پخت لعاب و یا بدن به عنوان یک نتیجه از روند sinterisation و ذوب شدن.

طبقه بندی از رنگدانه ها را می توان در شیوه های مختلف انجام می شود : منشاء ، رنگ ، ساختار شیمیایی ، روش تولید و استفاده نهایی است. ما طبقه بندی جدول زیر استفاده کنید.
رنگدانه های سرامیک لعاب
غیر اکسیدهای سی دی (Sx ، SE1 اکس)
Colloids فلزی طلا ، نقره ، سه ، پلاتین ، مس
اکسیدهای فلزی Cu2O ، CuO ، NiO ، MnO ، MnO2 ، Fe2O3 ، Cr2O3 ،Co3O4
رنگدانه مجتمع به طور طبیعی رنگی Spinel
Phyrochlore
Olivine
لعل
Phenacite
Periclase
رنگی توسط
علاوه بر این از رنگین پوست
ترکیبات زیرکون
Baddeleyite
سنگ سنباده
روتیل
Cassiterite
Sphene
رنگدانه سفید Sb2O3 ، As2O3 ، CeO2 ، SnO2 ، TiO2 ، ZrO2 ، ZrSiO4
غیر اکسید

sulfoselenide کادمیوم ، سی دی های (Sx ، SE1 اکس) ، رنگدانه بسیار مهمی است به این دلیل که تنها در دسترس برای به دست آوردن رنگ قرمز و نارنجی درست برای لعاب (بسته به مقدار سلنیوم). روش تولید قدیمی به دامsulfoselenide کادمیوم در ماتریس sintered از مواد مقاوم بود ، در نتیجه آن ثبات. روش دیگر این بود که آن را با دسته ای برای تولید هراسان تحت شرایط خاص ذوب مخلوط. هر دو روش تضمین ثبات خوب تا 1100C.

با این حال این رنگدانه شد مناسب برای شلیک تنها نیست بنابراین ما غلبه مشکل با کپسوله سازی اکسید در رنگ آمیزی شیشه ای یا بلوری پایدار ماتریس. کریستال مسئول رنگ است به این ترتیب در ماتریس در طول فرایند پخت (دو مرحله شکل می گیرد) مسدود. نمونه های مهم سی دی (Sx ، SE1اکس) قرمز و صورتی Fe2O3 ، مسدود در ماتریس از سیلیکات زیرکونیم.

در مرحله اول از این روند ، در حدود 900 ج ، شکل گیری اولیه از ZrSiO4 رخ می دهد از طریق واکنش بین و SiO2 ZrO2 (و mineralizers). در نتیجه تشکیل بلورهای شش ضلعی از سی دی (Sx ، SE1 - ایکس) از واکنش سی دی و یا سه CdCO3 ، ثانیه و سه. همانطور که اشاره شد ، فاز مایع زجاجیه از ترکیبات ذوب پایین (mineralizers) هستند به کار در رشد بلورهای زیرکون اطراف sulfoselenide کمک کند. این لکه ها بسیار گران قیمت هستند با توجه به این فرایند تولید و طیف وسیعی از رنگ است گسترده باشد (تیره قرمز زنگ هستند امکان پذیر نیست).
Colloids فلزی

رنگ مهم ترین صورتی داده شده توسط طلا کلوئیدال فلزی (سلنیوم است که اغلب برای عینک ، استفاده می شود نه برای لعاب ، colloids دیگر را کمتر رنگ جالب است. این ماده با اضافه کردن قلع (دوم) کلرید به محلول اسید کلر طلا کلوئیدال سنتز فلزی ، ذرات طلا می کشد. محدوده رنگ از صورتی تا بنفش ، بسته به نسبت از قلع / طلا (Cassio بنفش است). رنگ پایدار در دمای بالا برای تولید ته نشینی رنگ ارغوانی در لغزش کائولن یا خاک رس انجام برای جلوگیری از انعقاد (ذرات طلا فلزی توسط ذرات خاک رس جدا شوند). ارسال شده از کلرید نقره تغییر رنگ نسبت به رنگ قرمز ، ارسال شده از اکسید کبالت آن را تغییر دهید نسبت به بنفش. متاسفانه استفاده از این تکنیک توسط هزینه محدود است.
رنگ استاندارد از لعاب شفاف با Cassio 'sبنفش.
رنگ استاندارد از لعاب شفاف با Cassio بنفش و نقره ای.
رنگ استاندارد از لعاب شفاف با رنگ ارغوانی Cassio و کبالت.
اکسیدهای فلزی

