وبلاگ

در این تحقیق به بررسی انواع روش های سنتز و خصوصیات نانو ذرات هگزا
فریت باریم پرداخته شده است. این ماده یکی از پرکاربردترین مواد مغناطیسی می باشد.
در ابتدا به بررسی مبانی (مانند: خواص مغناطیسی مواد، نانو پودرها…) در فصول
مختلف پرداخته شده و در ادامه خود هگزا فریت باریم و روش های تولید آن به طور
نسبتا کامل بررسی شده است. برای مطالعه دقیق تر چند نمونه از دستاوردهای اخیر
پیرامون این ماده آورده شده است.

زمانی كه استفاده از امواج رادیویی به عنوان وسیلهی كارآمد برای برقراری ارتباط
راه دور میسر گردید، اكثر ادوات و اسبابهای مورد استفاده در ساخت گیرندهها و
فرستندههای امواج رادیویی حجیم و از لحاظ كارآیی الكترونیكی و استحكام مكانیكی،
ضعیف بودند. با گسترش روزافزون استفاده از امواج رادیویی، نیاز به ادوات كوچكتر،
كارآمدتر و با دوامتر، بیش از پیش احساس میگردید. شاید بتوان گفت كه اوج نیاز به چنین
ادوات و ابزاری در جنگ جهانی دوّم به وجود آمد. لازم بود كه از حجم سیم پیچها،
مدارهای تزویج و مبدّلها كه در دستگاههایی نظیر رادار كاربرد فراوانی داشتند، كاسته
شود و به طور همزمان بازدهی و حساسیّت ادوات مزبور، در مدارهای الكترونیكی و
مخابراتی افزایش یابد. تلاشهای به عمل آمده برای تأمین نیازهای مزبور، منجربه ساخت
ادواتی گردید كه بعداً مغناطیسهای سرامیكی نامیده شدند. مهمترین خاصیّت مغناطیسهای
سرامیكی، بزرگ بودن مقاومت ویژه آنها نسبت به مغناطیسهای فلزی است. به همین
جهت میتوانند با كوچك نگاه داشتن جریانهای گردابی و اتلاف ناشی از آن، در مدارهای

مغناطیسی مخصوص فركانسهای بزرگ مورد استفاده قرار بگیرند. كارهای ابتدایی و
پایهای برای گسترش و حل مسائل مغناطیسها، غالباً در نیمهی اوّل قرن بیستم انجام
شدهاند. ابتدا در سال ١٩٢٥ میلادی به وجود اسپین الكترون پیبرده شد.
در سال ١٩٢٧ میلادی، رفتار تأثیرپذیری مغناطیسی برای بسیاری از اجسام توسط،
تابع بریلئون، تشریح گردید. هایزنبرگ در سال ١٩٢٨ میلادی، اساس نیروهای تبادلی را
فرمولبندی نمود. سپس لاندائو ولفیشتین، ذرات تك حوزهای و ساختمان حوزههای
مغناطیسی را معرفی كردند. نیل در سال ١٩٤٨ میلادی، مطالب نظری مختلفی را برای
توجیه رفتارهای مغناطیسی فریتها، ارائه نمود. روش ساخت فریتهای اسپینلی نرم در
طی سالهای ١٩٣٣ تا ١٩٤٥ میلادی، به طور قابل توجهی تكمیل گردید. فریت سخت
باریم در سال ١٩٥٢ میلادی ساخته شد. در طی سالهای بعد تكامل چشمگیری در
روشهای ساخت و استفادهی وسیع از مغناطیسهای سرامیكی در مدارهای الكترونیكی و
مخابرات رُخ داد. (در تحقیق حاضر به بررسی خوّاص و ساختار كاربردهای یك نوع
فریت مغناطیسی به نام هگزافریت باریم Bao.6Fe2O3 میپردازیم و نقش پارامترهای
مختلف را بر روی ساختار نهایی و خوّاص این مادهی مغناطیسی مهم بررسی مینماییم.

