عنوان اين اختراع شامل " توليد، اعمال و ارزيابي پوشش كنترل حرارتي سياه پلي اورتاني براي كاربرد در ماهواره " مي‏باشد و طبق طبقه بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج، زير بخش شيمي قرار مي گيرد. ماهواره‌ها و فضاپيماهاي مستقر در فضا همواره در معرض تابش‌هاي شديدي از طرف خورشيد هستند كه مي‌تواند دما را تا حد از كار افتادن قطعات آن‌ها افزايش دهد. اثرگرماي توليد شده توسط قطعات داخلي را نيز بايد به مشكل كنترل دما اضافه كرد. از طرفي در فضا امكان دفع حرارت از طريق هدايت و همرفت وجود ندارد و در نتيجه تنها روش ممكن براي كاهش دما، انتقال حرارت از طريق تابش (امواجي مانند مادون قرمز) است. بنابراين براي حفظ تعادل گرمايي و در نتيجه عملكرد بهينه تجهيزات داخلي، سطوح خارجي سفينه توسط پوشش‌هاي كنترل حرارتي، كه مشخصات نوري (ضريب جذب خورشيدي و ضريب نشر كلي) ويژه‌اي دارند، پوشانده مي‌شوند. اين پوشش‌ها تابش‌هاي مرئي، فرابنفش و نزديك مادون قرمز را بازتاب مي‌كنند در حالي كه طول موج‌‌هاي مادون قرمز را جذب و نشر مي‌كنند. ماهواره در حين كار تحت شرايط مخربي قرار مي گيرد كه اين شرايط باعث تغيير در خواص نوري و مكانيكي پوشش‌هاي به كار رفته روي سطوح آن‌ها مي‌شود. به همين دليل پوشش‌هاي به كار رفته بايد داراي مقاومت طولاني مدت در برابر اين عوامل باشند. اين عوامل شامل نوسان‌هاي دمايي شديد، خلاء بسيار شديد، پرتوهاي فرابنفش، تابش‌هاي يونيزه كننده، اكسيژن اتمي و اجرام پر سرعت فضايي است. پلي اورتان ها دسته اي از مواد پليمري با كارايي بالا هستند كه به دليل خصوصيات برجسته مكانيكي و الكتريكي و همچنين پايداري شيميايي و حرارتي، به صورت گسترده اي در صنايع مختلف استفاده مي‌شوند. اين پليمر ها داراي خصوصياتي شامل پايداري جوي طولاني مدت، انعطاف پذيري و مقاومت در برابر مواد شيميايي، خش، ضربه و تنش مي‌باشد. در اين اختراع پوشش كنترل حرارتي سياه پلي اورتاني با استفاده از پلي (كاپرولاكتون) با وزن مولكولي 550، متيل دي فنيل ايزوسيانات (MDI)، نسبت NCO/OH برابر 1/4 و رنگدانه كربن سياه با غلظت حجمي رنگدانه برابر 12 درصد ساخته و روي زيرآيند آلومينيم با آماده سازي فسفاته كردن اعمال شد. پوشش توليد شده داراي مقاومت بالا به سايش، چسبندگي، ضربه و خمش است. جذب خورشيدي (α) و نشر مادون قرمز (ε) آن به ترتيب 0/948و 0/857 است. همچنين نتايج بررسي اثر اكسيژن اتمي و آزمون سيكل حرارتي نشان داد پوشش توليدي از مقاومت خوب در برابر اكسيژن اتمي و مقاومت بالا در برابر سيكل حرارتي برخوردار است. پوشش كنترل حرارتي سياه پلي اورتاني توليد شده مي تواند به عنوان پوشش كنترل حرارتي روي انواع سطوح ماهواره از جمله آنتن ها، بدنه و همچنين سطوح داخلي و... در محيط فضا به كار رود.

