در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

ي

2

پاييز

1391

1- مقدمه
تكنولوژي مدرن امروزه نيازمند مواد جديدي با كارآيي زياد ميباشد. در عصر جديد مواد پيشرفته نقش مهمـي در بهبـود كيفيـتعمومي زندگي بشر ايفا ميكنند. در بين تمامي اين مواد جديد، شيشه- سراميك ها گروهي از اين مواد هستند كه زمينه جديـد ومستقلي را در علم مواد فراهم آوردهاند. از سويي ديگر، امروزه مواد نانوساختار از ديدگاه علمي و كاربردهـاي عملـي بـسيار مـورد
توجه هستند . تبلور در شيشه ها يكي از روشهاي موثر در ساخت مواد نانوساختار ميباشد. شيشه- سراميك هاي با كريستالهاي كوچكتر از 100 نانومتر را نانوكريستال مينامند. شيشه- سراميك ها هنگامي شفاف ميشوند كه كريـستالهـاي آنهـا بـه انـدازهكافي كوچك باشند، كوچكتر از طول موج نور برخوردي به آنها، و يا اينكه تفاوت بين ضرايب شكست فاز كريستالي و فاز شيشهزمينه ناچيز باشد [1]. شيشه- سراميك هاي شفاف شامل نانوكريستالها را ميتوان از طريق جوانهزنـي و رشـد كنتـرل شـده درشيشهها بدست آورد [2].
شيشه- سراميك هاي شفاف گزينه مناسبي براي مواد ليزر، ديودهاي نشر نور سفيد و تقويت كننده امـواج مـيباشـند، زيـرا نـورمي تواند به آساني درون آنها نفوذ كرده و يونهاي اپتيكي را فعال نمايد. همچنين ساخت آنها به صـورت اشـكال مختلـف ماننـدالياف يا صفحهاي شكل آسان است [3]. شيشه-سراميكهاي اكسي فلورايد حاوي كريستالهـاي فلورايـد پخـش شـده در يـكزمينه شيشه سيليسي بسيار مورد توجه هستند. زيرا اين مواد تلفيقي از خواص اپتيكي مناسب مربوط بـه كريـستالهـاي فلورايـددوپ شده با عناصر خاكي كمياب و مزاياي ساخت و خواص فيزيكي مناسب مربوط به شيشههاي اكسيدي را با هم دارند [4].
-8892531713

