دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده فنی و مهندسی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی مواد – شناسایی و انتخاب مواد
عنوان:
بررسی تاثیر دما و زمان اتصال بر خواص مكانیكی اتصال شیشه بوروسیلیكاتی به آلیاژ كوار
استاد راهنما:
دکتر ولی اله دشتی زاد
شماره دانشجویی:
9140110422
بهمن 1393
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فهرست مطالب
عنوان مطالب شماره صفحه
فصل دوم: اصول نظری و مروری بر منابع 6
2-6- روش های اتصال فلز و شیشه 13
2-6-4- جوش انقباضی آلتراسونیک 16
2-7 – طبقه بندی اتصالات شیشه – فلز بر اساس ضریب انبساط حرارتی 20
2-8- مکانیزم اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی 22
2-9 – مراحل اتصال فلز و شیشه 23
2-9-2- پیش اکسیداسیون سطح آلیاژ قبل از اتصال 23
2-9-3- کربن زدایی و گاززدایی 26
2-10- بررسی فصل مشترک اتصال کوار و شیشه 28
2-12- بررسی اکسیداسیون آلیاژ کوار 29
2-13- بررسی تاثیر دما، زمان و اتمسفر در اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی 31
2-15- بررسی سطح مقطح اتصالات 37
2-16- بررسی استحکام برشی اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی 39
2-17- تست مکانیکی اتصال فلز و شیشه 41
2-17-2- تست ضربه در اتصال فلز- شیشه 44
2-17-3 – تست کشش در اتصال شیشه و فلز 47
3-1-برقراری اتصال میان شیشه بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار 50
3-1-2- آماده سازی اولیه نمونه ها به منظور برقراری اتصال 50
3-1-4- اکسیداسیون آلیاژ کوار در اتمسفر N2-H2-H2O 52
3-1-5- مراحل اکسیداسیون آلیاژ کوار در اتمسفر N2-H2-H2O 53
3-2- اتصال شیشه ی بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار 55
3-2-1- فرایند اتصال در اتمسفر نیتروژن به روش تابشی در کوره تیوبی 55
3-2-3- برقراری اتصال از طریق گرمادهی القایی در اتمسفر نیتروژن 60
3-3- اندازه گیری استحکام کششی نمونه های اتصال یافته 62
4-2- نتایج انجام اکسیداسیون در اتمسفر کنترل شده N2-H2-H2O 69
4-3- بررسی مکانیزم اتصال ایجاد شده بین شیشه بورو سیلیکاتی و آلیاژکوار 72
4-4- نتایج آزمون کشش نمونه های اتصال 73
فهرست جداول
عنوان مطالب شماره صفحه
جدول 2-1 ، ترکیب شیمیایی شیشه بوروسیلیکات 8
جدول 2-2 تركیب شیمیایی آلیاژ كوار 9
جدول2-3، پارامترهای استفاده شده برای سه گروه از نمونه ها 31
جدول 2-4، تنش شکست متوسط بر حسب اتمسفر 40
جدول2-5، میزان نیرو و تنش برای تست ضربه 47
جدول 3-1، ترکیب شیمیایی آلیاژ کوار 50
جدول 3-2، ترکیب شیمیایی شیشه بوروسیلیکاتی 50
جدول 3-3، شرایط اکسیداسیون سطح کوار 53
جدول 3-4، شرایط نگهداری نمونه ها در کوره 59
جدول 3-5، زمان و دمای نگهداری نمونه ها 59
جدول4-1، ضرایب انبساط حرارتی در دماهای مختلف برای شیشه 65
