مقاله پوشش های سرامیکی و نسوز

تعداد صفحات: ۳۶ | قابل ویرایش

مقدمه

پوششهای سرامیکی شامل شیشه ها یا بدون اضافه کردن ترکیبات دیر گداز می باشند . پوشش های دمای بالا برپایه اکسیدها ، کاربید ها ، سیلیس ها ، بوریدها ، یا نیتریدها ، سرمتیها ومواد معدنی دیگر می باشند .

پوشش های سرامیکی که بر روی فلزات به کار می روند آنها را در برابر اکسیداسیون وخوردگی در دمای اتاق  ودماهای  بالا محافظت می کنند  . پوشش های ویژه برای کاربردهای خاص توسعه یافته اند با مقاومت به سایش مقاومت شیمیایی.

قدرت انعکاس بالا ومقاومت الکتریکی وجلوگیری از نفوذ هیدروژن ، فلزات  پوشش کاری شده ، با سرامیک  در کاربردهایی  مانند قطعات کوره ، تجهیزات عملیات حرارتی تجهیزات فرایندهای شیمیایی ، مبدلهای حرارتی ، قطعات موتورهای جت ، و نازلهای موتور موشک وقطعات نیروگاههای هسته ای استفاده می شوند.

سازگاری شیمیایی و مکانیکی

سازگاری شیمیایی پوششهای  سرامیکی با فلز پایه مهم می باشد .

بویژه موقعی که پوشش ها بر روی فلزات دیر گداز وآلیاژهای پایه نیکل برای کار در دماهای بالا به کار می رود . پوششهای اکسیدی به اصطلاح پایدار مانند آلومینا در صورت وجود برخی فلزات دیر گداز مانند نیوبیم وتا نتالم در دماهای بالا ۱۳۷۰C^۰ پایدار نیستند همچنین آلومینا با فلزاتی مانند تیتانیم وزیر کونیم واکنش می دهد وویژگی های محافظتی پوشش از بین خواهد رفت .

پوشش همچنین باید سازگاری  مکانیکی با فلز زیرین داشته باشد تا اینکه تنشهای  مکانیکی ناخواسته درهر دو ایجاد نشود .

زیرا پوشش های خیلی پایدار دردماهای پایین ترد هستند ضریب انبساط حرارتی پوشش و فلز پایه نباید اختلاف زیاد داشته باشد. اگر چه ضریب انبساط حرارتی پوشش بایدمقداری کوچکتر ازفلز پایه باشد تا اینکه پوشش دردماهای پایین تحت فشار باشد . اختلاف ضریب انبساط حرارتی برای قطعاتی که درمعرض چرخه های حرارتی هستند باید بیشتر باشد سیستم باید به گونه ای طراحی شود که اختلاف ضریب ها پوشش را درتمامی دماها درحالت فشار قرار دهد.

اگر پوشش در دماهای پایین تحت کشش باشد ترک خواهد خورد برعکس اگر تحت فشارهای خیلی زیاد باشد پوسته ای می شود . تاثیر پوشش بر روی عمر خستگی  ودمای انتقال تردی مواد کامپوزیتی باید همچنین مورد توجه باشد . به طور عموم پوشش از فلز پایه ترد تر می باشد وترک برروی پوشش موقعی که فلز پایه درحال کار می باشد تشکیل می شود بنابراین موجب کاهش انعطاف پذیری دردمای پایین وعمر خستگی می شود .

شیشه های سیلیکاتی

پوشش ها از پودرهای شیشه ای با یا بدون اضافه کردن ترکیبات دیر گداز تهیه می شوند که کاربردهای صنعتی وسیعی  درپوشش های سرامیکی دارند شیشه عموما بوسیله مخلوط کردن نسبت خاص از مواد معدنی وگرم کردن  آن درمخلوط  کن تا رسیدن به حالت مذاب یامایع تهیه می شوندوسپس سریع کوئنچ می شوند .

کوئنچ عموما بوسیله تخلیه مذاب در آب سرد ویا ریختن آن درغلتک هایی که به وسیله آب سرد می شوند انجام می گیرد حالت پیش موجب ایجاد  تکه های کوچک شیشه ای می شودکه می توان آنهارا به آسانی درآسیاب های توپی ویا سایر تجهیزات تبدیل به پودر کرد .

و این تکه ها آبگینه نامیده می شوند واین کلمه به شرایط فیزیکی ذرات مربوط میشود ونه ترکیب وخواص آنها کوئنچ کردن بواسطه میله های فولادی رد شده با هوا موجب ایجاد ذرات ورقه ای می شود که تردتر از ذراتی هستند که بوسیله کوئنچ در آب تهیه شده اند واثرات زیست محیطی آنهاکمتر است.

پوشش های سرامیکی برای کاربردهای  دمای بالا نظیر محفظه های  احتراق فضاپیما وتوربین ها ومبدلهای  حرارتی به کارمی روند اختلاف در ترکیب شیمیایی پوشش ها درواقع بی نهایت است محدوده آنها از آلومینا آلکالی بوروسیلیکاتی که نسبتا نرم ، دمای ذوب پایین وسیالیت بالا تا باریم قهوه ای متغیر است .

اکسیدها

پوشش ها بر پایه مواد اکسیدی بر روی فلزات ایجادمی شوند بجز فلزات دیر گداز که فلز را در برابر اکسیداسیون دردماهای بالا محافظت میکند ویک  عایق حرارتی با درجه بالا می باشد . پوشش های اکسیدی اسپری شعله ای محافظت کاملی از فلزات دیرگداز در برابر اکسیداسیون ایجاد نمی کند واین بدلیل تخلخل های ذاتی است که در درون آنها وجود دارد پوشش های اکسیدی  به آسانی ضخامتهای ۶/۴mm می توانند به کار روند اما مقاومت آنها در برابر شوک حرارتی با افزایش ضخامت کاهش می یابد . آلومینا ( A _۲O_۳) وزیر کونیا ( Zro_۲) اکسیدهایی  هستند که عموما به عنوان پوشش به کار می روند .

پوشش های آلومینا سخت هستند ومقاومت خوبی دربرابر سایش وخوردگی دارند . زیر کونیا به صورت گسترده ای به عنوان عایق حرارتی به کار می رود  زیرا هدایت حرارتی آن پایین می باشد .

جدول۴ لیست اکسیدهای پایه که برای پوشش به کار می روند و همچنین نقطه ذوب آنها را نشان می دهد . پایه اکسیدی  یکی از اجزاء اصلی پوشش اکسیدی می باشد ومقدار آن بیشتر از ۹۵درصد وزنی می باشد.

مواد دیگری مانند اکسید کلسیم ( Cao)  اکسید کرم ( cr_۲o_۳) واکسید منیزیم (Mgo) درمقادیر کم برای پایداری وتثبیت پوشش اضافه می شوند که موجب افزایش دانسیته ، اصلاح ویژگیهای سطحی وبهبود مقاومت دربرابر شوک حرارتی می شوند خواص فیزیکی برای پوششهای آلومینا وزیر کونیا اسپری شعله ای  درجدول ۵آمده است.