در حال بارگذاری ...
۰۳ شهریور

مقالات نانو : بخش چهاردهم : مکانیزم های زینتر

مکانیزم های زینتر

مکانیزم های زینتر شامل اتصال ذرات جامد یا تشکیل گردنه می باشد که در پی آن بسته شدن مداوم تخلخل های باز فراوان رخ می دهد تا اساسا رسیدن به یک بدنه عاری از تخلخل امکان پذیر شود. برای سادگی این طور در نظر گرفته می شود که زینتر در حالت جامد در سه مرحله انجام می شود. ابتدایی , میانی و نهایی. مکانیزم های چند گانه ای در حین این سه مرحله رخ می دهند که شامل : تبخیر – چگالش , دیفوزیون سطحی , دیفوزیون مرزدانه ای , دیفوزیون بالک , سیلان ویسکوز و تغییر شکل پلاستیک می باشد. هر فرآیند انتقالی یک وابستگی ویزه به اندازه دانه یا ذره و دانسیته عیوب از خود نشان می دهد. بیشترین حساسیت به اندازه ذره در مورد مکانیزم های دیفوزین مرزدانه ای و دیفوزیون سطحی وجود دارد. اگرچه این مکانیزم ها به صورت همزمان همه با هم در زینتر سهیم هستند , ولی مدل های معمول زینتر یک مسیر انتقال جرم مشخص را به یک مرحله خاص از زینتر نسبت می دهند. برای مثال , دیفوزیون سطحی در مرحله اول زینتر که در آن تشکیل گردنه ها مهم ترین رویداد است , مکانیزم اصلی به شمار می آید. بنابراین تاکنون یک تفکیک مشابه در مورد مکانیزم های زینتر در تئوری های موجود زینتر برای نانو پودرها مورد پذیرش واقع شده است.

برای نانو ذرات با سطح مخصوص بالا و سطوح به شدت انحنا دار انتظار می رود که دیفوزیون سطحی در مراحل اولیه زینتر بسیار سریع باشد. سهم دیفوزیون سطحی در تشکیل گردنه ها در زینتر نانو پودرها توسط بسیاری از محققین اثبات شده است. تعدادی از پژوهشگران , افزایش سطح گردنه را در سرامیک های Y-TZP نانو ساختار , به دیفوزیون سطحی نسبت داده اند. همچنین حذف تخلخل های کوچک توسط دیفوزیون سطحی سریع در محدوده دمایی ۴۲۵-۷۷۵ K در TiO2 نانو ساختار مشاهده شده است. در مطالعات TEM in-situ که بر روی آلومینا و زیر کنیا انجام شده است , دیفوزیون مکانیزم اصلی در رشد گردنه می باشد. همچنین تشکیل گردنه بین دو دانه آلومینا که جهت کریستالی خود را حفظ می کنند مورد بررسی قرار گرفته است. از تشکیل سریع گردنه و شکل تیز اتمی گردنه این نتایج گرفته شد که دیفوزیون سطحی محتمل ترین مکانییزم زینتر می باشد. در مطالعه دیگری بر روی تشکیل و رشد گردنهدر زیر کنیا  , عدم تغییر در فاصله مرکز دانه ها در حین تشکیل گردنه عامل وجود مکانیزم دیفوزیون سطحی در نظر گرفته شد. در این حالت تغییرات اتم های سطحی که در خوشه های اتمی رخ می دهد به طریقی مشابه با تشکیل و حل شدن بر امدگی های اتمی بر روی سطوح صاف اتمی , قابل مشاهده بودند. مشخص شده که دیفوزیون سطحی توسط این مکانیزم که تراس – بر آمدگی – تاب خوردن نامیده می شود , رخ می دهد. این مکانیزم در ساختارهای سطحی غیرایزوتروپ و گوشه دار مانند ذرات فوق العاده ریز آلومینا مشهودتر است. این نکته بیانگر این امر است که در مقیاس های ریزتر اندازه ذرات (یا دانه) , مکانیزم های اتمی به آسانی هویدا می گردند.

در پودرهای معمولی و مرسوم , مشخص شده که دیفوزیون سطحی منجر به تراکم در حین زینتر نشده بلکه منجر به درشت شدن دانه ها می شوند. همانطور که قبلا در این فصل نشان داده شد , مکانیزم های دیفوزیون سطحی بیشتر به اندازه ذره حساس می باشند. بنابراین , افزایش در دیفوزیون سطحی و امکان زینتر در دماهای پایین باید در زینتر نانو ذرات دیده شود. رشد غیر عادی دانه ها و درشت شدن تخلخل ها همراه با عدم تراکم در دماهای پایین زینتر در سیلیسیم فوق العاده ریز , مورد توجه قرار گرفته است.

هر چند , این مورد بیشتر شبیه یک استثناء می باشد , زیرا برای نانو ذرات همواره تراکم و چگالش مطلوب همراه با کاهش دمای زینتر مشاهده شده است. با اینکه مفصلا به این موضوع خواهیم پرداخت , ولی در این قسمت قابل ذکر است که کاهش قابل توجه در دمای آغاز زینتر به طور عملی نیز گزارش شده است. همچنین شبیه سازی های دینامیکی مولکولی , رفتار زینتر سریع نانو ذرات را نشان می دهند. دیفوزیون سطحی نمی تواند این رفتار را توجیه نماید. علاوه بر این , به نظر می رسد که روش معمول در استفاده از سرعت های گرم کردن بالا برای جلوگیری از انجام دیفوزیون سطحی زیان آور , در مورد پودرهای ریز صادق نمی باشد. در بعضی موارد , چنین سرعت های گرم کردن بالیی بر متراکم شدن یا رشد دانه در حین زینتر , اثر خاصی ندارد. اگر چه در مورد اخیر , از آنجایی که سرعت های گرما دهی استفاده شده (۲-۲۰۰ K/min) ممکن است به منظور جلوگیری از درشت شدن دانه بسیار پایین باشد ولی در عین حال سهم دیفوزیون سطحی در زینتر نانو ذرات , مشخص و واضح نیست. نسبت سهم دیفوزیون بالک (و یا دیفوزیون مرزدانه ای) و دیفوزیون سطحی در کل تراکم در حین زینتر , هنوز مشخص نشده و می تواند در مقلیسه با مواد معمولی بسیار متفاوت باشد. دیفوزیون مرزدانه ای در نانو پودرها , در مقایسه با زینتر مواد مرسوم , قطعا افزایش می یابد. یک تغییر عمده در مورد سهم مکانیزم های دیفوزیون مختلف با تغییر در مکانیزم های زینتر , حداقل در مراحل اولیه متراکم شدن زینتر , ممکن می باشد.

پیام بگذارید

هفده − 4 =