61
به منظور ساخت شيشههاي مناسب براي كاربردهاي اپتيكي يونهاي فلـزات واسـطه و عناصـر خـاكي كميـاب (لانتانيـدها ) در سيستم هاي شيشه اي مختلف دوپ ميشوند. انتقالات الكتروني در ترازهاي انرژيd وf از فلزات واسطه و عناصر خاكي كمياب،در شيشه ها و شيشه- سراميك ها خواص اپتيكي ويژهاي مانند جذب و يا نشر در طول موجهاي خاص را ايجـاد مـيكننـد . يـونايتريم (3+Y) اگرچه در گروه فلزات واسطه از جدول تناوبي قرار دارد اما خواص آن بسيار مشابه با عناصر گروه لانتانيدها است [6 و 5]. شباهت بين ايتريم و لانتانيدها در شعاع اتمي و حد حلاليت آن در مواد است. ايتريم به دليل خواص طيف نمـايي و نـوريجالب، دوپنت مناسبي براي كاربردهاي اپتيكي ميباشد. شيشه- سراميك هاي بر پايه ميكا به دليل قابليت ماشـينكاري، خـواصمنحصر به فرد الكتريكي، حرارتي و بيولوژيكي در بين سراميكها شناخته شدهاند. شيشه- سراميك هاي ميكاي شفاف با قابليـتماشينكاري، پتانسيل كاربرد در زمينههاي اپتيكي را دارند. ساخت شيشه -سراميك شفاف ميكا توسط گروهي از پژوهشگران موردمطالعه قرار گرفته است [9-7]. تاروتا و همكاران، خواص نوري شيشه- سراميك هاي ميكا دوپ شده با يونهاي اروپـيم [10] و سريم [3] را بررسي نموده است. تاكنون گزارشي در مورد شيشه- سراميكهاي ميكاي دوپ شده با ايتريم ارائه نشده است. براي بررسي امكان استفاده از ايتريم به عنوان دوپنت و تاثير آن بر خواص نوري شيشه- سراميك ميكا، ايتريا به ميزان 1 درصد وزنيبه مواد اوليه شيشه ميكايي افزوده شد، پس از ذوب و آنيلينگ، عمليات حرارتي و آناليزهـاي متفـاوت بـر روي نمونـههـا انجـامگرديد.
2- روش آزمايش
تركيب شيميايي شيشه به صورت 9/94 درصد وزني 2Li1.5Mg3AlSi4.5O13.25F + 1/5 درصد وزني 2MgF است كـه از مرجـع[9] انتخاب شد.
جدول 1- تركيب شيميايي و اجزاي سازنده شيشه
MgF2 Li2O MgO Al2O3 SiO2 اجزاي سازنده شيشه (درصد وزني)
15/20 9/52 20/04 8/76 46/46 مواد اوليه پس از توزين با ترازوي يك كفهاي ديجيتالSartorius ساخت آلمان با دقت 01/0 گرم، در آسياب كـاملاً مخلـوط وهمگن شدند . سپس آميز همگن شيشه پس از كلسينه كردن در دمايC ˚900 به مدت يك ساعت، درون بوته آلومينـايي تحـتفشار متراكم شده و در كوره الكتريكي در دمايC ˚1450و اتمسفر محيط ذوب شد. زمان نگهداري مذاب شيشه در دمـاي ذوبحداكثر 30 دقيقه بود. سپس مذاب حاصل را در داخل قالب فلزي ريخته و جهت انجام آنيلينگ در كوره در دمايTg به مـدت 2 ســاعت عمليــات حرارتــي گرديــد. جهــت تعيــين دمــاي تبلــور و تغييــرات وزنــي از دســتگاه آنــاليز حرارتــي همزمــان (PERKIN Elmer TG/DTA) با ماده مرجع α-آلومينا استفاده گرديد. مقادير دماي شيشهاي شدن (Tg)، دماي نرمشـوندگيديلاتومتري (Td) و ضريب انبـساط حرارتـي (α) شيـشه بـا اسـتفاده از دسـتگاه ديلاتـومتري سـاخت شـركتNetzsch مـدل DIL 402E اندازهگيري شد. قطعات شيشهاي شكل داده شده در قالب، در كوره الكتريكي مجهز بـه المـانهـاي حرارتـيSiC حرارت داده شدند. شيشه هاي مزبور با سرعتC/min ˚5 تا دماي تبلور حرارت ديده سپس در اين دما به مـدت زمـان مختلـفنگهداري شده و سپس در كوره تا دماي اتاق سرد شدهاند.
بــه منظــور شناســايي نــوع فازهــاي بلــورين شيــشه- ســراميكهــاي تهيــه شــده، از دســتگاه پــراش پرتــو ايكــس (XRD, Siemens D-500, Philips Xpert) با پرتو Co Kα استفاده شد.
بررسي ريزساختار نمونهها با استفاده از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (FESEM ساخت شركتHitachi مدلS-4160 ) انجام گرفت.
بررسي خواص لومينسانس و طيف نشر نمونهها با استفاده از دستگاه فتولومينسانس ساخت شركت Eclipse Gary انجام گرفت.
نمونههاي مورد نظر ابتدا به ابعاد 3cm 1×1×1 برش خورده و سپس تا سطح آينهاي شدن پوليش شدند.
3- نتايج و بحث
3-1- فرآيند تبلور
پس از ذوب آميز شيشه، گرما نگاشت آن (DTA) رسم گرديد (شكل 1). وجـود پيـك گرمـازا در دمـايC ˚655 گويـاي تبلـورفازهاي كريستالي در اين شيشه ميباشد.
به منظور تعيين ضريب انبساط حرارتي Tg ،α و دماي نرمشوندگي ديلاتومتري Td، آناليز ديلاتومتري بر روي شيشه انجام شـد .
مقادير Tg ،α و Td به ترتيب برابر با 1-C ،7/7×10-6 k˚ 557 و C˚ 603 بدست آمد.