جدول 4-2، شرایط اکسیداسیون و افزایش وزن نمونه های اکسید شده در اتمسفر در دمای 20 درجه 70
جدول 4-3، شرایط اکسیداسیون وافزایش وزن نمونه های اکسید شده در اتمسفر در دمای 25 درجه 70
جدول 4-4، نیروی شکست لازم برای نمونه ها در زمان ثابت و دماهای متفاوت 76
جدول 4-5، نیروی شکست نمونه ها در دمای ثابت 1000 درجه و زمانهای مختلف 79
فهرست شکل ها
عنوان مطالب شماره صفحه
شکل2-1، متمرکزکننده سهمی گون، لوله های گیرنده روی خط کانونی قرار گرفته اند 4
شکل2-2، شمایی از لوله گیرنده خورشیدی 5
شکل 2-3، تنشهای حرارتی باقیمانده در فرایند اتصال سرامیک و فلز 10
شکل2-4، ترشوندگی سطح جامد توسط مایع برای زوایای مختلف 11
شکل2-5، زاویه تماس بین شیشه بوروسیلیکات و آلیاژ کوار با پیش اکسیداسیون در زمان های مختلف 12
شکل 2-6، تصویر الکترون برگشتی و پراش اشعه ایکس از ناحیه اتصال کوار و شیشه بوروسیلیکاتی 13
شکل 2-8- جوش انقباضی ـ آلتراسونیک 17
شکل2-9، مکانیزم اتصال نفوذی(القایی) 18
شکل 2-10، اتصال الکتروستاتیکی 20
شکل 2-11، طبقه بندی اتصالات شیشه – فلز بر اساس ضریب انبساط حرارتی 21
شکل 2-12، میکروساختار آلیاژ کوار 24
شکل 2-14، تصویر الکترون های برگشتی و EDX آلیاژ Fe-Ni-Co 25
شکل2-15، ضخامت و افزایش وزن آلیاژ پیش اکسید شده با شعله نازل LPG/O2 26
شکل2-16، تغییرات وزن آلیاژ کوار با زمان دی کربوره شدن 27
شکل2-17، پراش اشعه ایکس از سطح مقطه آلیاژ کوار پیش اکسید شده 28
شکل 2-18، ارتباط بین نرخ اکسایش و زمان نگهداری 29
شکل 2-19، میکروگراف لایه اکسید بر سطح آلیاژ کوار در دمای 700 درجه سانتی گراد 30
شکل 2-20، میکروگراف لایه اکسید تشکیل شده بر سطح کوار در دمای 800 درجه سانتی گراد 30
شکل2-23، بررسی سطح مقطع اتصال توسط SEM-BEI و اسکن خطی X-ray در اتمسفر هوا 32
شکل2-24، بررسی سطح مقطع اتصال توسط SEM-BEI و اسکن خطی X-ray در اتمسفر خلا 33
شکل 2-25، تصویر SEM دندریت های تشکیل شده در اتمسفر هوا 34
شکل2-26، گراف آنالیز EDS شیشه بوروسیلیکاتی (b) بعد و (c) قبل از اتصال 34
شکل 2-27، تصویر TEM اتصال و تشخیص فاز های تشکیل شده به کمک الگوی پراش موضعی 35
شکل 2-28،تصویر TEM اتصال در شرایط اتمسفر خلاء و شناسایی فاز های موجود به کمک الگوی پراش موضعی 35
شکل2-29، شماتیک فرایند تشکیل دندریت های Fayalite از طریق لایه واسطه 36
شکل2-30، سطح مقطع اتصال کوار- شیشه بوروسیلیکاتی 38
شکل 2-31، ارتباط ارتفاع صعود گاز و زمان اکسیداسیون. 39
شکل 2-32، ارتباط نقطه شبنم با میزان صعود گاز 39
شکل 2-33، آنالیز ESCA سطح شکست نمونه تهیه شده در نیتروژن 40
شکل 2-34، شماتیک اتصال ، لایه واکنش و تمامی عیوب محتمل 42
شکل 2-36، تست فشار در ناحیه اتصال. 44
شکل 2-37، تنشهای اصلی در اتصال فلز و شیشه 44
شکل 2-38، مدل سازی شدت تنشهای کششی در اتصال فلز شیشه. 45
