اين اختراع شامل توليد پودر كاربيد تنگستن نانومتري با استفاده از جوانه زا مي باشد. در اكثر روش هاي توليد اين ماده، كاربيد توليد شده داراي ناخالصي هاي استكيومتري فراواني مي باشد كه باعث كاهش خواص نهايي ماده سنتز شده مي گردد. در اين روش با استفاده از جوانه زا كاربيد تنگستن به ميزان كافي و اعمال فرايند آلياژ سازي مكانيكي، امكان دستيابي به اين ماده در زمان هاي كوتاه ميسر خواهد شد. ضمن اينكه به دليل ريز شدن شديد ساختار (ابعاد نانو)، خواص مكانيكي و فيزيكي به شدت بهبود خواهد يافت. استفاده از اين تكنيك كه براي اولين بار در دنيا مطرح شده است، صرفه اقتصادي بالايي را نيز به همراه خواهد داشت.

نياز بشر براي يافتن موادي كه داراي ويژگي هاي بهتري نسبت به مواد خالص و مركب موجود در صنايع باشند، دانشمندان را به سمت توليد موادي نوين سوق داده است. يكي از مهم ترين اين مواد كه امروزه بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته است، كامپوزيت هاي گرادياني يا (FGM) Functionally Graded Materials هستند. FGMها ، مواد كامپوزيتي باريز ساختار ناهمگن مي باشند كه خواص آن ها به طور ملايم و پيوسته از يك سطح به سطح ديگر تغيير مي يابد، كه اين حالت ويژه به وسيله تغيير يكنواخت در نسبت حجمي مواد تشكيل دهنده آن ها بدست مي آيد با استفاده از اين تكنيك، سازگاري قابل قبول و منطقي در خواص مواد ايجاد مي شود كه توسط ديگر مواد مهندسي قابل دسترسي نيست. بنابراين انتظار مي رود كه اين دسته از مواد در مقايسه با مواد مركب و همچنين ساير مواد مهندسي از خواص مكانيكي موثرتري برخوردار باشند. ضمن اينكه به دليل ساختار لايه اي اين مواد، مشكلات شكست قطعات به دليل تنش هاي حرارتي ناشي از عدم تطابق فازهاي موجود در مواد مركب به حداقل رسيده و FGM ها كانديداهاي بسيار مطلوبي در كاربردهايي كه نياز به مقاومت در برابر حرارت، خوردگي و سايش وجود دارد، محسوب مي شوند. با توجه به ويژگي هاي اين مواد، صنايع هوايي ، فضايي، نيروگاهي، هسته اي، شيميايي و نفت و گاز مي توانند به صورت بالقوه مشتريان FGM ها باشند. در بين روشهاي توليد اين مواد ريخته گري گريز از مركز يك تكنيك خوب و ارزان در ساخت قطعات استوانه اي تو خالي مثل لوله مي باشد. لوله هاي توليدي به اين روش از جنس آلومينيوم و ذرات فاز تقويت كننده با ابعاد نانو متري از كاربيدهاي صنعتي مثل كاربيد تنگستن و كاربيد سيليسيم و يا كاربيد تيتانيوم است. ذرات سراميك كاربيدي در زمينه آلومينيوم به صورت گرادياني توزيع شده كه داراي سختي سطحي و مقاومت به سايش خوب كه مخصوص سراميك است بوده و مغز لوله از چقرمگي مناسب كه مخصوص فلزات است برخوردار است. استفاده از لوله هاي بدون درز گرادياني زمينه آلومينيوم كه سطح داخلي آن سخت شده باشد ، مي تواند به جاي لوله هاي بدون درز فولادي در خطوط انتقال سيالات استفاده شود. همچنين لوله هاي بدون درز گرادياني كه سطح خارجي آن سخت شده باشد، مي تواند در لوله هاي كوره هاي شعله مستقيم يا واتر وال بويلرها استفاده شود چون سطح خارجي لوله كه از ذرات سراميكي تشكيل شده است در برابر حرارت و شوكهاي حرارتي و اكسيداسيون مقاوم است.

