جند سازه ها

[masoud_taktaz]

مقدمه

از اولین کامپوزیت‌ها یا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه گل اشاره کرد. قایق‌هایی که سرخ‌پوست‌ها با قیر و بامبو می‌ساختند و تنورهایی که از گل ، پودر شیشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان یافت شده است، از کامپوزیت‌های نخستین هستند. بسیاری از نیازهای صنعتی صنایعی مانند صنایع فضایی ، راکتورسازی ، الکترونیکی و غیره نمی‌تواند با استفاده از مواد معمولی شناخته شده ، برآورده شود. اما قسمتی از آن نیازها ، می‌تواند با استفاده از چندسازه‌ها یا کامپوزیت‌ها برآورده گردد. چندسازه‌ها به موادی گفته می‌شود که از مخلوطی از دو یا چند عنصر ساخته شده باشند.

در حالیکه در چندسازه‌ها ، نه فقط خواص هر یک از اجزاء آن برجا باقی می‌ماند، بلکه در نتیجه پیوستن آنها با یکدیگر ، خواص جدیدتر و بهتر هم بدست می‌آید. مواد مختلط همیشه ناهمگن می‌باشد. بررسیها و تحقیقات برای دست یافتن به مواد جدیدتر با خواص مکانیکی بهتر ، همواره انجام می‌گرفته و هنوز هم همگام با پیشرفت صنایع دنبال می‌گردد. در این بررسیها ، اغلب این هدف دنبال می‌شود که به موادی با نسبت مناسب از استحکام کششی به چگالی ، استحکام حرارتی بالا و خواص ویژه سطح خارجی دست یابند.

[masoud_taktaz]

انواع چندسازه‌ها

انواع چندسازه‌ها را می‌توان به گروههای زیر طبقه‌بندی نمود.

• کامپوزیت‌های پایه پلیمری : این مواد اهمیت صنعتی فراوانی دارد و هنوز هم تحقیقات در این زمینه ادامه دارد. مواد مصنوعی تقویت شده با الیاف شیشه (فایبرگلاس‌ها) یکی از این مواد می‌باشد که تاکنون کاربرد صنعتی وسیعی پیدا کرده است.
• کامپوزیت‌های پایه فلزی
• کامپوزیت‌های پایه سرامیکی :کامپوزیت‌های پایه پلیمری بیش از 90% کاربرد کامپوزیت‌ها را به خود اختصاص داده‌اند و از بقیه مهمتر هستند.

[masoud_taktaz]

ساختمان فایبر گلاس‌ها

ساختمان و اندازه‌ این الیاف شیشه‌ها بسیار متغیر است. کوچکترین آنها بوسیله چشم غیر مسلح دیده نمی‌شود و بسیار ریز هستند. اندازه‌های کمی بزرگتر از آن ذراتی هستند که در کارخانجات ساخت فرآورده‌های الیاف شیشه‌ها به کمک هوا نقل و انتقال یافته و سبب شوزش پوست و بینی و گلو می‌شود. الیاف شیشه متداولترین الیاف مصرفی کامپوزیت‌ها در دنیا و ایران است که متاسفانه در ایران ساخته نمی‌شود. انواع الیاف شیشه عبارتند از انواع E ، C ، S و کوارتز. ترکیب الیاف شیشه نوع E یا الکتریکی ، از جنس آلومینوبور و سیلیکات کلسیم بوده و دارای مقاومت ویژه الکتریکی بالایی است.

الیاف شیشه نوع S ، تقریباْْ 40 درصد استحکام بیشتری نسبت به الیاف شیشه نوع E دارند. الیاف شیشه نوع C یا الیاف شیشه شیمیایی ، دارای ترکیب بور و سیلیکات کربنات دو سود بوده و نسبت به دو مورد قبل پایداری شیمیایی بیشتری بخصوص در محیط‌های اسیدی دارد. الیاف شیشه کوارتز ، بیشتر در مواردی که خاصیت دی‌الکتریک پایین نیاز باشد، مانند پوشش آنتن‌ها و یا رادارهای هواپیما استفاده می‌شوند.

سبکی ، سهولت شکل‌دهی ، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت آب‌بندی ، از ویژگیهای کامپوزیت‌هایی است که در صنعت ساختمان بکار می‌رود. فایبرگلاس یا الیاف شیشه که پرکاربردترین کامپوزیت‌ها هستند، فیبرها یا الیاف ساخت بشر است که در آن ، ماده‌ تشکیل دهنده‌ فیبر ، شیشه است. الیاف شیشه‌ها ، موارد استفاده‌های فراوانی از جمله در ساخت بدنه‌ خودروها و قایقهای تندرو و مسابقه‌ای ، کلاه ایمنی موتورسواران ، عایقکاری ساختمانها و کوره‌ها و یخچالها و … دارند.

