در اين اختراع براي اولين بار در كشور با استفاده از نانومواد پايه اكسيد سيليسيم (سيليس) به همراه مواد افزودني سنتز شده توسط فرايند آسياب مكانيكي كه سرعت انجام واكنش در فرآيند بازيابي در باتريهاي سرب اسيد افزايش مي دهد، توليد و به بهره داري رسيده است. در ابتدا موا د مورد نظر با تركيب استوكيومتري خاصي توسط دستگاه آسياب مكانيكي خرد مي شوند. با ادامه عمليات اندازه ذرات پس از تركيب شدن و تغيير شكل، به ابعاد نانومتري نزديك مي شود كه توليد اين ذرات نانومتري باعث تسريع فرآيند شيميايي بازيابي در باتريهاي سرب اسيد مي شود. يكي از مشكلات موجود در صنعت بازيابي باتريهاي سرب اسيد، مدت زمان طولاني (12 الي 24 ساعته) جهت تخليه رسوبات و بلورهاي تشكيل شده روي الكتروليت باتري مي باشد كه استفاده از مواد سنتي مرسوم مانند محلول جوش شيرين و آب يا نمك منيزيم سولفات علاوه بر طولاني شدن زمان، باعث خوردگي بيش از حد الكترود باتري مي شوند كه نتيجه آن عدم شارژ كامل باتري و كاهش عمر عملكرد ان خواهد شد. نانومواد توليد شده علاوه بر افزايش سرعت بازيابي، باعث كاهش مصرف انرژي الكتريكي (از طريق افزايش راندمان بازيابي) و آلودگي زيست محيطي خواهند شد.

خلاصه اختراع عنوان : توليد فيلترهاي سراميكي متخلخل با استفاده از فرآيند متالورژي پودر Production of porous ceramic filters by powder metallurgy technique شرح مختصر: فيلترهاي سراميكي، مواد سراميكي متخلخلي هستند كه به عنوان فيلتر و سوپاپ هاي تخليه هوا در بسياري از سيستمها به منظور كنترل فشار داخل مجموعه الكترونيكي يا مخابراتي استفاده مي شوند. اين قطعات نسبتا كوچك، با قرار گيري درون محفظه هاي عبور هوا مي توانند با عبور گاز (هوا) از خود و عدم عبور مايعات، فشار داخل دستگاه را تنظيم كنند و علاوه بر اين دستگاه را از ورود رطوبت و خاك محافظت نمايند و باعث افزايش عمر دستگاه گردند. فيلترهاي سراميكي متخلخل عمدتا توسط فرآيند متالورژي پودر توليد مي شوند. متالورژي پودر يكي از فناوري هاي شكل دهي فلزات است كه قابليت تبديل مستقيم پودر به قطعه نهايي را دارا مي باشد و فرآيندي است كه براي توليد انبوه قطعات صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرد. اين فرآيند شامل مراحل مخلوط سازي، پرس و تفجوشي مي باشد. فيلترهاي سراميكي از خواص ويژه¬اي مانند وزن كم، پايداري شيميايي بالا و هدايت حرارتي كم برخوردار هستند. اين محصول براي اولين بار در ايران توليد شده و در بسياري از صنايع از جمله صنايع الكترونيكي و ساخت مخازن تحت فشار مورد استفاده قرار مي گيرند. هدف اصلي از انجام اين پروژه تدوين دانش فني و توليد انبوه فيلترهاي سراميكي مي باشد كه در حال حاضر براي اولين بار در كشور دانش فني آن ايجاد شده و نمونه آزمايشگاهي آن نيز توليد شده است. هدف نهايي توليد انبوه اين محصول در مقياس صنعتي مي باشد.

