پنجره مادون قرمز ايتريا ساخته شده به روش سينترجرقه پلاسما به عنوان بخشي از يك حسگر به منظور آشكارسازي امواج مادون قرمز در انواع مختلف هواپيماها، موشك هاي حرارتي و ... به كار مي روند. به دليل اين كه ساخت پنجره هاي تك كريستال ايتريا مشكل بوده و از نظر اندازه محدوديت دارد، به ساخت پنجره هاي پلي كريستال آن روي آورده شده است. . اما خواص مكانيكي و بنابراين مقاومت به شوك حرارتي ايترياي پلي كريستال به اندازه آلوميناي تك بلور كه پنجره مادون قرمز رايجي است، خوب نيست. بهبود خواص مكانيكي مواد پلي كريستال مانند ايتريا امكان پذير است. استحكام مكانيكي تابعي از اندازه دانه ماده است. با كاهش اندازه دانه استحكام مكانيكي افزايش مي يابد. علاوه بر آن ، مقاومت به شوك حرارتي هم چنين با كوچكتر شدن اندازه دانه، افزايش مي يابد. بيشينه استحكام سراميكهاي پلي كريستال در محدوده اندازه دانه بين μm 10-1 به دست مي آيد. از روش سينتر جرقه پلاسما مي توان براي ساخت ايترياي شفاف با اندازه دانه بين μm 10-1 استفاده نمود. ويژگي هاي ممتاز فرايند سينتر به روش جرقه پلاسما ، چگالش سريع، زمان نگهداري كوتاه و دماي سينتر پايين 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.

مولايت به علت دماي سنتز بالا و شرايط تشكيل در فشار پايين، به‌ندرت در طبيعت يافت مي‌شود. آلومينا و كائولن منابع مهم و ارزان قيمت در تهيه مولايت است كه جهت توليد كامپوزيت هاي زمينه مولايتي مورد استفاده قرار مي گيرد. ذرات تقويت‌كننده كاربيد تنگستني به دليل خواص مطلوبي مثل سختي و استحكام بالا و ضريب انبساط حرارتي نزديك به مولايت گزينه مناسبي براي بهبود رفتار سينتر و خواص مكانيكي كامپوزيت زمينه مولايتي مي‌باشد. در اين پژوهش پودر مولايت از آلومينا و كائولن سنتز شد. مولايت سنتز شده و كاربيد تنگستن توسط آسياب با كاپ و گلوله كاربيد تنگستني با نسبت گلوله به پودر 5 به 1 با سرعت rpm150 به مدت 2 ساعت مخلوط شدند. پودر هاي مخلوط شده در دستگاه SPS سينتر شدند. از نمونه هاي سينتر شده آناليز XRD، چگالي، SEM، استحكام و سختي به عمل آمد. كامپوزيت توليد شده نسبت به بدنه تك فاز، به واسطه افزودن ذرات سخت WC، مقاومت سايشي و خزشي بالاتري از خود نشان مي دهد.

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.

اين اختراع مربوط به طراحي و ساخت دستگاهي براي توزين حرارتي مواد است. با استفاده از اين دستگاه آناليز حرارتي نمونه هاي بالك و پودري در اتمسفر هوا قابل انجام است. از اين دستگاه به خصوص براي حالتي كه توزين حرارتي نمونه هاي بالك مورد نظر است براي مثال در تست اكسيداسيون مي توان استفاده كرد.

در ساخت اين كامپوزيت ها مراحل ذيل اجرا مي شود: 1- محاسبات مقادير مواد اوليه بر اساس واكنش هاي مورد انتظار 2- توزين مواد اوليه 3- شارژ مواد اوليه در آسياب 4- كنترل اتمسفر آسياب با گاز آرگون 5- انجام عمليات آسياب به مدت زمان هاي مختلف 6- انجام آزمايشات XRD بر روي نمونه هاي سنتز شده 1-محاسبات بر اساس واكنش هاي زير انجام گرفت: MoO3+2Al Mo+ AL2O3 2SiO2+8/3aL 2Si+4/3 Al2O3 Mo+2Si MoSi2 or: MoO3+ 2SiO+14/3Al MoSi2+7/3AL2O3 2- مواد اوليه شامل MoO3،SiO2،Al با ترازوي آزمايشگاهي با دقت 0.001 گرم توزين گشتند 3- مواد اوليه توزين شده بعد از مخلوط شدن دستي اوليه به همراه گلوله هاي فولادي در كاپ آسياب شارژ شدند. در اين قسمت تعداد و اندازه گلوله ها و مقدار پودر مهم مي باشد. 4- اتمسفر كاپ آسياب با استفاده از گاز آرگون پر شد تا انجام واكنش هاي اكسيداسيون جلوگيري شود. براي درز بندي از رينگ هاي لاستيكي استفاده شد. 5- به منظور حصول نتايج مورد نظر، به مدت زمان هاي مختلف عمل آسياب كردن صورت گرفت. 6- ساختار داخلي نمونه اي سنتز شده با اشعه X مورد بررسي قرار گرفتند تا از سنتز مواد مورد نظر اطمينان حاصل شود.