عنوان اين اختراع شامل "توليد نانوپودر زيركونيا پايدار شده با منيزيا" مي باشد. طبق طبقه بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج، زير بخش متالورژي قرار مي گيرد. در سال¬هاي اخير فناوري توربين¬هاي گازي توليد برق و همچنين كاربردهاي موتورهاي هوايي تقاضاي استفاده از سوپرآلياژهاي بر پايه نيكل را افزايش داده است. سوپرآلياژهاي بر پايه نيكل اغلب فاقد مقاومت كافي در برابر محيط¬هاي احتراقي هستند. يكي از عمومي¬ترين كاربردها در موتورهاي توربين گازي، پوشش سد حرارتي مي¬باشد كه سال¬هاي زيادي است مورد استفاده قرار مي¬گيرد. سيستم زيركنيا- منيزيا يكي از مناسب¬ترين گزينه-هاي پوشش سد حرارتي پلاسما اسپري، در كاربردهاي دما بالاي موتورهاي هوايي مي¬باشد. چندين سال است كه از پوشش زيركنياي پايدار شده با منيزيا در توربين¬هاي گازي هوايي، به عنوان سد حرارتي در محفظه¬هاي احتراق استفاده شده است. اين پژوهش بيان كننده توليد نانوپودر زيركنيا پايدار شده با منيزيا مي¬باشد، كه از روش پچيني و مواد اوليه اكسي كلريد زيركنيوم، نيترات منيزيم، اسيد استيك و اتيلن گليكل بدين منظور استفاده شده است. ميزان مواد اوليه طوري انتخاب شده است كه تركيب نهايي 24 درصد وزني MgO و 76 درصد وزني ZrO2 تشكيل شود. ميانگين اندازه ذرات در حدود 5/63 نانومتر مي¬باشد (شكل 1 صفحه اول نقشه اختراع). نانوپودر حاصل به صورت خالص توليد شده و فازهاي تشكيل دهنده آن زيركنيا و منيزيا مي¬باشد (شكل¬هاي 2 و3 نقشه اختراع). در حال حاضر كليه پودرهاي تجاري زيركنياي پايدار شده با منيزيا (MSZ)، كه به منظور استفاده در پوشش¬هاي سد حرارتي به كار مي¬روند، در ابعاد ميكرومتر توليد مي¬شوند و شركت¬هاي محدودي در جهان از قبيل شركت سوئدي سولزر متكو ، اقدام به عرضه اين محصول در ابعاد ميكرومتر مي¬نمايند و تا كنون اين پودر در ابعاد نانو جهت استفاده در پوشش¬هاي سد حرارتي عرضه نشده است. همچنين تا¬كنون فعاليتي چه در داخل و چه در خارج از كشور براي توليد آزمايشگاهي نانو پودرهاي زيركنياي پايدار شده با منيزيا (MSZ) به روش سل- ژل پچيني انجام نشده است.

تراشكاري با بكارگيري پيشگرم توسط ليزر، فرايندي است كه از پرتو ليزر براي گرمايش موضعي و كاهش استحكام قطعه كار هنگام براده برداري استفاده مي كند. كاهش استحكام به كمك گرمايش ليزر در ناحيه جلوي ابزار برش باعث بهبود قابليت ماشينكاري مواد با استحكام بالا نظير سوپرآلياژها، فولادهاي سخت و آلياژهاي تيتانيم شده كه با روش هاي متداول به سختي ماشينكاري مي شوند. در اين طرح با بكارگيري ليزر پالسي با عرض پالس ميلي ثانيه براي گرمايش قطعه كار، كاري نو انجام گرفته كه امكان كنترل دقيقتر گراديان دمايي و توزيع حرارت در ناحيه براده برداري نسبت به ليزرهاي پيوسته ايجاد شده است. با استفاده از ليزر پالسي، همزمان با ايجاد يك محدوده دمايي مناسب، امكان ايجاد عمق ناحيه متاثر از حرارت متناسب با عمق برش براي حالت پرداخت يا خشن تراشي در فرايند ماشينكاري به كمك ليزر فراهم شده است. با طراحي مكانيزم موقعيت دهي نازل ليزر، امكان حركت همزمان پرتو ليزر با ابزار برشي و همچنين قابليت تابش پرتو ليزر بر سطح قطعه از فاصله هاي متفاوت نسبت به ابزار برش ايجاد شده است. ايجاد توزيع حرارتي مطلوب توسط ليزر پالسي باعث افزايش نرخ براده برداري و افزايش عمر ابزار برش شده است.