همچنین روشهای مختلف تولید این ماده را به طور خلاصه مورد بررسی قرار
میدهیم).
سرامیكهای مغناطیسی كه تماماً تركیبات آهندار میباشند بخش عظیمی از صنعت
مغناطیس را به خود اختصاص میدهند. تقریباً ٤٠ درصد از مجموع میزان فروش مواد
مغناطیسی در ایالات متحده آمریكا را فریتها تشكیل میدهند كه با وجود پیشرفتهای
مداوم در مواد جدید، مصرف فریتها هنوز رو به افزایش است. تولید جهانی
هگزافریتهای نوع M بیش از نیمی از تولید فریتهای سخت را به خود اختصاص
دادهاند. هگزافریتهای زینتر شده در موتورها، ژنراتورها و وسائل رُباینده و نگهدارنده
(مانند چنگك جرثقیلهای مغناطیسی)، میكروفونها و وسائل ایجاد جریان گردابی، كاربرد
وسیعی دارند به طوری كه تُناژ تولیدات آهنرُباهای دائمی در این زمینهها حدود ٩٧% كُل
آهنرُباهای دائمی تولید شده در جهان را به خود اختصاص میدهد. یكی از كاربردهای
وسیع هگزافریتهای ناهمسانگرد در بلندگوها میباشد.
پلاستوفریتها شكل دیگری از كاربرد هگزافریتها در صنعت مغناطیس به شمار
میآیند كه در آن پودر فریت در داخل یك ماده پُلیمری تلقیح میشود و بدین ترتیب میتوان
آهنرُباهایی با شكل و اندازههای مختلف برای موارد خاص مانند درهای یخچال، تختههای
نقشهكِشی، اسباببازیها و غیره تهیه نمود.
اكسید آهن گاما، دیاكسید كُرم (Cr2O3)، فریتهای هگزاگونال و پودرهای فرو
مغناطیس از قبیل پودر آهن كاربرد وسیعی در محیطهای ذخیرهی اطلاعات دارند. تحقیقات
نشان داده است كه هگزافریت باریم مادهی مناسبی برای استفاده در محیطهای ذخیرهی
اطلاعات با چگالی بالا میباشد. به منظور حداقل كردن پاك شوندگی احتمالی اطلاعات در
كارتهای اعتباری، كارتهای شناسایی و كارتهای كنترلی از هگزافریت باریم با
وادارندگی مغناطیسی بالا حدود ٣.٣١٨ تا Oe٧.٢٣٨ استفاده میشود.

:
در سال های اخیر، با توجه به ضرورت کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی هوا رویکرد جهانی بـه سـمت
مسئله سبک سازی در صنایع ماشینی گـرایش پیـدا کـرده اسـت . اصـولاً مـسئله سـبک سـازی در صـنایع
الکترونیک، ارتباطات و هوافضا، مهندسان را وادار نمود تا به انتخاب خلاقانه مواد دست بزنند . از این حیث
فلز منیزیم، به عنوان سبک ترین فلز ساختمانی که  دانـسیتۀ آلومینیـوم و دانـسیتۀ آهـن را دارد در
کانون توجهات قرار گرفته است . آلیاژهای منیزیم با ترکیبـی خـوبی از خـواص نظیـر : 1- دانـسیته پـایین
2- استحکام ویژة بالا 3- قابلیت ریخته گری خوب 4- مقاومـت خـوردگی مناسـب و قابلیـت بازیافـت

