پایان نامه بررسی تأثیر پارامترهای ساخت بر خصوصیات کامپوزیتهای پیزوالکتریک تیتانات زیرکونات سرب-اکسید روی (PZT/ZnO)
فهرست محتوا
فهرست مطالب
- عنوان مطالب
- چکیده 1
- فصل اول: کلیات.. 2
- 1-1-مقدمه. 3
- فصل دوم: اصول نظری و مروری بر منابع. 6
- 2-1- مقدمه. 7
- 2-2- خواص شیشه بوروسیلیکاتی… 7
- 2-3- خواص آلیاژ کوار. 8
- 2-4- شرایط اتصال شیشه و فلز. 9
- 2-4-1- ضریب انبساط حرارتی… 9
- 2-5- ترشوندگی… 11
- 2-6- روش های اتصال فلز و شیشه. 13
- 2-6-1- اتصال چسبی… 14
- 2-6-2- اتصال ذوبی… 15
- 2-6-3- لحیم کاری… 15
- 2-6-4- جوش انقباضی آلتراسونیک….. 16
- 2-6-5- اتصال نفوذی… 17
- 2-6-6 اتصال الکتروستاتیکی… 19
- 2-7 – طبقه بندی اتصالات شیشه – فلز بر اساس ضریب انبساط حرارتی… 20
- 2-8- مکانیزم اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی… 22
- 2-9 – مراحل اتصال فلز و شیشه. 23
- 2-9-1- تمیز کردن سطوح.. 23
- 2-9-2- پیش اکسیداسیون سطح آلیاژ قبل از اتصال.. 23
- 2-9-3- کربن زدایی و گاززدایی… 26
- 2-9-4- آنیل کردن.. 27
- 2-10- بررسی فصل مشترک اتصال کوار و شیشه. 28
- 2-12- بررسی اکسیداسیون آلیاژ کوار. 29
- 2-13- بررسی تاثیر دما، زمان و اتمسفر در اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی… 31
- 2-14- تست نشت…. 36
- 2-15- بررسی سطح مقطح اتصالات… 37
- 2-16- بررسی استحکام برشی اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی… 39
- 2-17- تست مکانیکی اتصال فلز و شیشه. 41
- 2-17-1- استحکام اتصال.. 43
- 2-17-2- تست ضربه در اتصال فلز- شیشه. 44
- 2-17-3 – تست کشش در اتصال شیشه و فلز. 47
- فصل سوم : روش انجام کار 49
- 3-1-برقراری اتصال میان شیشه بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار. 50
- 3-1-1- تهیه مواد اولیه. 50
- 3-1-2- آماده سازی اولیه نمونه ها به منظور برقراری اتصال.. 50
- 3-1-3-پرداخت و تمیز کاری… 51
- 3-1-4- اکسیداسیون آلیاژ کوار در اتمسفر N2-H2-H2O…. 52
- 3-1-5- مراحل اکسیداسیون آلیاژ کوار در اتمسفر N2-H2-H2O…. 53
- 3-2- اتصال شیشه ی بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار. 55
- 3-2-1- فرایند اتصال در اتمسفر نیتروژن به روش تابشی در کوره تیوبی… 55
- 3-2-3- برقراری اتصال از طریق گرمادهی القایی در اتمسفر نیتروژن.. 60
- 3-3- اندازه گیری استحکام کششی نمونه های اتصال یافته. 62
- فصل چهارم: نتایج و تحلیل.. 64
- 4-1- نتایج تست دیلاتومتری… 65
- 4-2- نتایج انجام اکسیداسیون در اتمسفر کنترل شده N2-H2-H2O…. 69
- 4-3- بررسی مکانیزم اتصال ایجاد شده بین شیشه بورو سیلیکاتی و آلیاژکوار. 72
- 4-4- نتایج آزمون کشش نمونههای اتصال.. 73
- نتیجه گیری.. 81
- پیشنهادات.. 82
- منابع و ماخذ. 83
چکیده
اتصال شیشه به فلز یکی از موارد مهم در تجهیزاتی نظیر لوازم برقی مثل لامپهای رشتهای ویا متمرکز کنندههای نیروگاههای خورشیدی و موارد دیگر میباشد. استفاده همزمان از شیشه و فلز نیازمند یک اتصال با کیفیت مناسب در فصل مشترک اتصال است.
