مقاله ساخت فیلتر سرامیکی از جنس SiC جهت سنجش گازهای اکسیژن و CO2

word قابل ویرایش
15 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

ساخت فیلتر سرامیکی از جنس SiC جهت سنجش گازهای اکسیژن و CO2
چکیده : فیلتر SiC با خواص ترمومکانیکی و شیمیایی خوب کاربردهای فراوانی در صنعت دارد.
روش های مرسوم تولید فیلتر SiC برای کاربردهای دما بالا معمولا گران است . فیلترSiC جدا کننده گرد و غبار از گازهای داغ کوره های صنعتی مانند کوره سیمان در دماهای کمتر از C ۱۰۰۰ کار می کند. در این کار تحقیقاتی روشی جدید برای تولید فیلترSiC که اتصال شیشه ای SiC است مورد بررسی قرار گرفت . به عنوان اتصال دهنده شیشه های پایه سودآهک ، بوروسیلیکاتی و آب شیشه استفاده شد. خواصی چون چگالی ، تخلخل باز، جذب آب ، استحکام فشاری و شوک حرارتی مورد بررسی قرار گرفت . از میکروسکوپ نوری جهت بررسی ریز ساختار نمونه ها مورد استفاده شد. شیشه سیلیکاتی سودآهک بهترین خواص را حاصل کرد.
۱- مقدمه
جهت آنالیز گازهای کوره های سیمان مثل گازهای O2 و CO می بایست غبارات موجود در گازها از آن گرفته شود تا به سنسور گاز آسیبی نزنند. فیلتر باید گاز را عبور داده و از عبور غبارات جلوگیری کند و دماهای C ۱۰۰۰-۹۰۰ را نیز تحمل کرده و شوک حرارتی حاصل از گرم و سرد شدن سریع را نیز تحمل کند.
فیلترهای سرامیکی مثل فیلترهای ، مولایت و کوردیوریت بهترین انتخاب ها هستند [۱].
این فیلترها دارای استحکام زیاد، مقاومت شیمیایی خوب ، مقاومت به دمای بالا و ساختار یکنواخت هستند. از میان این فیلترها، فیلترهای SiC به دلیل خواص ویژه آن بهترین انتخاب می باشد. خواصی مانند سختی و مقاومت در برابر تغییر شکل زیاد، وزن نسبتاً کم و استحکام ویژه و مدول یانگ خوب در تغییر با دما [۲] ،قابلیت تحمل شرایط طاقت فرسا ، دوام زیاد و قابلیت اعتماد در دمای بالا [۳] ،قابلیت ایجاد عبور پذیری زیاد، مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی و الکتروشیمیایی و مقاومت سایشی زیاد [۴]، پایداری مکانیکی و شیمیایی در دمای بالا و مقاومت در برابر شوک حرارتی زیاد [۵] باعث شده SiC به عنوان یک ماده سازه ای ١ مطرح باشد همچنین خواصی چون پهنای نوار ممنوعه زیاد (ev٣٣-٢٣) ، هدایت حرارتی زیاد ولتاژ شکست زیاد (بالای ، سرعت اشباع الکترون زیاد [۶و۷و۸] ، سرویس دهی کاربردهای الکترونیکی تا دمای C ۹۰۰ و مقاومت در محیط های اسیدی و بازی [۷] و گسیلندگی نور [۲]
باعث شده تا SiC به عنوان یک ماده عامل ٢ مطرح باشد
.
با توجه به این خواص ، SiC درحوزه های متالورژی ، مهندسی شیمی ، حفاظت از محیط زیست ، هوا فضا، میکروالکترونیک ، بیوفناوری [ ۹] و انرژی هسته ای [۱۰] کاربرد پیدا کرده است . کاربردهای خاص SiC متخلخل ( P SiC) عبارتند از فیلتر گازهای گرم ، فیلتر مذاب های فلزی ، عایق های حرارتی ، الکترود باطری ، پایه کاتالیست ، تبادل کننده های یونی ، سنسورهای گازی ، و تصفیه کننده آب [۱۰و ۱۱]. مقاومت SiC در محیط های اکسیدی کم است که آن نیز با ایجاد پوشش SiO2 در سطح آن طبق واکنش زیر بر طرف می شود