خلاصه: ساخت پنجره مادون قرمز از جنس ZnS با روش سينتر جرقه اي در حالت پلاسما (SPS) زمينه فني: مهندسي مواد- سراميك امروزه پنجره هاي مادون قرمز در بسياري از صنايع از جمله صنايع ليزر و صنايع نظامي و... مورد توجه قرار گرفته است. تا كنون روش هايي همچون CVD ، PVD ، رشد تك كريستال از مذاب و پرس گرم براي ساخت اين قطعات مورد بررسي و پژوهش قرار گرفته اند كه به دليل كاربردهاي نظامي اين قطعات و مهم نبودن قيمت تمام شده اين قطعات ، مرسوم ترين روش براي ساخت اين قطعات در صنايع مختلف ، روش CVD بوده است. بنابراين ساخت پنجره هاي مادون قرمز با هزينه هاي پايين تر و خواص مكانيكي بالاتر مي تواند نقش شاياني در كاهش هزينه ها و بالا بردن عمر و قدرت عملكرد اين قطعات ايفا كند. در اين پژوهش پودر ZnS با خلوص 99.99% بدون هيچ عمليات پيش سينتر درون قالب هاي گرافيتي ايزواستاتيك ريخته مي شود و در شرايط مشخص تحت جريان هاي پالسي DC با آمپرهاي بالا سينتر مي شود. جريان هاي پالسي DC باعث ايجاد ميكرو جرقه هايي در بين ذرات پودر شده و بين اين ذرات با استفاده از هواي محبوس بين ذرات محيط پلاسما را ايجاد مي كند كه كمك بسياري در سينترينگ سريع قطعه مي كند از سويي ديگر جريان پالسي DC به طور مستقيم از ذرات و قالب عبور مي كند كه خود باعث ايجاد گرماي ژولي مي شود كه در اثر مقاومت مواد در برابر عبورجريان الكتريسيته مي باشد و اين امر نيز باعث سينترينگ سريع قطعه مي شود. سينترينگ سريع قطعه باعث كاهش رشد دانه در حين سينترينگ شده و اين امر باعث بهبود خواص مكانيكي قعه مي شود. نتايج آناليزهاي تفرق اشعه ايكس ، FTIR و ميكرو سختي سنجي ، كيفيت ، عبور و سختي مناسب اين قطعات را اثبات مي كند. مهمترين نكته هزينه پايين تر ساخت قطعات در اين روش نسبت به روش مرسوم CVD مي باشد.

سراميك نيتريد سيليسيوم به دليل دارا بودن خواص مكانيكي عالي در دماغه موشك كاربرد دارد.به دليل اينكه اين ماده داراي عمده پيوند كوالانت است جهت سينتر آن به دماي بالايي نياز است. از روش سينتر جرقه پلاسما مي توان براي ساخت كامپوزيت نيتريد سيليسيوم-باريم آلومينوسيليكات با كريستاله كردن كامل باريم آلومينوسيليكات استفاده كرد. ويژگي هاي ممتاز فرايند سينتر به روش جرقه پلاسما ، چگالش سريع، زمان نگه داري كوتاه و دماي سينتر پايين است. در كار حاضر از پودر نيتريد سيليسيوم با نسبت 70 درصد وزني فاز و 30 درصد وزني فاز با اندازه ذرات 8/0 ميكرومتر و خلوص 9/99 استفاده شد. همچنين از پودرهاي كربنات باريم، آلومينا و سيليس براي تهيه باريم آلومينوسيليكات استفاده شد. پس از اختلاط و همگن¬سازي 70 درصد حجمي نيتريد سيليسيوم و30 درصد حجمي باريم آلومينوسيليكات، مخلوط پودرها در داخل قالب گرافيتي قرار گرفته و تحت سينتر جرقه پلاسما تحت اتمسفر خلا قرار گرفت. بررسي شرايط مختلف زينتر نشان داد كه بهترين نتايج در فشارهاي اعمالي MPa 40-20، دماهاي °C 1800 – 1600 با سرعت¬هاي حرارت¬دهي 30 تا 50 درجه سانتي¬گراد بر دقيقه و جريان مستقيم پالسي 3000-1000 آمپر در مدت زمان نگه داري 10-2 دقيقه بدست آمد.

امروزه ابزارهاي برش و ساينده كاربردهاي فراواني در صنعت پيدا كرده‌اند. كاربيد تنگستن/كبالت يكي از ابزارهاي مهم در صنعت ابزارهاي برش و ساينده مي‌باشد ولي كبالت فلزي به دليل سمي بودن، منابع كم، كاهش مقاومت به خوردگي و .. كاربرد اين كاربيد سمانته را اخيرا با محدوديت روبرو كرده است. در سالهاي اخير جايگزين¬هايي نظير Ni، Fe، TiC، ZrO2، MgO و... براي آن در نظر گرفته شده است. برخي از محققين تهيه ماده را بدون بايندر توصيه كرده اند. اما بايد توجه كرد كه بدون استفاده از بايندر فلزي ، دماي سينتر بالا (̊C 1700-1800) براي رسيدن به چگالي مناسب(%98-97 چگالي تئوري) حتي با استفاده از فرايندهاي نوين لازم است. در بين بايندرهاي سراميكي، آلومينا يك ماده ديرگداز با قيمت پايين ، سختي بالا، مقاومت به اكسيداسيون و خوردگي بالا است. از آنجايي كه دماي ذوب آلومينا پايين تر از ZrO2 و MgO است . لذا دماي سينتر آن پايين تر از سيستم WC-ZrO2 و WC-MgO خواهد بود. همچنين اين ماده ارزان تر از Co ، ZrO2 و MgO مي¬باشد.