اکسیدهای مصنوعی عمدتا استفاده می شود ، همراه با برخی از آنهایی که طبیعی مانند اکسید آهن و اکسید منگنز میباشد. آنها معمولا در شیشه ای حل ماتریس برگزاری نمایشگاه عملکرد رنگ آمیزی خود را در فرم یونی و به همین دلیل آنها را به لعاب دلپذیر عمیق و شفاف ظاهر.
رنگدانه های اکسید فلزی
Fe2O3 زرد -- صورتی (ششم هماهنگی)
رنگ پایدار در درجه حرارت پایین
قرمز -- قهوه ای (چهارم هماهنگی)
سبز Cr2O3
اکسید روی نباید وجود داشته باشد برای جلوگیری از تشکیل spinel قهوه ای (Zn2Cr2O4)
CuO آبی (ششم هماهنگی)
سبز (ششم هماهنگی)
آن را به شدت در الکترونگاتیویته عناصر ماتریس بستگی دارد
Co3O4 -- بغبغو کردن آبی (چهارم هماهنگی)
در حدود 900C تجزیه شده Co3O4 به بغبغو کردن و O2
هنگامی که افزایش درجه حرارت را در لیوان بوریک یا فسفات
تغییر به هماهنگی ششم و رنگ بنفش ایجاد
MnO2 -- Mn2O3 براون
NiO -- Ni2O3 زرد -- متمایل به رنگ ارغوانی
تغییرات رنگ با توجه به اثر retropolarization از اکسیدهای قلیایی

معایب استفاده از این رنگدانه ها متعدد هستند :

    * MnO2 و تجزیه Co3O4 با تکامل از اکسیژن گازی در شلیک با نقص احتمالی در لعاب (به عنوان حباب یا سوراخ).
    * آنها حساسیت به شرایط مشخص شده شلیک. اکسیدهای بسیاری از آنها توسط کشورهای مختلف از اکسیداسیون و شرایط محیطی و دما بر تعادل ردوکس تغییر لحن رنگ مشخص می شود.
    * حساسیت بسیار بالا نسبت به عمل شیمیایی لعاب. برای مثال مس معمولا به رنگ سبز آبی اما به نظر می رسد در لعاب قلیایی با محتوای بالا و یا قلیایی زمین است. فسفر در زجاجیه ماتریس می دهد رنگ بنفش به کبالت.
    * محدوده پور از رنگ های قابل دسترسی.

مجتمع معدنی رنگی رنگدانه

این مواد توسط واکنش های حالت جامد در دمای بالا با استفاده از اکسیدهای فلزی و یا نمک به دست آمده ، به طور کلی در حضور mineralizers مانندhalogenides فلزات قلیایی ، بورات ، کربناتها و غیره در نتیجه این مواد را می توان در نظر گرفته شده مواد معدنی رنگی مصنوعی ناشی از واکنش در دمای محدوده 800 -- 1400C. رنگدانه باقی می ماند بدون تغییر در طول پخت لعاب (حتی آنهایی که بطور عالی یا ظریف یا ریز پراکنده) و آنها ما را قادر طیف وسیعی از سایه برای به دست آوردن.

ساختار کریستالی مناسب برای تولید لکه های سرامیکی از تعداد محدودی هستند. رنگدانه های خوب با درجه خلوص بالا ، یکنواخت هستند و از نظر شیمیایی ، بیاثر بهحساب میآوردند و در دمای بالا انجام تجزیه و یا واکنش نشان می دهند و یا با حل کردن در لعاب ؛ است که اغلب درست از این دسته از مواد است. با این حال ، برخی از آنها به قدر کافی پایدار ، به ویژه روتیل ، زیرکون ، زیرکونیا ، سنگ سنباده و sphene.

در جدول زیر ما رنگدانه مهم است.
صورتی -- قرمز
رنگدانه ساختار ثبات سخنان
رنگ صورتی
کروم ، سنگ سنباده آل لعاب اکسید روی غنی می تواند تشکیل 1400C spinel قهوه ای ترویج
رنگ صورتی
کروم ، قلع رسوب کلوئیدال از Cr2O3 در داخل ساختار کریستالی cassiterite (SnO2) و یا sphene (کائو - SnO2 - SiO2) بور تغییر رنگ به بنفش و یاس بنفش. کلسیم باعث می شود رنگ با ثبات تر و بیشتر قرمز 1000 - 1250C
رنگ صورتی
آل منگنز سنگ سنباده است به طور عمده رنگدانه برای بدن دارد ، اما دارای ثبات فقیر در لعاب 1400C
رنگ صورتی
سی Zr - بلورهای آهن هماتیت در 1300C زیرکون محصور شده
قرمز
سی دی S - سه
(ZrSO4) محلول جامد سی دی - CdSe در زیرکون رنگ مسدود است درخشان و شدید اما نه چندان پایدار در دمای بالا به دلیل سه ثانیه و تبخیر شدن 1200C
قرمز
آل سالانه (کروم کروم در داخل ساختار مناسب perowskite برای لعاب چسبناک در دمای بالا 1350C

زرد
رنگدانه ساختار ثبات سخنان
زرد -- نارنجی
سرب -- ش Pyrochlore با اضافه کردن اکسید روی ، SnO ، کائو ، Fe2O3 ،Al2O3
تغییرات TiO2 از لیمو زرد به رنگ نارنجی هنوز ثابت می 1050C
زرد
سی -- Zr -- احتمال 1300C زیرکون
قلع -- پنجم سپرده کلوئیدال از اکسید وانادیوم در cassiterite (روتیل) 1300C
زرد -- نارنجی
تیتانیم -- ش -- (نیکل ، کروم ، تنگستن) روتیل تغییر رنگ از زرد به رنگ نارنجی با نیکل با کروم و قهوه با عرض 1300C
Zr -- پنجم سپرده کلوئیدال از اکسید وانادیوم در بلور baddelyte (ZrO2) علاوه بر این از ایندیم می دهد شدیدتر 1300C رنگی

سبز -- آبی
رنگدانه ساختار ثبات سخنان
فیروزه
سی Zr - 1300C پنجم زیرکون
سبز / آبی 1300C Spinel
سبز
کلسیم ، کروم ، سی گارنت
(سبز پیروزی) این تجزیه بیش از 1200C دادن رنگ سبز Cr2O3 1200C
آبی
شرکت سی - 1350C Olivine
آبی / فیروزه
شرکت -- آل 1350C Spinel

خاکستری -- قهوه ای -- سیاه و سفید
رنگدانه ساختار ثبات سخنان
خاکستری
قلع - ش سپرده کلوئیدال از اکسید آنتیموان در cassiterite (روتیل) V2O5اضافه کردن به دست آوریم فام های مختلف رنگ خاکستری 1200C
خاکستری
Zr - شرکت شرکت ، نیکل و نیکل در ساختار زیرکون 1350C
قهوهای
Zn - آهن ، کروم Spinel Al2O3 گاهی اوقات اضافه شده است برای ایجاد رنگ های روشن تر 1400C
سیاه
کروم -- شرکت -- منگنز
کروم -- شرکت -- 1400C Spinel آهن

مورد نیاز اساسی برای رنگدانه سرامیکی عبارتند از :

    * حلالیت کم از بلورها در لعاب ذوب شده
    * شاخص انکسار بالا از بلورها است.