۲- مروری بر منابع مطالعاتی
سه روش کلی برای تولید PSiC :
۱. روش های ماکت متخلخل
۲. روش های فاز خارج شونده
۳. روش های واکنشی [ ۱۳و۱۴و۱۰]
در روش اول یک ماده متخلخل مثل ابر کربنی ، اسفنج پلی اتیلن یا پلی اورتانی ، چوب (چوب بامبو ، کاج ) و یا کاغذ، با دوغابی شامل SiC یا مواد سازنده از آن ، آغشته یا پوشش داده می شود و بعد از عملیات حرارتی و خروج ماکت متخلخل ، ساختاری مشابه برای PSiC حاصل می آید [۱۴]. برای مثال اسفنج پلی اورتان تعداد حفره های آن ppi ۱۰۰ -۱۰ است . در روش دوم کامپوزیتی با زمینه SiC و فاز دومی که بعدًا می تواند بسوزد و یا با حل شدن خارج شود سینتر شده و ساختار حفره ها به اندازه و توزیع اندازه فاز خارج شونده بستگی دارد. فاز خارج شونده مثل ریز تیله های پلیمری ، خاک اره ، مخمر، پودر کربن و نمک های فشرده می تواند باشد [۹]. در مورد پودر کربن نمونه قبل از کربن زدائی می تواند پرس گرم شود که خواص بهتری از روش های مرسوم ایجاد می کند [۱۰] .
روش سوم یا روش های واکنشی خود شامل سه روش اتصال اکسیدی ، سیلیسیده کردن و روش احیاء کربوترمال می باشد. در روش اتصال اکسیدی مثلاً پودر پرس شده SiC را در اکسیژن سینتر بی فشار۶ می کنند تا با SiO2 به یکدیگر متصل شوند که در این صورت تخلخل اولیه قطعه خام که بستگی به دانه بندی SiC اولیه دارد در نمونه باقی می ماند. اگر از کمک سینترهایی چون Al2O3 ، Y2O3 و AlN استفاده شود فازهای دیگری چون مولایت نیز می تواند کمک به اتصال کند[۳و۱۰] . اتصال کووالانسی بین Si و C که کاملاً یکنواخت و بدون جای خالی است ضریب خود نفوذ٧ کمی برای SiC ایجاد می کند و به این دلیل سینترپذیری آن کم است و معمولاً استفاده از کمک سینتر اجتناب ناپذیر است [۳].
در روش سیلیسیده کردن به عنوان مثال فوم کربنی حاصل از چوب می تواند با گاز یا مذاب Si آغشته شود
[۱۴] و یا پودر Si با رزین فنلیک پوشانده ٨ و مخلوط شود [۱۰۴]. در روش سوم به عنوان مثال احیاء کربوترمال SiO2 توسط کربن یا SiC مشتق شده از پلی سیلوکسان صورت می گیرد [۱۴].
در این کار تحقیقاتی برای تولید فیلترهای گاز گرم کارا تا دمای C ۹۸۰ از روشی جدید که اتصال شیشه ای است برای تولید PSiC استفاده شده است و تخلخل از دانه بندی SiC اولیه حاصل شده و سینتر بی فشار برای جلوگیری از انقباض صورت گرفته است .
۳- فعالیتهای تجربی
۱-۳- مواد اولیه
آنالیز شیمیایی مواد اولیه در جدول (۱) آورده شده است .پودر SiC از نوع صنعتی با خلوص بالای ۹۸ درصد بود. دانه بندی پودر SiC و مشخصات سیلیکات سدیم مایع در جدول (۲) و (۳) آورده شده است . پودرهای شیشه ها به زیر ۲۰۰ مش رسانده شده اند.