با توجه به شرايط كاري پره¬هاي توربين¬هاي گازي، كه اغلب در دماهاي بالا و در محيط¬هاي تحت اكسيداسيون و خوردگي داغ كار مي¬كنند، با گذشت زمان ريزساختار سوپرآلياژ سازنده اين پره¬ها دچار تغيير مي¬شود. اين تغييرات منجر به افت شديد خواص و كاهش عمر خزشي مي¬شود. به همين دليل، انجام عمليات حرارتي مياني موسوم به جوان¬سازي مي¬تواند منجر به بازيابي ريزساختار و افزايش عمركاري پره¬ها شود. با توجه به اين موضوع، در اين اختراع عمليات حرارتي جوان¬سازي پره توربين ارائه مي¬شود. پس از بررسي نمونه¬هاي حل¬سازي شده در شرايط مختلف، پارامترهاي حل¬سازي كامل مانند دما و زمان مشخص شد. در ادامه عمليات پيرسازي در دما و زمانهاي مختلف انجام شد و ويژگي¬هاي نمونه¬ها مانند ريزساختار و سختي آنها بررسي شد. با انجام عمليات حرارتي جوان¬سازي بهينه، همگن شدن ساختار، حل شدن كاربيدها، كاهش اندازه ϒʹ، اصلاح ساختار آن و افزايش درصد حجمي اين فاز حاصل مي¬شود كه در مجموع منجر به بهبود خواص مكانيكي زير لايه مي¬شود. پس از تعيين شرايط بهينه جوان¬سازي، عمليات پوشش¬دهي مجدد بر روي نمونه¬هاي جوان¬سازي شده انجام شد. نتايج بررسي¬هاي ريزساختاري نمونه¬هاي پوشش داده شده نشان داد كه انجام عمليات حرارتي جوان¬سازي موجب تشكيل فازهاي مفيد در پوشش، توزيع يكنواخت عناصر موجود در آن و كاهش كاربيدهاي مضر در سطح پوشش مي¬شود و بهبود خواص را در پي دارد.

در اين اختراع از نانو پودر TiO2 جهت ايجاد پوشش نانو ساختار با استفاده از فرايند اسپري شعله استفاده شده است. اندازه متوسط نانو پودر استفاده شده 20 نانومتر بوده و اين پودر داراي دو فاز آناتاز و روتيل با 75 درصد حجمي آناتاز بوده است. پودر مصرف يك پودر گرانوله و آگلومره شده با اندازه متوسط 20 ميكرومتر مي باشد كه اندازه پودر مناسب براي استفاده در سيستم پاشش حرارتي است. در اين اختراع پارامترهاي متفاوت سيستم پاشش حرارتي كه تاثير مستقيمي بر مورفولوژي ساختار كريستالي ، اكتيويته فتوكاتاليستي و ... مي گذارد شناسايي شده و مورد كنترل قرار گرفته است و پس از تهيه پوشش هاي مختلف با تغيير پارامترهايي سيستم و انجام آزمون هاي لازم بر نمونه هاي پوشش، پارامترهاي بهينه سيستم كه منجر به ايجاد پوششي با اكتيويته فتوكاتاليستي بالا مي گردد، به دست آمده است. براساس پارامترهاي بهينه سيستم نمونه هاي بهينه پوشش تهيه گرديده و مورد بررسي قرار گرفته است.

در اين اختراع، از نانو پودر Tio2 جهت ايجاد پوشش نانو ساختار با استفاده از فرايند APS استفاده شده است. اندازه متوسط نانو پودر استفاده شده 20 نانو متر بوده و اين پودر داراي دو فاز آناتاز و روتيل با 75 درصد حجمي آناتاز بوده است. پودر مصرفي يك پودر گرانوله و آگلومره شده با اندازه متوسط 20 ميكرومتر مي باشد كه اندازه پودر مناسب براي استفاده در سيستم پاشش حرارتي است. در اين اختراع پارامترهاي متفاوت سيستم پاشش حرارتي كه تاثير مستقيمي بر مورفولوژي ساختار كريستالي ، اكتيويته فنوكاتاليستي و ... مي گذارد مورد كنترل قرار گرفته است و پارامترهاي بهينه سيستم كه منجر به ايجاد پوشش داراي خواص فنوكاتاليستي مي گردد، به دست آمده است.