کاندیدای مناسبی برای استفاده در صنایع می باشند، رشد و افزایش در مصرف آلیاژهای منیزیم، با افزایش
کاربرد در صنایع اتومبیل همراه بوده است . آلیاژهای متداولی که در صـنایع اتومبیـل اسـتفاده مـی شـوند،
آلیاژهایی هستند که استحکام و داکتیلیتی بالایی در دمای اتاق دارند . و کاربردهایی نظیـر پوسـتۀ جعبـه
دنده، پدال ترمز، پوسته کلاج دارنـد . علیـرغم داشـتن خـواص مطلـوب آلیاژهـایی نظیـر AM60 , AZ91
چالشی که فراروی این آلیاژهاست، کاربرد در قطعاتی است که در دمای بالا کار می کننـد . ایـن آلیاژهـا بـا
وجود این که بهترین ترکیب از خواص مکانیکی، مقاومت خوردگی و قابلیت ریخته گـری را دارنـد، ولـی در
دماهای بالای 120°C مقاومت خزشی پایینی از خود نشان می دهند. این ضعف بـزرگ اسـتفاده از آنهـا را
در سیستم انتقال قدرت با مشکل مواجه کرده است.
استحکام ضعیف خزشی آلیاژهای منیزیم در این اجزاء باعث سست شدن اتصالات پیچی گشته و منجر بـه
نشت روغن و یا افزایش صدا و ارتعاش در سیستم ا نتقـال قـدرت مـی گـردد . بنـابراین مقاومـت خزشـی و
خواص مکانیکی خوب یک الزام برای استفاده از آلیاژهای منیزیم در اجزاء سیستم انتقال نیـرو مـی باشـد،
که در حال حاضر این قطعات از آلومینیوم و چدن ساخته میشوند.
از سال 1930 مشخص شد که عناصر کمیاب خاکی (RE) مقاومـت خزشـی آلی اژهـای منیـزیم را توسـعه
میدهند. استفاده از عناصر کمیاب خـاکی (RE) بخـاطر پایـداری ضـعیف حرارتـی آلیاژهـای منیـزیم در
٣
دماهای بالا می باشد. عناصر کمیاب خاکی هم به طریق استحکام دهی محلول جامد و هم رسـوب سـختی
به افزایش استحکام آلیاژهای منیزیم کمک می کنند. با وجود این ب ه علت گران بودن قیمت عناصر کمیاب
خاکی (RE) استفاده گسترده از آلیاژهای منیزیم حاوی این عناصر مقرون به صرفه نمی باشد. در ایـن اثـر
به بررسی خواص مکانیکی، مقاومت خزشی، قابلیت ریخته گری و مقاومت خـوردگی تعـدادی از آلیاژهـای
منیزیم حاوی عناصر کمیاب خاکی (RE) میپردازیم و نقش این عناصر را در بهود این خواص مورد توجـه
قرار میدهیم.

:
یکی ازمھمترین چالشھای تکنولوژی درعلم مواد، ایجادخواص ناسازگار(ناھمگون)دریک سازه
است[١]. بعضاً درفرآیند ساخت اجزای یکپارچھ ترکیبی ازخواص ناسازگاردریک سازه یکسان
ودرکناریکدیگرمورد نیازاست. مثلاًمی توان دراین مورد بھ وجود سختی بالا دریک طرف سازه
ونرمی ساختاردرطرف دیگراشاره نمود[٢]. ھمچنین درپوششھای عایق حرارتی، اگرچھ یک
لایھ سرامیکی ویک لایھ فلزی مستقیماً بھ ھم وصل می شوند اما بھ علت نا ھمخوانی ترمومکا
نیکی در فصل مشترک این دو، تنشھای باقیمانده بوجود می آیند[٣]. یک راھکارجھت رفع این
١ مشکلات بھره گیری ازموادتابعی
است. موادتابعی، موادی ھستندکھ درآنھاترکیب یاریزساختاربھ
طور پیوستھ دریک تاسھ بعد تغییرمی کنند[٣و٢]. درمواد تابعی با تغییرترکیب و ریزساختاردر
ابعاد مختلف، خواص ودرنتیجھ عملکرد(قطعھ)نیزازیک نقطھ تا نقطھ دیگربھ طورشیب دارتغییر
می کند. دروا قع شیب تابعی می تواند مناسب با شرایط سرویس قطعھ باشد لذا می توان اطمینان
خاطری درمورد عملکرد سیستم ھائی کھ تحت بارترمومکانیکی ھستندبدست آورد. بعبارت دیگر
بھ علت تغییر ترکیب وریزساختار(بطورشیب دار) ممکن ا ست ازفصل مشترک ھای تند کھ خود
باعث تمرکزتنش موضعی می شوند جلو گیری کرد. علاوه براین اگرشیب بطورمناسب طراحی