۲-۳- آماده سازی ترکیبات و نمونه ها:
ترکیب نمونه ها در جدول (۴) آورده شده است . به هر پیمانه ۱۰۰ گرمی ۶ درصد وزنی محلول کربوکسی متیل سلولز (CMC) با غلظت ۰.۲ درصد وزنی نیز برای گرانول سازی و ایجاد استحکام خام (بعد از مخلوط کردن به مدت ۵ دقیقه در هاون عقیق ) اضافه شده است . بعد از یک ساعت ماندگاری ، گرانول ها بصورت استوانه ای به قطر mm با پرس یک طرفه و با فشار bar ۱۰ پرس شدند و پس از خشک شدن پخت در دماهای c° ۹۸۰،۱۰۳۰ و ۹۳۰ به مدت min و با سرعت گرمایش min.C °٣ در اتمسفر هوا در کوره الکتریکی انجام شد و پس از پایان پخت در کوره سرد شدند.

۳-۳- روش آزمایشها :
استحکام فشاری نمونه های استوانه ای به قطر mm و ارتفاع mm اندازه گیری و طبق فرمول زیر محاسبه شد.

چگالی درصد تخلخل و جذب آب طبق استاندارد STM- C٣٧٣ اندازه گیری و طبق فرمولهای زیر محاسبه گردید.

که در این فرمولها B دانسیته بالک ، D وزن خشک ، M وزن اشباع ، S وزن غوطه وری ، P درصد تخلخل ظاهری ،A درصد جذب آب بر مبنای خشک می باشد.
ارتباط استحکام فشاری ، چگالی ، درصد تخلخل و جذب آب با دما و ترکیب در شکل های (۱) تا (۹) آورده شده است . ابعاد و وزن همه نمونه ها قبل و بعد از پخت اندازه گیری شد. بعضی نمونه ها با کمی کاهش وزن و انقباض همراه بودند.
شوک پذیری نمونه F١٠ پخته شده در C ۹۸۰ که بهترین خواص را نشان داده بود به همراه اثر زمان پخت مورد بررسی قرار گرفت . برای بررسی اثر زمان پخت روی شوک پذیری نمونه F١٠ با چهار زمان ماندگاری متفاوت ۰.۵ ،۱ ،۱.۵و ۲ ساعت در C ۹۸۰ قبلاً پخته و در کوره سرد شد. روش تعیین شوکپذیری به این صورت بود که نمونه ها پس از رسیدن به دمای C ۹۸۰ و ماندگاری ده دقیقه ای در این دما بلافاصله از کوره خارج شد و پس از۱۰ دقیقه سرد شدن مجددًا بلافاصله به کوره دمای C ۹۸۰ منتقل می شد پس از ۱۰ دقیقه مجددًا از کوره خارج شد و این کار سه بار تکرار می شد و بعد خواص نمونه اندازه گیری می شد که نتایج در جدول (۵) آورده شده است . تصویر میکروسکوپ نوری نمونه F١٠ درشکل (۱۰) و عبورپذیری آن در شکل (۱۱) آورده شده است .
۴- نتایج و بحث
با توجه به شکل های ۱ تا ۳ برای اتصال دهنده شیشه سودآهک مطالب زیر را می توان گفت :
در دمای C° به دلیل ذوب نشدن شیشه سودآهک هیچ اتصالی بین دانه های SiC ایجاد نشده است و استحکام نسبت به درصد شیشه سودآهک تغییر نداشته است . در دمای C°و به دلیل ذوب شدن شیشه سودآهک که منجر به سینتر در حضور فاز مایع نمونه شده است استحکام نسبت به درصد شیشه سودآهک افزایش یافته است ، وجود کمی انقباض در این دو نمونه و عدم انقباض در دمای C° نیز سینتر در حضور فاز مایع را تایید می کند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 15 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد