کوردریت مولایت

 

بررسی نقش ریزساختار بر خواص ترمومکانیکی بدنه های کوردیریت - مولایت


 

1-دیر گداز

  به لحاظ تاریخی کاملا معلوم نیست که ساخت مواد دیرگداز برای نخستین بار به دست چه کسی و در کدام کشور صورت گرفته است ،اما احتمال میرود فینیقی ها و چینی ها پایه گذار این بخش از صنعت سرامیک بوده اند . بر طبق مدارک تاریخی در ابتدا برای ساخت دیر گداز ها بیشتر از خاکهای رسی معمولی استفاده می شده است.

عملکرد کوره های صنعتی متاثر از نوع نسوزها و دیرگدازهایی است که در آن به کاررفته است.مرغوبیت و خواص دیرگدازها ی مصرفی به همراه نصب صحیح آنها،عواملی اند که عمر مفید و بازدهی کوره ها را مشخص می کنند. بررسی و شناخت دقیق و علمی دیرگدازها به عنوان یک شاخص اصلی در صنایع مادر کشور ، که مصرف کننده اصلی آنها است ،امری ضروری است. البته بکارگیری و نصب صحیح دیرگداز در کوره ها و طراحی دقیق و مهندسی در بازدهی کوره ها حایز اهمیت است.

مواد نسوز طبق تعاریف قدیمی به موادی گفته می شده که دمای بیشتر از 1500 را تحمل کنند.اما تعریف کاملتر چنین است:مواد دیرگداز موادی اند که به عنوان مصالح ساختمانی کوره ها به کار می روند و می توانند خراص فیزیکی خود را در دماهای بالا و شرایط محیطی کوره حفظ کنند. بدیهی است که اهمیت یک دیرگداز فقط در پایداری حرارتی آن نیست ،بلکه پایداری فیزیکی و شیمیایی آن در مقابل آثار مخرب محیط در دمای بالا نیز مطرح است.به عبارت دیگر مواد دیر گداز موادی با نقطه ذوب و نقطه خمیری شدن زیادند که قادر به حفظ خواص شیمیایی ، فیزیکی و مکانیکی و ترمومکانیکی( خمشی ، سایشی و شوک حرارتی و ...) در شرایط کاربردی و در دمای بالا باشند.[

 صنایع فولاد عمده ­ترین مشتری مواد دیرگداز هستند و 55 تا 60 درصد سهم کلی بازار را به خود اختصاص داده­اند، لذا وضعیت تولید فولاد در جهان به عنوان یک عامل قطعی روی صنعت دیرگداز تاثیر می­گذارد. صنایع دیگر از جمله فلزات غیرآهنی، سیمان، شیشه، مواد شیمیایی و پتروشیمی هر کدام کمتر از 8 درصد سهم بازار مصرف را به خود اختصاص داده­اند.

رشد و توسعه تکنولوژی دیرگداز همچنان در سطح جهان ادامه دارد و محصولات دیرگداز با طول عمرهای طولانی دائماً در حال اختراع و عرضه به مشتریان می­باشند. این امر باعث کاهش تقاضا برای دیرگداز خواهد شد. بنابراین مصرف دیرگداز در جهان البته بیشتر از نظر کیفی در حال توسعه است ولی از لحاظ کمی توسعه چندانی را شاهد نخواهیم بود. 

 

2-مولایت

  مولایت یک ماده دیرگداز خوب و نسبتا ارزان است و مواد اولیه اش به راحتی قابل حصول است. ویژگی های دما بالا و مقاومت به شوک حرارتی  و تنش حرارتی (به علت انبساط حرارتی پایین) خوبی دارد، استحکام خوبی دارد.

  مولایت یک سرامیک آلومینا سیلیکاتی است و تنها  فاز میانی پایدار از نظر شیمیایی در سیستمSiO2 - Al2O3  است. معمولاً به صورت 3Al2O3 .2SiO2 (60 mol% Al2O3)  معرفی می شود. در واقع یک محلول جامد با محدوده ترکیب تعادلی %63-60 مولی    Al2O3زیر 1600°C است.

  ویژگی های آن شامل : استحکام دما بالای خوب  ، مقاومت به شوک حرارتی خوب  ، پایداری حرارتی و مقاومت شیمیایی عالی ، پایداری عالی در سرباره های فلز اسیدی دارد و در بیشتر اسیدها نامحلول است.