حلالیت و توزیع اندازه ذرات از رنگدانه

سازه های رنگدانه چند بلور بسیار پایدار است ، مانند spinel ، چون آنها نقطه ذوب بالا و حلالیت پایین در شیشه سیلیس گداخته. سایرین هنوز به صورت محلول بیشتر به دلیل تحرک عناصر آنها. هنگامی که ترکیبات یک حلالیت ناقص و دوباره متبلور در حین سرد شدن ما می توانیم توانایی رنگ آمیزی شل (در صورتی که عناصر رنگی باقی می ماند در محلول لعاب). حلالیت نیز در اندازه granulometric (این متغیر نقش بسیار مهم) بستگی دارد. لکه با اندازه ذرات بزرگ را قدرت رنگ آمیزی به دلیل کاهش تعداد ذرات رنگ آمیزی بسیار کمتر است. اندازه های کوچکتر granulometric تمایل به کاهش شدت رنگ و / یا تولید فام های مختلف (چون ذرات از نظر اندازه کوچکتر تمایل دارند تا به راحتی به حل لعاب). علاوه بر این افزایش در پراکندگی نور توسط ذرات کوچک سفید ، این نتایج در کاهش اشباع (رقت نور) وجود دارد. بنابراین ، به طور کلی ، هر نوع از لکه است خود اندازه ذرات آن مطلوب.
شاخص انکسار

شاخص انکسار از ترکیبات کریستالی نیز مهم است چرا که قدرت رنگ آمیزی به آن وابسته است. "شاخص انکسار" از ماده شماره نشان می دهد چگونه آن را با پرتو نور از آن عبور تعامل است. اگر تعاملات بین بلورهای رنگدانه بزرگتر است ، در مقایسه با آنهایی که لعاب ، ذرات تبدیل به یک مرکز انتشار نور قوی در تمام جهات ، بنابراین این به نظر می رسد بیشتر به شدت رنگی. است معادله مربوط شاخص انکسار و اندازه ذرات وجود دارد. به گفته ون د بیان Hulst:

ما می توانیم مطلوب متوسط ​​اندازه ذرات Dn به منظور دستیابی به حداکثر قدرت پوشش های جایگزین در بیان شاخص انکسار opacifier N0 و گفتگوی متوسط ​​محاسبه.

1.2 میکرون -- برای مثال ، برای زیرکونیوم سیلیکات ارزش 1.1 است.
رنگدانه سفید یا Opacifiers

Opacification پدیده روبرو می شوند زمانی که ما مرحله شفاف و یا جزئی مات است پراکنده در محیط شفاف می باشد. رنگدانه های سفید کوچک به اندازه بلور ، شفاف با شاخص انکسار بالا ، غوطه ور در فاز شیشه ای. پرتو واقعه چند رنگ از نور تحت یک سری از بازتاب ها و refractions ، آن را در تمام جهات پراکنده و در نتیجه به نظر می رسد سطح سفید است. در تصویر ما می توانیم رفتار ذرات بزرگ و کوچک با نور تابشی را ببینید.

تاری از لعاب دو عامل بستگی دارد : اندازه ذرات پراکنده رنگدانه سفید و تفاوت بین ضریب شکست لعاب و رنگدانه. در مواردی که ذرات به اندازه کافی کوچک و شاخص انکسار خود را بزرگتر و یا کوچکتر از لعاب ، این عمل مانند مراکز انتشار نور و پرتوهای پراکنده در تمام جهات.

در جدول زیر ما می توانید ببینید که انواع مواد بلوری است که می تواند به عنوان opacifiers استفاده وجود دارد. و تفاوت در شاخص شکست خود را در مقایسه با لعاب. توجه داشته باشید که مقدار متوسط ​​= 1.6.
Opacifier تفاوت ضریب شکست
آناتاز TiO2 2.52 0.92
ZrO2 Baddeleyite 2.40 0.80
Ceria CeO2 2.33 0.73
SnO2 Cassiterite 2.04 0.44
ZrSiO4 زیرکون 1.94 0.34

استفاده از ZrO2 ، CeO2 SnO2 و محدود است زیرا آنها گران هستند. از آنجا که آناتاز تبدیل به روتیل (که می تواند تبدیل به زرد یا تغییر رنگ از رنگدانه دیگر) باید آن را در frits داشتن محتوای بالای کلسیم اکسید پس از آن فرم sphene، کائو - TiO2 - SiO2 به کار

بنابراین می توان گفت در مورد :

SnO2 : شاید بهترین opacifier. 4 ٪ از اکسید قلع است به اندازه کافی برای اطمینان از کدورت خوب است. این ناشی از اندازه ذرات مناسب از این اکسید (که توسط اکسیداسیون اکسید دارای قلع ، SnO به دست آمده) و ثبات عالی خود را در شیشه ای ماتریس (حلالیت بسیار جزئی).