در اين پژوهش، براي اولين بار در جهان، با استفاده از شبكه‌هاي عصبي و الگوريتم ژنتيك به بررسي پارامترهاي تأثيرگذار در روش نشست بخار شيميايي حرارتي بر مشخصات نانولوله‌هاي كربني چندجداره قبل از رشد پرداخته شد. بدين صورت كه پارامترهاي دما و زمان عمليات آماده سازي، ضخامت كاتاليست، دما و زمان رشد و دبي گاز هيدروكربن به عنوان پارامترهاي ورودي شبكه‌ عصبي و پارامتر قطر نانولوله‌، به عنوان خروجي شبكه‌ عصبي در نظر گرفته شد. با استفاده از داده هاي تجربي (پارامترهاي ورودي) منتج شده از مقالات معتبر، رشد نانولوله‌هاي كربني چند جداره به وسيله شبكه هاي عصبي مصنوعي مدل سازي شد تا براي پيش‌بيني قطر نانولوله‌هاي كربني چند جداره مورد استفاده قرار گيرد. پس از حاصل شدن بهترين شبكه آموزش داده شده با شبكه‌ عصبي، ارتباط آن با الگوريتم ژنتيك جهت حصول مقادير بهينه شده انجام شد. با توجه به نتايج حاصل شده مي‌توان ديد كه اين پيوند، ابزاري مناسب براي بهينه كردن پارامترهاي توليد نانولوله‌هاي كربني مي‌باشد. به عبارت ديگر، پس از رشد نانولوله‌هاي كربني، نتايج حاصله نشان داد كه پيوند بين شبكه‌هاي عصبي آزموش ديده و الگوريتم ژنتيك پيش‌بيني بسيار دقيقي در رابطه با قطر نانولوله‌هاي رشد يافته ارائه مي‌دهد.

طرح حاضر كه در راستاي تكميل اختراع اوليه "طراحي و ساخت كوره مادون قرمز با نرخ گرمايش و سرمايش بسيار بالا" با شماره 74687 مي باشد در سال 1391 توسط اينجانب به ثبت رسيد. پس از بررسيهاي انجام شده جهت توليد انبوه كوره مادون قرمز، نياز اساسي در طراحي و ساخت لامپهاي حرارتي آن بود كه اين محصول نيز همانند محصول قبلي (كوره) 100 درصد وارداتي و تحريمي مي باشد؛ بطوريكه تا كنون هيچ پرونده اي مبني بر ثبت شركت و يا حتي جواز كسب براي توليد لامپ هاي حرارتي مادون قرمز در كشور وجود ندارد. هدف اصلي از انجام اين پروژه، ارائه دستورالعمل مدون جهت طراحي و ساخت لامپهاي حرارتي مادون قرمز براي اولين بار در كشور است كه بتوانند در مدت زمان كوتاهي حرارت بسيار زيادي را توليد كنند. اين لامپها كاربردهاي زيادي در صنايع مختلف مانند عمليات حرارتي (مواد سراميكي، فلزي، پليمري)، قالبگيري و خشك كردن لاستيك و رنگ خودرو، پخت و اتصال غير هم جنس مواد ديرگداز و بسياري ديگر دارد. اين لامپها را مي توان در ولتاژها، طولها، توانها و قطرهاي مختلف با توجه به نياز مشتري توليد نمود.

در اين تحقيق براي اولين بار در كشور، كوره تيوپي اتمسفر كنترل با استفاده از لامپ هاي حرارتي تشعشي (طيف نوري مرئي قرمز تا مادون قرمز ) طراحي و ساخته شد كه نرخ گرمايش، سرمايش و دماي حداكثر آن (بصورت مقطعي) به ترتيب تا 600 °C/min ، 300 °C/min و به 1800 °C قابل افزايش مي باشد. براي خنك كردن سريع، از سيستم خنك كننده داخل بلوك استفاده شد. مهمترين كاربرد كوره هاي تشعشي در آنيلينگ و اعمال سيكلهاي حرارتي سريع (شوك حرارتي) است كه در اين مدل كوره تيوبي، به دو صورت افقي و عمودي قابل تنظيم مي باشد كه توسط تيم پژوهشي طراحي، شبيه سازي و ساخته شد. در طراحي و انتخاب مواد سيستم حرارتي فوق، اصول فيزيكي تابش امواج الكترومغناطيس و همچنين ماهيت فيزيكي جذب، انعكاس يا عبور اين امواج در مواد مختلف رعايت شد. تمامي قسمتهاي بدنه داخلي و خارجي، شاسي و باكس سيستم كنترل كوره عمليات حرارتي سطحي، توسط نرم افزار Catia R21-2014 طراحي شد. در كوره هاي المنتي يا مقاومتي با افزايش نرخ حرارت (حداكثر 60 °C/min)، دست يابي به دقت مورد نياز كاهش مي يابد. بنابراين با استفاده از قطعه الكترونيكي SCR با خروجي 4-20 mA به ترموستات PID دار قابل كنترل با كامپيوتر، دقت دستگاه بطور چشمگيري (با تلرانس ± 0.5 °C) افزايش يافت.