شود، عملکرد موادتابعی درمقایسھ با موادکامپوز یتی معمولی میتواند بھبود پیداکند. برای مثال
درمواد تابعی آلومینا- شیشھ، بھینھ سازی تغییرات ترکیب ممکن است بھ طورقابل ملاحظھ ای
مقاومت سطح بھ ترک رادرمقایسھ با کامپوزیتھای معمولی افزایش دھد. ھمچنین آسیبھای ناشی از
تماس لغزشی بھ طورقابل توجھی کاھش می یابند[٣].

ھدف (١ -١
 بھ منظوراستفاده از مواد تابعی درکاربردھای مختلف، نیاز بھ روش ھای س اخت مناس ب م ی باش د
کھ امکان تولید شیب درترکیب و ریزساختار را بطوردقیق بوجود آورد. تکنیکھای تولید معم ولاً
بھ دو گروه اصلی تقسیم بندی می شوند:
١ الف)فرآیندھایی برپایھ جابجایی طبیعی

ب ) فرآیندھای ساختاری
٢
روشھای گروه اول بیشترمبتنی برپدیده ھایی خودبھ خودی نظیر نفوذ اتمی، ا نتقال حرارت وغی ره
ھستنددرحالیکھ درگروه دوم بوسیلھ ترسیب لایھ بھ لایھ شیب موردنظرایجاد می شود[٣].
درموردتوسعھ روشھای ساخت وبھین ھ س ازی موادت ابعی، پی شرفتھای قاب ل ت وجھی ص ورت گرفت ھ
است. این تکنیکھا بھ گروھھای زیرطبقھ بندی می شوند:
 ١-روشھای فازمایع
 ٢-روشھای فازجامد
 ٣-روشھای فازبخار
٣ ازدی دگاه دیگ ری، فرآین دھای تولی دموادتابعی ب ھ مراح ل ایجادس اختارغیرھموژن
ومن سجم س ازی
٤ ساختاربھ صورت ماده توده ای
تقسیم بندی می شوند.
فرآیندھای شیب دارکردن نیزمی توا نند بھ فرآیندھای تشکیل دھنده، ھموژنی وجدایشی طبقھ بندی
شوند. فرآیندھای تشکیل دھنده برپایھ یک ساختارشیب دارشده وبطورمرحلھ ای ازمواد پیش رو
یا پودرھاساختھ می شوند. درفرآیندھای ھموژنی، یک فصل مشترک تندبین دوماده، بوسیلھ
جابجایی ماده تبدیل بھ یک فصل مشترک شیب دار می شود. فرآیندھای جدایشی ھمراه بایک ماده
ھموژن کھ بطورماکروسکوپی تبدیل بھ یک ماده شیب دارشده آغاز می شوند. فرآیندھای
ھموژنی وجدایشی شیب پیوستھ ای رابوجودمی آورندامامحدودیت ھایی نیزدرارتباط بانوع شیب
دارند. معمولاًدرادامھ فرآیند شیب دارکردن، مراحل خشک کردن، سینترینگ یا انجماد صورت
می پذیرد[١٠]. اگر چھ بیشتر این روشھا ممکنست برای کاربردھای خاص بخوبی مطالعھ شده
باشند اما با این حال محدودیتھایی ازقبیل پیچیدگی درفرآیند، سرعت تھ نشینی پایین وقیمت بالای
فرآیند وجوددارد[١١].