ZrO2 : این نمایش خواص مشابه به اکسید قلع و در حدود 6 ٪ است که اغلب به اندازه کافی برای به دست آوردن کدورت خوب است.

TiO2 : این می تواند opacifier بسیار خوب است اما ، متاسفانه ، این یک کاتالیزور قوی برای تبلور و لعاب مات یا مایل به زرد ظاهر می شود ، زیرا تبدیل به روتیل.

CeO2 : ما نیاز به حدود 10 ٪ برای به دست آوردن کدورت خوب است. با این حال گویا این اکسید ظاهر خاص به لعاب پس از آن عمدتا برای جلوه های ویژه استفاده می شود. آن را در ماتریس شیشه بالا 1000C اما به آسانی حلcrystallizes دوباره در حین سرد شدن. گاهی اوقات آن را گویا تن زرد رنگ (ناشی از ناخالصی ها).

ZrSiO4 : این بهترین opacifier از نظر هزینه و کیفیت می باشد (اگر استفاده می کنیم میکرونیزه زیرکون داشتن اندازه ذرات کمتر از 5 میکرون). تفاوت در ضریب شکست ، نسبت به زیرکون ، به خوبی با این حال آن را تا حلالیت کم در لعاب ذوب شده و نه. در مواردی که حل آن ، آن را دوباره crystallizes در حین سرد شدن (opacification خواهد شد تا حدی توسط زیرکون اضافه شده اصلی و توسط بخشی از یک تازه متبلور داشتن قدرت پوشش قوی و اندازه ذرات مناسب ایجاد می شود).
رنگدانه برای بدن

در اینجا ما باید عمدتا با مشکل پرسلن رنگ امیزی grés معامله ، از آنجایی که این محصول تبدیل شده است بسیار مهم است و unglazed کاشی نیاز رنگدانه برای توسعه اثرات زیبایی. کاشی پرسلان با شلیک از بدن حاوی مخلوط مناسب از خاک رس ، فلدسپار و یا مواد feldspathic ، شن و ماسه و کلسیم / مواد معدنی منیزیم بدست می آید.
ترکیب بدن برای چینی Grés

به استناد مواد شیمیایی و ترکیب کانی شناسی از مواد استفاده شده و درجه حرارت پخت (در حدود 1200C) از ساختار بدن از کار اخراج شده است حضور کریستالهای mullite و کوارتز باقی مانده غوطه ور در شیشه ای متراکم ماتریس مشخص می شود. در حضور این ماتریس شیشه ، کاشی چینی می تواند به آسانی برای به دست آوردن رنگ طیف گسترده ای از اثرات تزئینی. این ها با مخلوط کردن پودر رنگ مختلف و یا از طریق دکوراسیون در فشار به دست آمده ، و همه تمایل به تولید محصولات با ارزش زیبایی شناسی.

با توجه به شدت رنگی که مورد نیاز است ، درصد از رنگدانه ها می تواند به 1.5 ٪ حداکثر برای رنگ های نرم و تا 5 ٪ برای colorations قوی متفاوت است. با توجه به میزان درصد از رنگدانه ها مورد نیاز است (تا 1.5 kg/m2محصول) ما می توانیم به درجه درک که هزینه از رنگدانه ها قابل توجه است برای هزینه های محصول نهایی (به خصوص در مورد بدن پرسلن کاملا رنگی).