هدف پژوهش حاضر، به دست آوردن یک اتصال قابل اطمینان بین آلیاژ کوار و شیشه بوروسیلیکاتی بود. برای حصول این نتیجه، اختلاف ضریب انبساط حرارتی بین شیشه و کوار با استفاده از آزمون دیلاتومتری سنجیده شد و مواد اولیه دارای کمترین اختلاف ضرایب انبساط حرارتی شیشه و کوار بین نمونههای مختلف برای انجام اتصال انتخاب شدند. با توجه به ماهیت غیر فلزی شیشه، ایجاد اتصال متالورژیکی با یک فلز به صورت مستقیم از لحاظ موضوعتر شوندگی غیر ممکن است. لذا ایجاد یک لایه واسطه از طریق پیش اکسیداسیون، به عنوان راه حل این مشکل اتخاذ شد. خواص مکانیکی اتصال توسط آزمون کشش در دماها و زمانهای مختلف بررسی شد. نمونه با بیشترین میزان نیروی شکست به عنوان مناسبترین نمونه در نظر گرفته شد.
کلید واژه: آلیاژ کوار، شیشه بوروسیلیکاتی، روشهای اتصال، ضریب انبساط حرارتی، خواص مکانیکی، ترشوندگی.
فصل اول: کلیات
1-1-مقدمه
امروزه تولید الکتریسیته خورشیدی در حال پیشرفت نوید بخشی است. توجه روز افزون به اثرات مخرب زیست محیطی سایر روشهای تولید جریان الکتریکی، مزایای الکتریسیته خورشیدی را آشکار میسازد. هزینه تولید الکتریسیته از روشهای حرارتی و خورشیدی، کمتر از هزینه تولید آن در نیروگاههای سوخت فسیلی خواهد بود. تولید الکتریسیته از چند وات تا به اندازه تولید یک نیروگاه معمولی، توسط فناوریهای الکتریسیته خورشیدی امکان پذیر است. در حال حاضر شش روش مختلف برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشیدی شناخته شده است که عبارتنداز: آینه خورشیدی، سهمی گون[1] دریافت کننده مرکزی، آینههای بشقابی، دودکش خورشیدی، استخر خورشیدی و سلولهای نوری فتوولتائیک[2][1].
امروزه شیوه تولید جریان الکتریسیته توسط آینههای سهمیگون، جایگزینی برای شیوههای معمول تولید برق شده است. به عنوان نمونه، نیروگاه آینههای سهمیگون کالیفرنیا با ظرفیت 345 مگاوات، در مدت کارکرد ده ساله، پنج هزار گیگاوات ساعت الکتریسیته تولید کرده است که این میزان، هشتاد درصد کل انرژی خورشیدی تولیدی در دنیاست [2].
متمرکز کنندههای خورشیدی سهمی شکل با گیرندههای لولهای خلأ، تکنولوژی اصلی مورد استفاده در نیروگاههای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از گرمای خورشید هستند. این ابزارها، کم هزینهترین نوع تجهیزات در مقیاس وسیع هستند که امروزه در دسترس میباشند و با استفاده از نور خورشید متمرکز شده که به عنوان منبع حرارت برای سیکل رانکین[3] میباشد، انرژی الکتریکی تولید میکنند [3]. جمع کننده انرژی خورشید از آینههای سهموی تشکیل یافته که تابش اشعه خورشید را روی خط کانونی آنها متمرکز میکند و گیرنده[4]، به صورت لولهای در خط کانونی منعکس کنندهها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید، گرم و داغ میگردد. سیال انتقال حرارت که در گیرنده پمپاژ وارد میشود، از طریق پدیده همرفت[5] و دیوارهای گیرنده گرم میشود. سپس این سیال وارد یک بلوک میشود که در آن از طریق گرمای انتقال یافته، بخار تولید میشود. انرژی بخار در چرخه توربین بخار رانکین، به الکتریسیته تبدیل میشود [4]. تصویر یک متمرکزکننده سهمیگون در شکل 2-1 نشان داده شده است.