٢-١) پیشینھ تحقیق
موادتابعی برای اولین باردرسال١٩٨٠میلادی بعنوان یک کلاس مشخص ازموادمعرفی شدندکھ
بھ جھت کارایی بالادرپوششھای عایق حرارتی درفضاپیماھا بھ کارگرفتھ شدند[٣]. برنامھ ای
تحقیقاتی بھ مدت پنج سال با عنوان« مطالعھ بنیادی برروی افت تنش حرارتی دردمای
بالابااستفاده ازمواد باساختارھای شیب دار شده» درسال١٩٨٧بابودجھ ای معادل١/٢١٥میلیون ین

درژاپن آغازشد. ھدف ازاین تحقیق، توسعھ مواد تابعی جھت استفاده دراجزا ئی کھ دردماھای
بالاکاربردداشتند، بود. بھ علت اھمیت بالای مواد تابعی، پروژه پنج سالھ دیگری در ژاپن در سال
١٩٩٣ پیرامون موادتابعی وکاربردشان درمبدلھا آغازشد. اگرچھ تحقیقات سیستماتیکی برروی
طراحی، ساخت و توسعھ مواد تابعی در ژاپن درطی سالھای گذشتھ صورت گرفتھ است اما باید
خا طرنشان شد کھ سایرکشورھا نظیرآلمان، آمریکاوچین نیز تحقیقات گسترده ای پیرامون این
دستھ ازمواد انجام داده اند کھ این موضوع حاکی ازجایگاه مھم این دستھ ازمواد می باشد[٤].

نیتریدهای فلزی به خاطر سختی بالا و پایداری شیمیایی، مواد مناسبی برای پوشش های نازك
صنعتی هستند. این پوشش ها اغلب دارای نقطه ذوب و سختی بالا، هدایت حرارتی و الكتریكی و
مقاومت به خوردگی خوب می باشند. این خواص، كاربردهای وسیع آنها را ممكن ساخته كه برای مثال
می توان موانع نفوذی در میكروالكترونیك، پوشش های مقاومت به سایش در ابزارهای برشی، مقاومت
به خوردگی و فرسایش لایه های روی ابزارهای مكانیكی و اپتیكی را نام برد. پوشش های نیتریدی
و رسوب شیمیایی بخار (1 (CVD فلزی می توانند به وسیله روش های رسوب فیزیكی بخار (PVD)
رسوب داده شوند. در روش PVD معمولا سرعت رسوب گذاری و یكنواختی آن كمتر است، در ضمن
پوشش های ایجاد شده در روش PVD به بعضی پوشش های حائل نیاز دارند كه باعث پیچیده شدن
فرآیند پوشش دهی و افزایش هزینه می شود. روش CVD معمولی نیاز به درجه حرارت بالا به منظور
فعال كردن فاز گازی و انجام واكنش های سطحی برای ایجاد لایه فیلم جامد در روی سطح دارد كه

ممكن است باعث خسارت و یا تخریب مواد حساس به درجه حرارت شود.
كاربردهای صنعتی پوششهای سخت و مقاوم به سایش حدود 30 سال پیش با روش CVD شروع شد.
درجه حرارت این فرآیند كه بین 800-1000 درجه سانتیگراد بود این روش را به استفاده از مواد
پایدار در برابر حرارت مانند كاربیدهای سمانته محدود می كرد. گاهی اوقات فولادهای ابزار نیز كه
تلورانس ابعادی نسبتا پایین داشتند بطوریكه احتمال تغییرات ابعادی در آنها بعد از پوشش دهی و
عملیات حرارتی پس از آن كم بود، با این روش پوشش داده می شد. توسعه و پیشرفت روشهای
PVD در دهه 80 موجب ترقی و پیشرفت پوشش دهی فولادهای ابزاری گرم كار و تندبر شد زیرا