فن آوری های جدید در دو بار ، انواع مختلف از تغذیه های متعدد و ماشین آلات دکوراسیون قادر به فشار دادن در هر دو دست یافته اند صرفه جویی در هزینه و توسعه سطوح جدید با تاثیر زیبایی شناسی. بالا پراکندگی رنگدانه برای رنگ آمیزی در طول اسپری خشک کردن نیز به کمک پس انداز (به خاطر درصد پایین تر از رنگدانه ها می تواند استفاده شود). در این صورت رنگدانه هستند ریز آرد خشک و درمان شده با مواد افزودنی بهبود پراکندگی لکه ها به منظور اجتناب از شکل گیری توده و حبوبات.

رنگدانه برای بدن مشابه به رنگدانه برای لعاب با چند استثنا. تفاوت اصلی این است در مورد روش های تولید ، این ها ساده برای کاهش هزینه ها (صرفه جویی است باید واضح ، چون حجم زیادی استفاده می شود).

در حالی که در لعاب رنگدانه مخلوط کردن مواد اولیه است به طور کلی با استفاده از روش مرطوب برای رسیدن به حداکثر ذره اختلاط ، مخلوط رنگدانه بدن خشک مخلوط ثابت کرده است کافی است. ما اجرا calcinations در پایین ترین درجه حرارت ممکن است کافی به منظور تضمین توسعه از یک ترکیب رنگی. در مواردی که آنها مورد نیاز است ، مقدار بسیار کمی از mineralizersاشتغال دارند برای به دست آوردن محصول crumbly. لکه های بدن به طور کلی بهتری از لعاب رنگدانه به دلیل خطر انحلال جزئی. علاوه بر این ، فرایند آسیاب خشک استفاده می شود (بدون شستشو).
رنگدانه برای Gres چینی مراجع
خاکستری طبیعی -- کرومیت
 صورتی -- Gres دی Thiviers
مجتمع معدنی ترکیب رنگ ساختار
سیاه Spinel آهن (آهن ، کروم) 2O4
سنگ سنباده پینک (آل ، منگنز) 2O3
Spinel آبی CoAl2O4
زیرکون زرد (Zr ، روابط عمومی) SiO4
روتیل بژ (تیتانیوم ، کروم ، ش) O2
روتیل براون (کروم ، تنگستن ، تیتانیوم) O2
سنگ سنباده سبز (کروم ، آل) 2O3
طبیعی رنگدانه

کرومیت : این یک ماده معدنی طبیعی مربوط به Cr2FeO4 فرمول که همچنین حاوی آلومینیوم و منیزیم است. این تولید رنگ خاکستری است.

Grés دی Thiviers : طبیعی قرمز رنگ استخراج مواد خام در جنوب غرب فرانسه. است از کوارتز و اکسید آهن (حدود 10 ٪) تشکیل شده و آن را به تولید رنگ صورتی در بدن. به تازگی صنعت توانسته است به آن تولید مصنوعی.
مجتمع معدنی رنگدانه

سیاه : سیاه و سفید رنگدانه مورد استفاده برای بدن می تواند برای لعاب مورد استفاده قرار گیرد به دلیل آن است که توسط ماتریس شیشه ای (تولید رنگ قهوه ای) نابود شده است. این spinel آهن کروم است ، با فرمول آهن (آهن ، کروم) 2O4 ، آن ارزان است چرا که شرکت یا نیکل نیست.

صورتی : صورتی رنگدانه های خاص نیز برای بدن و فرمول (آل ، منگنز) 2O3 با ساختار سنگ سنباده. با توجه به نسبتهای مختلف از آل / تن منگنز مختلف می تواند به دست آید. بسیار پایدار در بدن اما تا به ثبات فقیر در لعاب.

آبی : رنگدانه مورد استفاده برای بدن spinel با CoAl2O4 فرمول است. جایگزین (شرکت توأم) Al2O4 ، آن است که بیشتر مایل به سبز (در حالی که سیلیکات کبالت بی ثبات تر است).

زرد : ما از همان رنگدانه در حال حاضر برای داشتن لعاب فرمول (Zr ، روابط عمومی) SiO4 و ساختار زیرکون استفاده می شود.