[masoud_taktaz]

کاربردهای کامپوزیت‌ها

سابقه استفاده از کامپوزیت‌های پیشرفته به دهه‌ 1940 باز می‌گردد. در آن زمان ارتشهای آمریکا و شوروی سابق در رقابتی تنگاتنگ با یکدیگر ، موفق به ساخت کامپوزیت پایه پلیمری الیاف بور - رزین اپوکسی برای استفاده در صنعت هوا فضا شدند. 20 تا 30 سال پس از آن ، کامپوزیت‌های پایه پلیمری بطور گسترده‌ای به سوی صنایع شهری از جمله ساختمان و حمل و نقل روی آوردند. بطور مثال امروزه خودروهایی ساخته می‌شود که تماماْْ کامپوزیتی هستند. استفاده از کامپوزیت‌ها در این کاربرد به علت ویژگیهایی چون وزن کمتر ، در نتیجه سوخت کمتر و عمر طولانی‌تر آنهاست.

با توجه به پایداری بسیار زیاد کامپوزیت‌های پایه پلیمری و مقاومت بسیار خوب آنها در محیط‌های خورنده، این کامپوزیت‌ها، کاربردهای وسیعی در صنایع دریایی پیدا کرده‌اند که از آن جمله می‌توان به ساخت بدنه قایقها و کشتیها و تاسیسات فراساحلی اشاره داشت. استفاده از کامپوزیت‌ها در این صنعت، حدود 60% صرفه‌جویی اقتصادی داشته است که علت اصلی آن مربوط به پایداری این مواد است. صنعت ساختمان پرمصرف‌ترین صنعت برای مواد کامپوزیتی است. استخرهای شنا ، وان حمام ، سینک ظرفشویی و دست‌شویی ، کف‌پوش ، نماپوش ، سقف‌پوش ، برج‌های خنک‌کننده و … همگی کامپوزیت‌های پایه پلیمری هستند.
|+| نوشته شده در شنبه 10 تیر1385ساعت 21:37 توسط فرهاد کیا | نظر بدهید
تنگستن

تانتالم - Chromium - رنیوم

W
Sg

جدول کامل

عمومی

نام, علامت اختصاری, شماره
Tungsten, W, 74
گروه شیمیایی
فلز انتقالی
گروه, تناوب, بلوک
6 «VIB), 6 , d
جرم حجمی, سختی
19250 kg/m3, 7.5
رنگ

سفید خاکستری درخشان

خواص اتمی

وزن اتمی
183.84 amu
شعاع اتمی(calc.)
135 (193) pm
شعاع کووالانسی
146 pm
شعاع وندروالس
اطلاعات موجود نیست
ساختار الکترونی
Xe]4f14 5d4 6s2]
e- بازای هر سطح انرژی
2, 8, 18, 32, 12, 2
درجه اکسیداسیون «اکسید)
6, 5, 4, 3, 2 «اسید ملایم)
ساختار کریستالی
مکعبی body centered

خوااص فیزیکی

حالت ماده
جامد
نقطه ذوب
3695 K (6192 °F)
نقطه جوش
5828 K (10031 °F)
حجم مولی
9.47 ש»10-6 ««متر مکعب بر مول
گرمای تبخیر
824 kJ/mol
گرمای هم جوشی
35.4 kJ/mol
فشار بخار
4.27 Pa at 3680 K
سرعت صوت
5174 m/s at 293.15 K

متفرقه

الکترونگاتیویته
2.36 «درجه پائولینگ)
ظرفیت گرمایی ویژه
130 J/«kg*K)
رسانائی الکتریکی
18.9 106/m اهم
رسانائی گرمایی
174 W/«m*K)
1st پتانسیل یونیزاسیون
770 kJ/mol
2nd پتانسیل یونیزاسیون
1700 kJ/mol

پایدارترین ایزوتوپها

iso

NA

نیمه عمر

DM

DE MeV

DP

180W
0.12%
7.4 E16 y
α
اطلاعات موجود نیست
اطلاعات موجود نیست
182W
26.50%
8.3 E18 y
α
اطلاعات موجود نیست
اطلاعات موجود نیست
183W
14.3%
1.1 E17 y
iso
اطلاعات موجود نیست
اطلاعات موجود نیست
184W
30.64%
4 E18 y
α
اطلاعات موجود نیست
180Hf
186W
28.43%
6.5 E18 y
α
اطلاعات موجود نیست
اطلاعات موجود نیست

واحدهایSI & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شدهباشد.