اين كوره تيوپي توسط لامپ هاي مادون قرمز با نرخ گرمايش بالاي (200 C/minدرجه سانتيگراد) طراحي و ساخته شد. توان لامپ ها توسط ديمر قابل كنترل است. اين كوره داراي يك محفظه كوارتز و دو سنسور جهت كنترل دقيق دماي داخل كوره و كوارتز، به صورت جداگانه مي باشد. در ابتداي فرآيند هواي كوارتز توسط يك پمپ مكش مكانيكي، تخيه ميشود. سپس گاز آرگون با خلوص بالا داخل محظفه تزريق مي شود و فشار آن در تمام طول فرآيند كنترل مي شود. اين روش، باعث اقتصادي شدن فرآيند مي گردد. براي خنك كردن گازهاي خروجي كوارتز از يك سيستم خنك كننده استفاده شد. كاربردها: 1- انجام فرآيندهاي لحيم كاري 2- ايجاد اتصال هاي نفوذي در دماهاي بالا 3- سنتز و رشد نانولوله هاي و نانو پوشش ها 4- تف جوشي انواع فلزات آهني و غيرآهني در فرآيند متالورژي پودر 4- قابليت انجام مختلف عمليات حرارتي با اتمسفرهاي تركيبي

در اين تحقيق، نوعي از اتصال لحيم كاري تيتانيوم آلياژي Ti-6Al-4V توسط الياژهاي پركننده پايه تيتانيوم، زيركونيوم و نقره ساخته شده است. ابتدا نمونه ها بعد از آماده سازي (سنباده زني و شستشو با استون) و قرار دادن آلياژ پركننده توسط يك گيره، محكم شدند و سپس به دقت درون كوره تيوبي تحت اتمسفر گاز آرگون قرار گرفتند. مشاهدات ميكروسكوپي از مقطع اتصالات، حاكي از يكنواخت شدن ريز ساختار فلز پايه با آلياژهاي پركننده پايه تيتانيوم (950 درجه سانتي گراد - 30 دقيقه) و زيركونيوم (970 درجه سانتي گراد - 30 دقيقه) مي باشد. براساس نتايج آزمون برشي، بهترين استحكام اتصال براي آلياژ پركننده پايه تيتانيوم در دماي 950 درجه سانتي گراد و زمان 30 دقيقه برابر 570Mpa و براي آلياژ پركننده پايه زيركونيوم، در دماي 970 درجه سانتي گراد و زمان 30 دقيقه 584Mpa حاصل شد. استحكام اتصالات به وجود آمده براي آلياژهاي پركننده پايه تيتانيوم و زيركونيوم تقريبا هم ارز استحكام فلز پايه به دست آمد. همچنين تغييرات سختي در فلز پايه با آلياژ پركننده تقريبا معادل هم مي باشد. كاربردها: 1- اتصال ساختارهاي لانه زنبوري مورد استفاده در بدنه و بال هواپيما 2- ايجاد اتصالات مستحكم در اتصال صفحات مشبك مبدل هاي حرارتي مورد استفاده در موتور هواپيما 3- امكان اتصال آلياژهاي تيتانيوم به يكديگر 4- امكان جايگزين كردن روش اتصال از جوشكاري به لحيم كاري سخت براي آلياژهاي تيتانيوم 5- توليد سازه هايي با اجزاء زياد و پيچيده با در نظر گرفتن مسائل اقتصادي