برای بهرهگیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله گیرنده، سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب انبساط بالایی دارد پوشش میدهند و همچنین در محیط اطراف آن، لولهای شیشهای به صورت لفاف پوشیده میشود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت به عمل آید. ضمناً بین این دو لوله خلأ به وجود میآورند تا پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
اتصال شیشه به فلز در لوله گیرنده، نه تنها نیازمند استحکام مکانیکی معینی است بلکه در شرایط خلأ بسیار بالا، باید مانع عبور گازها به داخل سیستم گردد. دست یابی به اتصال خوب بین فلز و شیشه در لوله گیرنده در سیستمهای گرمایش خورشیدی با دشواریهایی همراه است. شکست و یا جدا شدن اتصال شیشه – فلز در این سیستمها، یکی از پرهزینهترین فاکتورها در کارخانجات تولید سلولهای خورشیدی سهموی شکل میباشد که باعث کاهش بازدهی سیستم نیز میشود.
لولههای گیرنده خورشیدی، که با نام اجزای جمع آوری کننده گرما[6](HCE) نیز نامیده میشوند، از یک میله از جنس فولاد زنگ نزن با قطر خارجی 70 میلی متر تشکیل شدهاند که شامل یک سطح جذب انتخابی انرژی خورشید است و توسط یک لوله شیشهای خلأ با قطر خارجی 115 میلیمتر دربرگرفته شده است. شمایی از HCE در شکل نشان داده شده است. طول HCE به میزان 4 متر میباشد و یک المان انتقالی شیشه – فلز در انتهای آزاد تیوب شیشهای قرار داده میشود. شیشه بیرونی، در هر دو طرف پوششی ضد انعکاسی دارد تا تلفات انعکاس فرسنل[7] را کاهش دهد، از این رو انتقال انرژی خورشید را افزایش میدهد [5].
به دلیل اختلاف بین ضریب انبساط حرارتی شیشه و فلز و نیز به علت اختلاف زیاد در میزان گرم شدن در طول فرایند جذب انرژی خورشیدی، که منجر به افزایش دمای لوله فلزی تا دمای 400 درجه سانتی گراد و لوله شیشهای تا فقط 100 درجه سانتی گراد میشود، بین لوله فولادی و المان انتقالی فلز- شیشه، اختلاف انبساط باید جبران شود و تصحیح گردد [6 و 7]. در این پژوهش نحوه اتصال شیشه بوروسیلیکاتی به فلز بر اساس معیارهای صنعت مورد نظر میباشد
Abstract
Piezoelectric properties of Lead zirconate titanate (PZT) ceramics due to their numerous applications in the fields of Electronics, Biomedical engineering, Mechatronics and Thermoelectric. Although the electrical properties of PZT ceramics are great, but the mechanical properties such as fracture strength and toughness are low, and for use in applications with high stresses are in trouble, why additives such as Ag, Pt, MgO, ZrO2, Al2O3, and ZnO as reinforcing phase is used to improve the mechanical properties, although the electrical properties may be reduced. In this study, lead monoxide, zirconium dioxide and titanium dioxide was used to prepare PZT compound with chemical formula Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3.
Planetary mill and zirconia balls were used for homogenization of materials. Two-stage calcination was performed at temperatures 600˚C and 800˚C and holding time at that temperature for 2 h. In order to improve the mechanical properties and composites forming of PZT/ZnO and PZT/Al2O3, ZnO and Al2O3 particles was added to calcined materials. composite tablets sintered at 1100˚C for 2 h in the normal atmosphere. Microstructure and phase analysis by XRD and SEM, and density, fracture strength, toughness and hardness, via the Archimedes method, three-point bending, direct measurement length crack and Vickers method were evaluated respectively. With the addition of ZnO and Al2O3, compressibility is increased and the microstructure and mechanical properties such as flexural strength, toughness and hardness are enhanced. Dielectric and piezoelectric properties of the samples, respectively were measured by LCR meter and d33metet tester. With the addition of ZnO and Al2O3, the dielectric and piezoelectric properties of PZT such as dielectric constant, piezoelectric coefficient and coopling factor are decreased and loss tangent increased.
[1] Parabolic
[2] Photo-Voltaic
[3] Rankin
[4] Receiver
[5] Convection
[6] Heat Collector Element
[7] Fresnel
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.