عنوان اين اختراع شامل «توليد، اعمال و ارزيابي پوشش كنترل حرارتي سفيد پلي اورتاني براي كاربرد در ماهواره» مي باشد و طبق طبقه بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج «شيمي و متالوژي» - زير بخش «شيمي» قرار مي گيرد. ماهواره ها و فضاپيماهاي مستقر در فضا در معرض تابش هاي شديدي از طرف خورشيد هستند كه مي تواند دما را تا حد از كار افتادن قطعات آن ها افزايش دهد. اثر گرماي توليد شده توسط قطعات داخلي را نيز بايد به مشكل كنترل دما اضافه كرد. از طرفي در فضا امكان دفع حرارت از طريق هدايت و همرفت وجود ندارد و در نتيجه تنها روش ممكن براي كاهش دما، انتقال حرارت از طريق تابش (امواجي مانند مادون قرمز) است. بنابراين براي حفظ تعادل گرمايي و در نتيجه عملكرد بهينه تجهيزات داخلي، سطوح خارجي سفينه توسط پوشش هاي كنترل حرارتي، كه مشخصات نوري (ضريب جذب خورشيدي و ضريب نشر كلي) ويژه اي دارند، پوشانده مي شوند. اين پوشش ها تابش هاي مرئي، فرابنفش و نزديك مادون قرمز را بازتاب مي كنند در حالي كه طول موج هاي مادون قرمز را جذب و نشر مي كنند. ماهواره در حين كار تحت شرايط مخربي قرار مي گيرد كه اين شرايط باعث تغيير در خواص نوري و مكانيكي پوشش هاي به كار رفته روي سطوح آن ها مي شود. به همين دليل پوشش هاي به كار رفته بايد داراي مقاومت طولاني مدت در برابر اين عوامل باشند. اين عوامل شامل نوسان هاي دمايي شديد، خلأ بسيار شديد، پرتوهاي فرابنفش، تابش هاي يونيزه كننده، اكسيژن اتمي و اجرام پرسرعت فضايي است. پلي يورتان ها دسته اي از مواد پليمري با كارايي بالا هستند كه به دليل خصوصيات برجسته مكانيكي و الكتريكي و همچنين پايداري شيميايي و حرارتي، به صورت گسترده اي در صنايع مختلف استفاده مي شوند. اين پليمرها داراي خصوصياتي شامل پايداري جوي طولاني مدت، انعطاف پذيري و مقاومت در برابر مواد شيميايي، خش، ضربه و تنش مي باشد. در اين اختراع پوشش كنترل حرارتي سفيد پلي اورتاني با استفاده از پلي (تترامتيلن گلايكول) با وزن مولكولي 2000، ايزوفورون دي ايزوسيانات (IPDI)، نسبت NCO/OH برابر 1/8 و رنگدانه اكسيد تيتانيوم با غلظت حجمي رنگداه برابر 20 درصد ساخته و بر روي زيرآيند آلومينيوم با آماده سازي آندايزينگ اعمال شد. پوشش توليد شده داراي مقاومت بالا به سايش، چسبندگي، ضربه و خمش است. جذب خورشيدي (αs) و نشر مادون قرمز (Ԑ) آن به ترتيب 0/236 و 0/862 است. همچنين نتايج بررسي اثر اكسيژن اتمي و آزمون سيكل حرارتي نشان داد پوشش توليدي از مقاومت خوب در برابر اكسيژن اتمي و مقاومت بالا در برابر سيكل حرارتي برخوردار است. پوشش كنترل حرارتي سفيد پلي اورتاني توليد شده مي تواند به عنوان پوشش كنترل حرارتي بر روي انواع سطوح ماهواره از جمله آنتن ها، بدنه و ... در محيط فضا به كار رود.

عنوان اين اختراع شامل «توليد، اعمال و ارزيابي پوشش كنترل حرارتي سفيد سيليكوني براي كاربرد در ماهواره» مي باشد و طبق طبقه بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج «شيمي و متالوژي» - زير بخش «شيمي» قرار مي گيرد. ماهواره ها در فضا در معرض اشعه ماوراء بنفش، اكسيژن اتمي، تغييرات شديد دمايي و تخريب دمايي و آسيب هاي فيزيكي و غيره قرار مي گيرند. به همين منظور براي حفظ دماي ماهواره ها در حد ايمني عمليات، از پوشش هاي حرارتي و رنگ هاي كنترل حرارتي استفاده مي شود كه بايد در مقابل اين شرايط سخت در طول عمر مفيد ماهواره از خود مقاومت نشان دهند. رزين سيليكوني پايداري حرارتي بالايي دارد زيرا ساختار آن داراي انرژي پيوند بالا و خصوصيات يوني بالا از باندهاي Si-O است بنابرايم. رزين هاي سيليكوني انتخاب مناسب براي ساختن پوشش هاي محافظ حرارتي است. رزين هاي سيليكوني به دليل دماي تحول شيشه اي پايين (123- درجه سانتي گراد) پايداري خوبي در دماهاي پايين دارند. رزين