کرمی : ما با استفاده از رنگدانه داشتن ساختار روتیل و فرمول (تیتانیوم ، کروم ، ش) O2.

قهوه ای : قهوه ای مایل به قرمز و قهوه ای تن به دست آمده با استفاده از رنگدانه های با ساختار روتیل و فرمول (کروم ، تنگستن ، تیتانیوم) O2. ما همچنین می توانیم spinel با استفاده از فرمول (روی ، آهن) (آهن ، کروم) 2O4.

سبز : ما با استفاده از رنگدانه (کروم ، آل) 2O3 ، آن را نسبتا ارزان و با ثبات تر از اکسید کروم به تنهایی.
تولید

رنگدانه های معدنی تولید می شوند با استفاده از واکنش های حالت جامد در درجه حرارت در محدوده 800 -- 1400 C. چرخه تولید کل به شرح زیر است.

   1. انتخاب و کنترل کیفیت مواد اولیه
   2. دوز از اجزای سازنده و اضافه کردن از mineralizers
   3. مخلوط کردن توسط یک پروسه خشک و یا مرطوب
   4. پخت
   5. تر و فرز شستن یا خشک فرز
   6. کنترل کیفیت

واکنش رخ می دهد در طول calcinations دسته از مواد خام با انتشار مواد شیمیایی از ترکیبات تنظیم می شود و این فرآیند توسط عوامل زیر تحت تاثیر :
عوامل مؤثر بر واکنش حالت جامد
فاکتور اقدام
عیار از مواد خام افزایش سطح تماس و کمک به تشکیل فاز همگن
بهبود مخلوط کردن سطح تماس با مواد مختلف
عمل اهکی کردن درجه حرارت و زمان فرمت نفوذ

سنتز رنگدانه بخش منحصر به فرد در صنعت سرامیک است که در آنstoichiometry مهم است. نسبت البته میان اکسیدهای مختلف تشکیل رنگدانه stoichiometry احترام از آنجا که ما در حضور از واکنش های واقعی (mineralizers تنها این کار را احترام نمی شود) هستند.
مواد اولیه

درجه خلوص مواد انتخاب شده از جنبه های مهم است چرا که حضور ناخالصی ها می توانند به تشکیل فازهای مختلف از یکی از توزیع pigment.Particleاندازه منجر شود نیز مهم است ، زیرا تا حد زیادی تعیین سینتیک واکنش منجر به سنتز رنگدانه.
مخلوط کردن

هدف از اختلاط است به منظور بهبود تماس با مواد مختلف ، مخلوط همگن به منظور کمک می نماید تا بهترین حد ممکن از انتشار عناصر در طولcalcinations تشکیل می دهد. در حالی که خیس اختلاط است مسلما بهتر برای شکستن agglomerations از ذرات ، آن را گران است (به خصوص با توجه به مصرف انرژی برای خشک کردن). به این ترتیب ، خشک مخلوط کردن توسط آسیاب مداوم و یا توربو میکسر روش ارجح است.
عمل اهکی کردن

به طور گسترده استفاده می شود کوره عبارتند از :
کوره برای تولید رنگدانه معدنی

    * کوره های اتاق
    * کوره های تونل
    * کوره های دوار

دو اول تاسیس انواع تجهیزات ، هنوز هم مورد استفاده قرار امروز ، در حالی که کوره های دوار نسبتا جدید است. ضرر اولیه از اتاق ها و کوره های تونلی است که مخلوط مواد خام باید به saggers نسوز قرار داده است. این شامل مصرف انرژی از سال بزرگتر از saggers باید حرارت داده می شود و همچنین مخلوط مواد خام. علاوه بر این ، هزینه های تولید اضافی در هنگام saggersباید عوض شود ، وجود دارد. با این حال saggers غیر قابل تعویض هستند که ما باید به تولید رنگدانه ها در حضور mineralizers ذوب ، که در حضور فاز مایع است.