تنگستن ( نام سابق آن wolfram) عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان W و عدد اتمی 74 می باشد. تنگستن که عنصری است بسیار سخت و سنگین ، جزء فلزانتقالی و به رنگ خاکستری مایل به آبی تا سفید در سنگهای معدن بسیاری از جمله ولف رامیت و شیلیت یافت شده و از نظر خصوصیات فیزیکی نیرومند خود قابل توجه است.از نوع خالص آن بیشتردر مصارف الکتریکی استفاده می شود اما ترکیبات و آلیاژهای فراوان آن کاربردهای بسیار زیادی دارد( بارزترین آنها افروزه های لامپ و آلیاژهای دیرگداز عصر فضا است).

[masoud_taktaz]

خصوصیات قابل توجه

تنگستن خالص به رنگ خاکستری مایل به آبی تا فلز سخت سفید رنگ می باشد. اگر خلوص آن زیاد باشد می توان آنرا با اره آهن بر برید( اگر ناخالص باشد شکننده و کار با آن دشوار است) در غیر این صورت باید با آختن ، ورزیدن یا روزن رانی با آن کار کرد.این فلز در دمای بالای 1650 درجه سانتیگراد بالاترین نقطه ذوب (c3422) پایین ترین فشار بخار و بیشترین مقاوت کششی را در بین تمامی فلزات دارا می باشد.مقاومت آن در برابر فرسایش هم بسیار خوب است و فقط اسیدهای معدنی تاحدی آنرا تحت تاثیرقرار می دهند. فلز تنگستن اگر در معرض هوا قرار بگیرد یک اکسید محافظی را تشکیل می دهد. اگر مقدار کمی از آن با فولاد آلیاز شود استحکام آنرا تا حد زیادی افزایش می دهد.

[masoud_taktaz]

کاربردهـــــا

تنگستن فلزی است که دامنه کاربردهای آن بسیار وسیع است ؛ عمده ترین آنها کاربید تنگستن ( W2C)),WC) در کاربیدهای سیمانی شده می باشد.کاربیدهای سیمانی شده( نام دیگر آنها فلزات سخت است) مواد پوششی مقاومی هستند که مورد استفاده صنایع فلزکاری ، ((استخراج معدن ، نفت و ساختمانی می باشند. چون تنگستن را می توان بصورت رشته سیمهای بسیار باریک با نقطه ذوب زیاد در آورد درافروزه های موجود در لامپ ، لامپ خلا و الکترودها کاربرد زیادی دارد.

سایر کاربردها :

• نقطه ذوب زیاد تنگستن موجب شده درکاربردهای فضایی و مواردی مانند جوشکاری ، تفتیدن و کاربردهای الکتریکی که دما زیاد است مورد استفاده قرار گیرد.
• استحکام وخصوصیات چگالی تنگستن آنرا برای ساخت آلیاژهای فلزسنگین که درتسلیحات ،گرماگیرها(heat sinks) و مصارف چگالی زیاد از قبیل وزنه و پارسنگها مناسب کرده است.
• فولاد بکار رفته در وسایل پر سرعت (Hastelloy , Stellite) اغلب باتنگستن آلیاژ شده اند که این نوع فولاد حاوی 18% تنگستن می باشند.
• آلیاژهای دیرگداز که دارای این فلز هستند در پوشش و قسمتهای تیغه توربین ، ابزار فولادی و آلیاژپوششی مقاوم بکار می روند.
• آلیاژها بعنوان جایگزین سرب در گلوله مورد استفاده قرار می گیرند.
• ترکیبات شیمیایی تنگستن در کاتالیزورها ، رنگ دانه های غیرآلی و روان کننده های پر حرارت دی سولفید تنگستن که تا 500 درجه سانتیگراد مقاوم هستند کاربرد دارند.
• چون انبساط حرارتی این عنصر شبیه شیشه بوروسیلیکات است از آن در ساخت glass-to-metal seals بهره می برند.

متفرقه : اکسیدهای آن درلعاب کاری سرامیک کاربرد دارد و اسید تنگستیت منیزیم / کلسیم در لامپهای فلورسنت کاربرد زیادی دارند.از این فلز همچنین در اهداف اشعه X ، عناصر گدازنده برای کوره های الکتریکی استفاده می شود.نمکهای حاوی تنگستن در صنایع شیمیایی و دباغی بکار می روند. برنزهای تنگستن ( علت نام آنها رنگ اکسید تنگستن می باشد) به همراه ترکیبات دیگر در رنگها کاربرد دارند.