درجه حرارت این روش معمولا از 500 درجه سانتیگراد تجاوز نمی كند و كمتر از دمای تمپر این
فولادها می باشد. با این حال نیاز به فشار كم در روشهای 0/1-1Pa) PVD) و همچنین خطی بودن
پوشش دهی آنها و نیاز به چرخش نمونه جهت ایجاد پوشش همگن و یكنواخت، باعث بروز مشكلاتی
در پوشش دهی قطعات صنعتی از قبیل قالبهای دایكاست، قالبهای تزریق پلاستیك و همچنین
قالبهای شكل دهی ورق در مقایسه با ابزارهای برشی شده است.
1 معمولا برای غلبه بر مشكلات فوق از روش رسوب شیمیایی بخار به كمك پلاسما (PACVD)
استفاده می شود كه تركیبی از مزایای روش CVD و PVD را شامل می شود. در این روش پلاسما
با فراهم كردن محیطی از گاز یونیزه شده، و با تشكیل ذرات فعال شده كه به پیش ماده شیمیایی
حمله می كنند، باعث می شود كه پیش ماده در دمای كمتری نسبت به سایر روش های فعال شونده
با گرما تجزیه شده و بر سطح زیر لایه رسوب كند.كار كردن در فشار چند ده تا چند صد پاسكال و
پوشش دهی قطعات با شكلهای پیچیده هندسی و بزرگ بدون نیاز به چرخش قطعه، و همچنین دمای
كاری پایین این روش (حدود500درجه سانتیگراد) از جمله خصوصیات و مزایای آن می باشد.

 استفاده از مدلهای فومی از بین رونده
 برای ساخت قطعات ریخته گری برای اولـین بـار توسـط شـ رویر
در سال 1958 ابداع گردید. مدلها در ابتدا با برشكاری بلوكهـای پلـی اسـتیرن منبسـط
شـــونده تهیـــه شـــده و قالـــب گیـــری بـــا ماســـه چســـب دار انجـــام مـــیشـــد . ایـــن اختـــراع
توسط كمپانی گرونزوی و هارتمان( Grunzweiy & Hartmann ) خریداری و پس از توسـعه
برای تولید صنعتی مورد استفاده قرار گرفت. پس از آن ایده استفاده از ماسه بدون چسـب توسـط .T
R. Smith در سال 1964 مطرح گردید[1] .
در ساده ترین صورت این فرآیند، مدلهای فومی پس از تهیه با یك دیرگداز پوشش داده می شـوند . سـپس
مدل در داخل یك درجه قرار داده شده و درجه از ماسه بدون چسب پ ر شده و با ایجاد لرزش ، ماسـه در
اطراف مدل متراكم می شود. پس از آن فلز مـذاب بـداخل قالـب ریختـه شـده و جـایگزین مـدل فـومی

 میگردد. این روش ریخته گری و فرآیندهای نزدیك آن بـا نـام هـای مختلفـی شـناخته مـی شـوند نظیـر
 ریختهگری با مدل انبساطی
 ، ریخته گری با مدلهای تبخیرش ونده
، فرآیند فوم حـذف شـونده
، فرآینـد
 قالب پر
 ، فرآیند كستیرال
 و فرآیند پلی كست ، فرآیند رپلیكست
 برای رفع ابهام بدلیل وجـود نامهـای
 مختلف فرآیند، انجمن ریخته گری آمریكا
 نام ریخته گری با مدل انبسـاطی (EPC) را بعنـوان نـام ایـن
فرآیند برگزید[2] .

در فرآیند EPC از مدلهای پلیاستیرن منبسط شونده EPS و یا پلیمتیل متاآكریلات منبسط شده و یـا
پلی آلكیلن كربنات استفاده می شود كه همگی آنها در طی بارریزی مذاب، بر اثر تماس بـا مـذاب تبخیـر
 میشوند. البته گاهی مدل پیش از ریخته گری از داخل قالبهای با ماسه چسب دار خارج مـی شـو . ند هنـوز
بسیاری از قطعات بزرگ نظیر قالبهای پرس با این روش ساخته می شوند. ماسه چسب دار در اطراف مدل
تبخیر شونده ریخته شده و پس از خودگیری قالب، مدل از داخل قالب خارج شده و پس از جفت كـردن
دو نیمه قالب، ریختـه گـری انجـام مـی شـود [ 4و1 ]. اشـكال 2 1 ، و 3 فرآینـد بـالا را بخـوبی تشـریح
می كنند