هاي سيليكوني داراي انعطاف پذيري بالا، مقاومت خوب در برابر شوك حرارتي، قابليت اعمال با ضخامت بالا، قابليت تحمل سيكل حرارتي در محدوده دمايي 100 درجه سانتي گراد تا 100- درجه سانتي گراد، تحمل دمايي 400 درجه سانتي گراد، مقاومت خوردگي و رطوبت بالا، مقاومت به اكسيژن اتمي و UV بالا هستند. پليمر پلي دي متيل سيلوكسان با انتهاي وينيل، يك پليمر خطي است كه براي ساخت الاستومرهاي سيليكوني به كار مي رود و مي تواند در سه بعد شبكه اي شود. دو سر زنجيره اين پليمرهاي خطي به وسيله وينيل (CH=CH2) بسته شده است. به طور كلي پخت پليمر پلي دي متيل سيلوكسان با انتهاي وينيل به دو نوع مختلف رخ مي دهد كه شامل سخت شدن پراكسيدي و سخت شدن افزايشي كاتاليست شده با پلاتينيوم است. در سخت شدن افزايشي مركز پلاتينيوم يك مكان كوئوردينانسيوني آزاد بوده كه در برهمكنش با گروه وينيلي، آن را فعال كرده و با يك شبكه كننده حاوي گروه Si-H واكنش مي دهد. كاتاليست از واكنش خارج و آزاد مي شود و دوباره براي واكنش شبكه كننده بعدي فعال مي شود. سيليكون رابرها در اصل به صورت شفاف هستند و با استفاده از رنگدانه ها به صورت مات يا رنگي تبديل مي شوند. در رنگ مخصوص ماهواره به خاطر شرايط خاص محيط فضا، از رنگدانه اكسيد روي استفاده مي شود. اكسيد روي پودر سفيد نرم است كه به صورت دانه هاي ريز يا گره دار (5-0/1 ميكرومتر) يا به صورت سوزني شكل (0/5-10 ميكرومتر) مي باشد. اين پودر نور UV را در طول موج هاي زير 366nm جذب مي كند. در اين اختراع پوشش سفيد كنترل حرارتي با استفاده از رزين Elastosil RT604 و رنگدانه اكسيد روي با نسبت P/B=2/5 ساخته و بر روي زيرآيند آلومينيوم اعمال شد. همچنين از آستري واش پرايمر براي بهبود چسبندگي استفاده گرديد. پوشش توليد شده داراي چسبندگي خوب و مقاومت بالا به سايش، ضربه و خمش است. جذب خورشيدي (αs) و نشر مادون قرمز (Ԑ) آن به ترتيب 0/257 و 0/780 است كه بهتر از پوشش هاي سفيد كنترل حرارتي مشابه خارجي مي باشد. همچنين نتايج بررسي اثر اكسيژن اتمي و آزمون سيكل حرارتي نشان داد پوشش توليدي از مقاومت بالا در برابر اكسيژن اتمي و سيكل حرارتي برخوردار است پوشش كنترل حرارتي سفيد سيليكوني توليد شده مي تواند به عنوان پوشش كنترل حرارتي بر روي انواع سطوح ماهواره از جمله آنتن ها ، بدنه و ... در محيط فضا به كار رود.

عنوان اين اختراع شامل «اصلاح سازي سطحي ليزري پوشش هاي سد حرارتي CYSZ پاشش پلاسمايي شده» مي باشد و طبق طبقه بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني در بخش ج، زير بخش متالورژي قرار مي گيرد. به منظور بالا بردن مقاومت به شوك حرارتي و خوردگي داغ پوشش هاي سد حرارتي CTSZ پاشش پلاسمايي شده، ابتدا در پارامترهاي بهينه جهت اصلاح سازي سطح اين پوشش ها به وسيله ليزر Nd:YAG پالسي به دست آمد. به منظور تعيين پارامترهاي بهينه، از پنج دسته پارامتر مختلف استفاده شد. پارامترهاي بهينه، براساس عمق ذوب و كيفيت سطحي نمونه ها انتخاب شد. پس از به دست آوردن پارامترهاي بهينه، سطح پوشش ها به طور موفقيت آميزي اصلاح شد. كارايي پوشش هاي اصلاح شده در مقايسه با پوشش هاي اصلاح نشده، در آزمون هاي شوك حرارتي و خوردگي داغ بررسي شد. مطالعات ريزساختاري نشان داد كه اصلاح سازي سطحي ليزري پوشش ها، باعث تبديل ريزساختار لايه اي به يك ريز ساختار متراكم، افت شديد زبري سطح، توليد شبكه پيوسته اي از ترك هاي منقطع عمود بر سطح و حذف تخلخل هاي باز روي سطح شده است. نتايج آزمون شوك حرارتي، بهبود چهار برابري طول عمر نمونه هاي اصلاح شده ليزري را در مقايسه با نمونه هاي پاشش پلاسمايي شده تأييد كرد. همچنين، نتايج آزمون خوردگي داغ اثبات كرد كه فرآيند اصلاح سازي سطحي ليزري، مقاومت به خرودگي داغ پوشش پاشش پلاسمايي شده را بيش از دو برابر بهبود بخشيده است.