[masoud_taktaz]

تاریخچـــــه

فرضیه وجود تنگستن ( واژه سوئدی tung sten به معنی سنگ سنگین) برای اولین بار در سال 1779 توسط Peter Woulfe مطرح شد. او ولف رامیت را مورد بررسی قرار داد( که بعدها نام آن از نام Woulfe گرفته شد) و نتیجه گرفت که آن باید حاوی ماده جدیدی باشد. سال1781 Carl Wilhelm Scheele اثبات نمود که می توان از تنگستنیت یک اسید جدید را تولید کرد. Scheeleو Berman پیشنهاد کردند که احتمال تهیه یک فلز جدید بوسیله کاهش اسید تنگستنی وجـــــــود دارد. Fausto Elhuyar و Jos鼯a وجود اسیدی را در ولف رانیت کشف کردند که مشابه اسید تنگستنی بود . بعدها در همان سال این دو برادر از طریق کاهش این اسید با ذغال چوب موفق به جداسازی تنگستن شدند.آنها با کشف این عنصر مورد قدردانی قرار گرفتند.

[masoud_taktaz]

نقش بیولوژیکی

آنزیمهایی کهoxidoreductases نامیده می شوند تنگستن را با همان روش بکارمی برند که مولیبدنم در یک ترکیب تنگستن – پترین آنرا بکار می برد.
در 20 آگوست 2002 نمایندگان مراکز کنترل و جلوگیری از بیماریها وابسته به آمریکا اعلام کرد که آزمایشات ادرار روی خانواده های بیماران مبتلا به سرطان خون و خانواده های گروه کنترل در منطقه Fallon, Nevada ، افزایش میزان تنگستن در بدن هردو گروه را نشان داده است. در منطقه Fallon 16 مورد آخر سرطان که در بچه ها کشف شد امروزه بعنوان زنجیره سرطان شناسایی شده است. دکتر Carol H. Rubin رئیس یکی از رشته های پزشکی در CDC معتقد است در حال حاضر اطلاعات موجود، ارتباط بین تنگستن و سرطان خون را تایید نمی کند.

[masoud_taktaz]

پیدایــــــش

تنگستن در سنگ معدن ولف رامیت ( تنگستن آهن – منگنزFeWO4/MnWO4) شیلیت «کلسیم تنگستن CaWO4) فربریت وhuebnerite یافت می شود. ذخایر مهم این مواد در بولیوی ، کالیفرنیا ، چین ، کلرادو، پرتقال ، روسیه و کره جنوبی واقع است ( تقریبا" 75% تنگستن مورد نیاز جهان را چین تولید می کند). این فلز با روش کاهش اکسید تنگستن بوسیله هیدروژن یا کربن بصورت تجاری تولید می شود.

[masoud_taktaz]

ترکیبات

رایج ترین حالت اکسیداسیون تنگستن 6+ است. سایر حالات اکسیداسیون این عنصر عبارتند از 5+ ، 4+ ، 3+ ، 2+ اما تنگستن کلیه حالات اکسیداسیون از 2- تا 6 را بروز می دهد. تنگستن معمولا" با اکسیژن ترکیب شده و اکسید تنگستن زرد رنگی را بوجود می آورد(WO3 ) که جهت تشکیل یونهای تنگستن در محلولهای قلیایی آبی حل می شود( 2-WO4 ).
Polyoxoanion های آبی
محلولهای تنگستن دار آبی در شرایط خنثی و اسیدی برای تشکیل polyoxoanion مورد توجه هستند.وقتی تنگستن تدریجا" با اسید فعالیت می کند ابتدا آنیون ناپایدار و قابل حل "paratungstate A" ( 6- W7O246-) را تشکیل می دهد که پس از ساعتها یا روزها به آنیون "paratungstate B" که خاصیت حل شدنی کمتری دارد (H2W12O4210-) تبدیل می شود.بعد از اینکه تعادل برقرار شد ، اسید سازیهای بیشتر موجب تشکیل یک آنیون بسیار قابل حل ( H2W12O406-) می شود.یـــــــون metatungstate بصورت زنجیره ای متقارن از 12 اکتاهدرای اکسیژن – تنگستن وجود دارد که یون"Keggin" نامیده می شود. بسیاری ازpolyoxoanion های دیگر بصورت گونه های ناپایدار دیده می شوند. در metatungstate ،احاطه اتم متفاوتی مثل فسفر به جای دو اتم هیدروژن مرکزی تولید انواع بسیار زیادی از به اصطلاح heteropolyanions می کند.