شكل 1- گرمانگاشت DTA با سرعت گرمايش 10 درجه بر دقيقه

شكل 2- منحني ديلاتومتري شيشه
در شكل 3 نتايج آناليز فازيXRD از تركيب شيشه آنيل شده نشان داده شده است. نتايج نشان ميدهد كه شيـشه تهيـه شـدهآمورف بوده و در حين سرد كردن و آنيلينگ، كريستاليزاسيون در آن رخ نداده است.

شكل 3- الگوي XRD از شيشه با 1درصد وزني 3Y2O
به منظور دستيابي به يك ريزساختار ريزدانه، انجام مرحله جوانهزني مناسب ضروري است. بنابراين بعـد از سـرد كـردن سـريعشيشه (كوانچ كردن ) مرحله بعدي شامل يك مرحله جوانهزني در دمايي است كه شيشه در آن دما از جوانهها اشـباع مـيشـود وسپس مرحله تبلور است كه متعاقباً در دماي بالاتر انجام ميشود. فرآيند جوانه زني معمولاً در دمـايي در محـدوده بـينTg وTd انجام ميشود. در تحقيق حاضر، دماي جوانهزني برابر با 2/(C =(Tg+Td˚580 انتخاب شد.
آناليز پراش اشعه ايكس از نمونه جوانهزني شده وجود فاز سلاييت (2MgF) را در كنار فاز شيشهاي نشان داد (شكل 4). همانطور كه در منابع گزارش شده است فاز فلوئوروفلوگوپيت از طريق سلاييت، كندروديت، نوربرگيت و/يا مولايت رسـوب داده مـيشـود[8و11]. در اين مطالعه بنظر ميرسد كه ابتدا سلاييت در فاز جدايش يافته كريستاله شده و سپس به عنوان جوانهاي براي ميكـاعمل مي كند. نتايجXRD از عمليات حرارتي نمونهها در دماهاي بالاتر مؤيد ايـن مطلـب اسـت. تاروتـا و همكـاران گروهـي ازپژوهشگران ميباشند كه بر روي شيشه-سراميك نانوكريستال ميكاي ليتيمي با درصد بالاي فلورايد، تحقيق نمودهاند. ايشان دركار مشابه كه در منابع شماره 7-9 آورده شده است، وجود فاز كوندروديت را قبل از تبلور فاز ميكا گزارش كردهاند. ولـي در ايـنپژوهش، سلايت در الگوهايXRD نمونه ها مشاهده گرديد. در اين پژوهش دما و زمان هاي مختلف جوانهزنـي بررسـي شـده ونتايج اصلي و بهينه گزارش گرديده است.

شكل 4- الگوي XRD از شيشه جوانهزني شده در دماي C˚580 به مدت 5 ساعت
شكل5 نتايج آناليز فازي براي شيشه- سراميك دوپ شده با 3+Y را نشان ميدهد. نتايج بيانگر آن است كه بعد از جوانهزنـي در دماي C˚ 580 و تبلور در دمـايC ˚ 600، نانوكريـستال هـاي ميكـا از نـوع فلوئوروفلوگوپيـت ليتـيم (شـماره كـارت اسـتاندارد 25-1388) در زمينه شيشهاي رسوب ميكنند.

شكل 5- الگوي XRD از شيشه-سراميك با 1 درصد وزني 3Y2O (جوانهزني شده در C˚580 بمدت 5 ساعت و رشد در C˚600 بمدت 15 ساعت)


دیدگاهتان را بنویسید