شکل 2-39، نحوه بارگذاری برای تعیین تنشها 46
شکل2-40، منحنی نیرو در دمای اتاق و 300 درجه فارنهایت. 47
شکل 2-41تست كشش اتصال شیشه – فلز 48
شکل 3-2، گرادیان حرارتی کوره تیوبی. 52
شکل 3-6، نمونه بسته شده بر روی انتقال دهنده 57
شکل 3-7، نمای بیرونی دستگاه القای ساخته شده 61
شکل 3-8، نمای داخلی دستگاه القای ساخته شده 62
شکل 4-1، منحنی آزمون دیلاتومتری برای شیشه بوروسیلیکاتی محصول شات آلمان 66
شکل 4-2، نرخ انبساط حرارتی شیشه و فلز 67
شکل 4-3، نرخ انبساط حرارتی شیشه و کوار ، نمونه شماره 1 68
شکل 4-4، نرخ انبساط حرارتی شیشه و کوار ، نمونه شماره2 68
شکل 4-5، نرخ انبساط حرارتی شیشه و کوار ، نمونه شماره 3 69
شکل 4-6، نمودار تغییرات وزن بر واحد سطح نمونه ها، دمای مخزن آب 20 درجه سانتی گراد 71
شکل 4-7، نمودار تغیرات وزن بر واحد سطح نمونه ها، دمای مخزن آب 25 درجه سانتی گراد 71
شکل 4-8، نمونه شماره 1،نمودار کشش در زیر دمای 940 درجه سانتی گراد و زمان 4 دقیقه 74
شکل 4-9، نمونه شماره 1،نمودار کشش در زیر دمای 970 درجه سانتی گراد و زمان 4 دقیقه 74
شکل 4-10، نمونه شماره 1،نمودار کشش در زیر دمای 1000درجه سانتی گراد و زمان 4 دقیقه 75
شکل 4-11، نمونه شماره 1،نمودار کشش در زیر دمای 1030 درجه سانتی گراد و زمان 4 دقیقه 75
شکل 4-12، نمونه شماره 1،نمودار کشش در زیر دمای 1060 درجه سانتی گراد و زمان 4 دقیقه 76
شکل 4-13، نمودار کشش در زیر دمای 1000 درجه سانتی گراد و زمان 6دقیقه 77
شکل 4-14، نمودار کشش در زیر دمای 1000 درجه سانتی گراد و زمان 10دقیقه 77
شکل 4-15، نمودار کشش در زیر دمای 1000 درجه سانتی گراد و زمان 14 دقیقه 78
شکل 4-16، نمودار کشش در زیر دمای 1000 درجه سانتی گراد و زمان 20 دقیقه 79
چکیده
اتصال شیشه به فلز یکی از موارد مهم در تجهیزاتی نظیر لوازم برقی مثل لامپ های رشته ای ویا متمرکز کننده های نیروگاه های خورشیدی و موارد دیگر میباشد. استفاده همزمان از شیشه و فلز نیازمند یک اتصال با کیفیت مناسب در فصل مشترک اتصال است.
هدف پژوهش حاضر، به دست آوردن یک اتصال قابل اطمینان بین آلیاژ کوار و شیشه بوروسیلیکاتی بود. برای حصول این نتیجه، اختلاف ضریب انبساط حرارتی بین شیشه و کوار با بهره گرفتن از آزمون دیلاتومتری سنجیده شد و مواد اولیه دارای کمترین اختلاف ضرایب انبساط حرارتی شیشه و کوار بین نمونههای مختلف برای انجام اتصال انتخاب شدند. با توجه به ماهیت غیر فلزی شیشه، ایجاد اتصال متالورژیکی با یک فلز به صورت مستقیم از لحاظ موضوع تر شوندگی غیر ممکن است. لذا ایجاد یک لایه واسطه از طریق پیش اکسیداسیون، به عنوان راه حل این مشکل اتخاذ شد. خواص مکانیکی اتصال توسط آزمون کشش در دماها و زمانهای مختلف بررسی شد. نمونه با بیشترین میزان نیروی شکست به عنوان مناسب ترین نمونه در نظر گرفته شد.