عنوان اين اختراع شامل «اعمال و ارزيابي پوشش سد حرارتي نانوساختار YSZ براي كاربرد در موتورهاي توربيني گازي» مي باشد و براساس طبقه بندي بين المللي اختراعات، زمينه فني آن در بخش ج: شيمي - متالورژي، زيربخش متالورژي قرار مي گيرد. با توجه به لزوم استفاده از پوشش هاي سد حرارتي در موتورهاي توربيني گازي هوايي و زميني در كشور، انجام تحققيقات جديد جهت ارايه راهكارهايي براي بهبود و ارتقاء سطح كارايي اين پوشش ها از اهميت ويژه اي برخوردار است. بر اين اساس، به منظور دست يابي به راندمان بالاتر موتورهاي توربيني گازي و طول عمر بيشتر پوشش، به توليد نسل بعدي پوشش هاي سد حرارتي نياز است. ايجاد ساختار نانو، ريكردي جديد براي توليد پوشش هاي سد حرارتي پاشش پلاسمايي شده پيشرفته است. در فرآيند پاشش پلاسمايي ار انرژي حرارتي يك جت پلاسما براي ذوب و پرتاب مواد با سرعت بالا روي زيرلايه استفاده مي شود. بر اين اساس، ذرات پودري ميكرواندازه تزريق شده به داخل پلاسما. در طي گذر از ميان آن، ذوب شده و با سرعت زياد به سمت زيرلايه پرتاب مي شوند. اين ذرات با برخورد به سطح به وسيله نيروي ضربه اي، پهن شده و با سرعت سرمايش بسيار بالا، منجمد مي شوند با اين حال، در طي فرآيند پاشش پلاسمايي، استفاده مستقيم از پودرهاي نانواندازه به دليل جرم پايين و اينرسي كم نانوذرات منفرد، منجر به افت شديد راندمان رسوب دهي و عدم توليد پوشش با چسبندگي مطلوب مي شود. براي رفع اين مشكل، از پودر نانوساختار ميكرواندازه توليد شده به واسطه آگلومراسيون نانوذرات منفرد YSZ استفاده شد. چنين پودرهايي با روشي مشابه پودرهاي متداول ميكروني، پاشش مي شوند. با اين وجود بايد تلاشي اضافي جهت حفظ ساختار نانوي پودرهاي اوليه در پوشش هاي پاششي، صورت گيرد. نكته بسيار مهم در فرآيند پاشش پلاسمايي پودرهاي نانوساختار آگلومره شده، چگونگي كنترل فرآيند پاششف به نحوي كه ساختار نانو بتواند در پوشش حفظ شود، است. از طرف ديگر، در طي فرآيند پاشش پلاسمايي سراميك ها با استفاده از رويكردهاي مرسوم، درجه اي از ذوب ذرات پودري به منظور ايجاد چسبندگي لازم، امري ضروري است. براي اين منظور، پارامترهاي فرآيند پاشش پلاسمايي اتمسفري به نحوي طراحي و كنترل شد كه تنها بخشي از ذرات پودري ysz نانوساختار آگلومره شده ذوب و بخشي از ساختار نانوي پودر اوليه به صورت ذوب نشده در پوشش جاسازي شد. براساس نتايج، پوشش سد حرارتي نانوساختار ysz پاشش پلاسمايي شده يك ريزساختار دوگانه، شامل ذرات نانواندازه باقي مانده از پودر و دانه هاي ميكروستوني شكل گرفته از انجماد مجدد بخش ذوب شده پودر را نشان داد. اين ريزساختار منحصر به فرد، بهبود قابل ملاحظه استحكام چسبندگي، ظرفيت عايق سازي حرارتي و مقاومت به شوك حرارتي پوشش نانوساختار را در مقايسه با پوشش متداول در پي داشت.