زمينه فني: عمليات حرارتي تحت اتمسفر خنثي بر مواد فلزي و نانو ساختار با كنترل دقيق دما و فشار شرح مختصر: در اين طرح نوعي از كوره تيوپي با محفظه كوارتز ساخته شده است كه قابليت كنترل دقيق اتمسفر و دما را دارد شماتيك كوره به همراه تمامي جزئيات آن در شكل 1 توصيف اختراع رسم شده است. در اين كوره سنسور دمايي به نمونه ها متصل مي شود لذا دماي دقيق نمونه ها با دقت بالا قابل نمايش مي باشد. براي شروع كار ابتدا از پمپ مكش استفاده مي شود. سپس گاز ارگون بصورت استاتيك يا خلوص بالا به داخل سيستم تزريق مي شود و توسط نشانگر حجم گاز مقدار آن تنظيم مي شود. در بيشتر كوره هاي اتمسفر كنترل گاز خنثي در طول فرايند از يك مسير وارد و از طرف ديگر خارج مي شود كه باعث افزايش مصرف گاز خنثي خواهد شد ولي در اين كوره از گاز آرگون استاتيك بجاي ديناميك استفاده شده است كه علاوه بر كاهش مصرف گاز خنثي باعث اقتصادي تر شدن فرايند نيز مي شود. كاربردها: 1- انجام فرايندهاي لحيم كاري سخت و نرم تحت اتمسفر خنثي 2- ايجاد اتصال هاي نفوذي در دماهاي بالا مانند جوشكاري و لحيم كاري نفوذي 3- سنتز و رشد نانو لوله ها و نانو پوشش ها 4- تف جوشي و عمليات حرارتي سطحي انواع نانو پودرها حساس به اكسيداسيون خلاصه دستاوردها: در اين طرح نوعي از كوره تيوپي با محفظه راكتور كوارتز ساخته شده است كه قابليت كنترل دقيق اتمسفر و دماي نمونه را دارد. كل سيستم ساخته شده از قسمتهاي ذيل تشكيل شده است. - سيستم هاي خنك كننده ورودي و خروجي - محفظه كوارتز و دو جزئي داراي ورودي و خروجي چندگانه - سيستم كنترل كننده دما - نشانگر حجم گاز آرگون داخل سيستم - شيلنگ هاي اتصال دما بالا - پمپ خلاء پ - گاز آرگون 99/999 - نگهدارنده نمونه در اين كوره سنسور دمايي به نمونه ها متصل مي شود لذا دماي دقيق نمونه ها با دقت بالا..... تا دماي 1200c قابل نمايش مي باشد براي شروع كار باتدا از پمپ مكش ايجاد كننده خلاء 10-10 bar استفاده مي شود.سپس گاز آرگون بصورت استاتيك با خلوص بالا 99/999 به داخل سيستم تزريق مي شود و توسط نشانگر حجم گاز مقدار آن تنظيم مي شود و در نهايت كوره شروع به گرم شدن مي كند. مزيت استفاده از گاز آرگون استاتيك نسبت به حالت ديناميك آن كاهش مصرف گاز مي باشد، كه باعث اقتصادي تر شدن فرايند مي شود. براي كاهش دماي كوره از پمپ خلاءو سيستمهاي خنك كننده استفاده مي شود تا سرعت سرد كردن افزايش يابد. با استفاده از اين كوره مي توان بسياري از فرايندهاي متالوژيكي را بصورت مطلوب انجام داد و بر پارامترهايي مثل دما فشار كنترل دقيقي داشت. اهم پروسه هاي قابل انجام با اين كوره عبارتند از: 1- سنتز و رشد نانو لوله ها و نانو پوشش ها بر يك زير لايه 2- تف جوشي و عمليات حرارتي سطحي انواع نانو پودرهاي فلزي و غيرفلزي حساس به اكسيداسيون 3- انجام فرايندهاي لحيم كاري سخت و نرم تحت اتمسفر خنثي براي آلياژهاي حساس به اكسيداسيون مانند تيتانيوم ، زير كونيوم ، فولاد زنگ نزن و ... 4- ايجاد اتصال هاي نفوذي در دماهاي بالا مانند جوشكاري نفوذي و لحيم كاري نفوذي