کوره های اتاق هستند به طور گسترده به دلیل انعطاف پذیری خود را با توجه به دما و زمان خیساندن ، کنترل از جو و امکان تولید مقادیر مختلف استفاده می شود. برای کوره های دوار هزینه های تولید پایین به دلیل مخلوط شده است به طور مستقیم در تماس با حرارت (هیچ saggers وجود دارد) ، این بهبود انتقال حرارت به مخلوط و اثرات سریع از سنتز رنگدانه (کمتر از 1 ساعت در حالی که اتاق ها و کوره های تونلی نیاز به چند ساعت . کیفیت و سازگاری آن از کوره های دوار و خوب است ، که تاکید ، ما باید هزینه های قابل ملاحظه ای پایین تر تولید می باشد.
فرز

فرایند سنگ زنی نیز می تواند از باشد در هر دو حالت تر و خشک انجام می شود. سنگزنی نقش بسیار مهمی برای رنگدانه به دلیل رفتار های نوری است که نه تنها توسط اندازه ذرات و توزیع آنها تحت تاثیر ، بلکه با ثبات شیمیایی آنها ، که وابسته به مقدار سطح در معرض حمله شیمیایی. برای دستیابی به ثبات ، رنگدانه های معدنی برای سرامیک استفاده نمی باید ذرات کمتر از 2 میکرون (چون ذرات کوچکتر می تواند در حل مذاب لعاب). در عین حال قوانین اپتیک نیاز به ذرات ریز به منظور انعکاس خوب منتشر و به حداکثر رساندن قدرت پوشش. بسته به نوع رنگ و ثبات شیمیایی ، هر یک از رنگدانه را نشان می دهد بهترین قدرت رنگ آمیزی در داخل به خوبی تعریف شده توزیع اندازه ذرات. بنابراین مخرب نقش کلیدی در تولید ، محصول مطلوب است مورد نظر اندازه ذرات با توزیع باریک granulometric از اندازه آن اطراف.

روش مرطوب است و در کارخانه های تولید طبیعی Alsing انجام با این حال توزیع اندازه ذرات به طور معمول در دهانه به دامنه گسترده ای ، در حالی که با استفاده از خشک هوا جت روش ممکن است برای به دست آوردن رنگدانه در تمام ابعاد مورد نظر را با یک توزیع بسیار باریک granulometric (با تشکر از طبقه بندی ذرات .

پس از سنگ زنی با استفاده از روش مرطوب برخی از رنگدانه ها باید آب شسته شده ، و یا در محلول اسیدی (برای گنجاندن رنگدانه است که در آن نیاز به حذف نمک ها و یا عناصر در ساختار گره خورده است و نه حاصل ازmineralizers برای تسهیل سنتز رنگدانه فلوریدهای به عنوان مثال ، کلرید وجود دارد ، سولفات ، و غیره). حضور این نمک می تواند از رفتار rheologicalلعاب را تغییر دهد یا می تواند نقص مانند حباب ، pinholes و شکوفایی شود.
کنترل کیفیت

برای لعاب رنگ رنگدانه و ثبات است کنترل اضافه کردن رنگدانه به لعاب های مختلف ، firing و سپس اندازه گیری رنگ با استفاده از رنگ سنج (با استفاده از ل ، ، ب (شکارچی) و یا ل * ، * ، * ب (CIE) سیستم های رنگ سنجی). پارامترهای رنگ سنجی در برابر استانداردهای رنگدانه ها و تفاوت بیان شده توسط در مقایسه؟ الکترونیکی (که نشان دهنده اشتباهات از شدت و تن ، که شده است ، فاصله در فضای رنگی).
Cielab رنگ نمایندگی فضا

روش اخیر برای تزئین کاشی این معنی است که بازار نیاز به رنگدانه های با اندازه های کنترل که متفرق شدنی بدون تراکم. به همین دلیل ما توجه زیادی به اندازه ذرات و تجزیه و تحلیل granulometric.

برای بدن رنگ رنگدانه است با افزودن رنگدانه به بدن استاندارد سرامیک و سنجش رنگ و ثبات با مشاهده بصری یا با رنگ سنج در مقایسه با استاندارد کنترل می شود.