مقاومت به اکسیداسیون و آسیب در اتمسفر کوره  ، مقاومت به سایش ، مقاومت الکتریکی خوب دارد.

ویژگی های فیزیکی و مکانیکی مولایت:

دانسیته   3.03 (g/cm3) ، مدول یانگ (GPa) 130  ،تافنس شکست  (MPa.m^1/2) 2-4، مدول گسیختگی (MPa) 160

ضریب انبساط حرارتی (*10-6 /°C) 4.5-5.6  ، هدایت گرمایی (W/m.K) 4.0-6.0 (100-1400°C) ،  ماکزیمم دمای کارکرد 1725°C در هوا

 مولایت خالص (3Al2O3 . 2SiO2)  شامل  % wt82.7 Al2O3  و %wt 17.3 SiO2  است.

ساختار اورتورومبیک با: a=0.7540 ,  b=0.7680 , c=0.2885

پارامتر های شبکه مولایت شدیدا تحت تاثیر کمترین تغییر در شرایت گرمایی مثل دمای زینترینگ و نرخ گرمایش و سرمایش است که علت آن می تواند اختلال و بی نظمی بین یون های Al  و Si در دمای بالا باشد. 

 

3-کوردیریت 

 مینرال کوردیریت یک سنگ جواهر معروف است ، این مینرال هیدروسیلیکات آلومنیوم و منیزیم است و اولین بار در سریلانکا کشف شد.  کوردیریت با ترکیب Mgo.2Al2O3.5SiO2 2 اولین بار توسط Rankin  و Merwin  در یک کار کلاسیک در روی سیستم سه تایی  MgO- Al2O3- SiO2گزارش شد. 

    کوردیریت یک سرامیک صنعتی مهم به شمار می رود که در حیطه های مختلف کاربردی است. سرامیک های کوردیریتی به علت ثابت دی الکتریک پایین (e=5-6) مقاومت الکتریکی بالا (r>10¹²Ωcm ( ، مقاومت شیمیایی بالا، مقاومت به شوک حرارتی بالا و ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین (a=1-2x 10¯ ) کاربردهای بسیاری یافته اند. به همین خاطرسرامیکهای کوردیریتی عمدتا در مواقعی که  نیاز به شوک پذیری حرارتی بالا است کاربرد دارد.از طرفی عیب کوردیریت خواص مکانیکی نامطلوب آن است، به علاوه زینترینگ سرامیک های کوردیریتی بدون هیچ کمک زینتری مشکل است چرا که با تشکیل فاز مایع به چگال شدن کمک می کنند . متاسفانه خواص حرارتی و الکتریکی کوردیریت با کمک زینتر افت پیدا می کند  [7,6 , 5]     

کوردیریت دارای سه پلی مرفیزم زیر است:

1.     فرم پایدار در دمای بالا که به کوردیریت α یا هگزاگونال  indialite معروف است در زیرc  °1450پایدار است.

2.     کوردیریتβ که به اورتورومبیک هم معروف است و در رنج دمایی c ° 1450 تا c° 1460 (نقطه ذوب) پایدار است.

3.     کوردیریت µ که به فاز کوردیریت نیمه پایدار یا متا استیبل معروف است و فقط تحت شرایط خاص به وجود می آید و به فرم اورتورمبیک منظم در دمای پایین است.

4.     دانسیته اش   gcmˉ³  2.53 و نقطه ذوبش c°1470 است [7]   

کاربردها: کوردیریت با ثابت دی الکتریک پایین و مقاومت الکتریکی بالا و خواص ترمومکانیکی خوب یک گزینه مناسب برای جایگزینی به جای زیر لایه های آلومینایی در صنعت الکترونیک است . در پیشرفت های اخیر در مقیاس خیلی بزرگ در تهیه مدارهای  مجتمع VLSI کاربرد فراوانی یافته است.[8,9]

کوردیریت اساسا در کامپوزیت های شیشه سرامیک مورد استفاده در کریکت های الکترونیکی چند لایه ،صفحه های عایق صدا ،فیلترهایی برای جدا سازی مایعات و به عنوان زیر لایه برای مبدل های کاتالیستی به کار می رود. برای تجهیزات کوره و مواد عایق حرارتی با تخلخل کنترل شده، کاربرد دارد.[6]

 

 

 

فیروز رضائی ; ٩:۱٦ ‎ق.ظ ; ۱۳٩٠/۱/٢٤