کلید واژه: آلیاژ کوار، شیشه بوروسیلیکاتی، روشهای اتصال، ضریب انبساط حرارتی، خواص مکانیکی، ترشوندگی.
فصل اول: کلیات
1-1-مقدمه
امروزه تولید الکتریسیته خورشیدی در حال پیشرفت نوید بخشی است. توجه روز افزون به اثرات مخرب زیست محیطی سایر روش های تولید جریان الکتریکی، مزایای الکتریسیته خورشیدی را آشکار می سازد. هزینه تولید الکتریسیته از روش های حرارتی و خورشیدی، کمتر از هزینه تولید آن در نیروگاه های سوخت فسیلی خواهد بود. تولید الکتریسیته از چند وات تا به اندازه تولید یک نیروگاه معمولی، توسط فناوریهای الکتریسیته خورشیدی امکان پذیر است. در حال حاضر شش روش مختلف برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشیدی شناخته شده است که عبارتنداز: آینه خورشیدی، سهمی گون[1] دریافت کننده مرکزی، آینههای بشقابی، دودکش خورشیدی، استخر خورشیدی و سلولهای نوری فتوولتائیک[2][1].
امروزه شیوه تولید جریان الکتریسیته توسط آینههای سهمیگون، جایگزینی برای شیوههای معمول تولید برق شده است. به عنوان نمونه، نیروگاه آینههای سهمیگون کالیفرنیا با ظرفیت 345 مگاوات، در مدت کارکرد ده ساله، پنج هزار گیگاوات ساعت الکتریسیته تولید کرده است که این میزان، هشتاد درصد کل انرژی خورشیدی تولیدی در دنیاست [2].
متمرکز کننده های خورشیدی سهمی شکل با گیرندههای لولهای خلا، تکنولوژی اصلی مورد استفاده در نیروگاههای تولید انرژی الکتریکی با بهره گرفتن از گرمای خورشید هستند. این ابزارها، کم هزینهترین نوع تجهیزات در مقیاس وسیع هستند که امروزه در دسترس می باشند و با بهره گرفتن از نور خورشید متمرکز شده که به عنوان منبع حرارت برای سیکل رانکین[3] می باشد، انرژی الکتریکی تولید میکنند[3]. جمع کننده انرژی خورشید از آینههای سهموی تشکیل یافته که تابش اشعه خورشید را روی خط کانونی آنها متمرکز می کند و گیرنده[4]، به صورت لولهای در خط کانونی منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید، گرم و داغ می‌گردد. سیال انتقال حرارت که در گیرنده پمپاژ وارد میشود، از طریق پدیده همرفت[5] و دیوارهای گیرنده گرم می شود. سپس این سیال وارد یک بلوک می شود که در آن از طریق گرمای انتقال یافته، بخار تولید می شود. انرژی بخار در چرخه توربین بخار رانکین، به الکتریسیته تبدیل میشود[4]. تصویر یک متمرکزکننده سهمیگون در شکل 2-1 نشان داده شده است.
شکل2-1، متمرکزکننده سهمی گون، لوله های گیرنده روی خط کانونی قرار گرفته اند [2].
برای بهره‌گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله گیرنده، سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب انبساط بالایی دارد پوشش می‌دهند و همچنین در محیط اطراف آن، لوله ای شیشه‌ای به صورت لفاف پوشیده میشود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت به عمل آید. ضمناً بین این دو لوله خلا به وجود می‌آورند تا پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
اتصال شیشه به فلز در لوله گیرنده، نه تنها نیازمند استحکام مکانیکی معینی است بلکه در شرایط خلا بسیار بالا، باید مانع عبور گازها به داخل سیستم گردد. دست یابی به اتصال خوب بین فلز و شیشه در لوله گیرنده در سیستمهای گرمایش خورشیدی با دشواری هایی همراه است. شکست و یا جدا شدن اتصال شیشه – فلز در این سیستمها، یکی از پرهزینه ترین فاکتورها در کارخانجات تولید سلولهای خورشیدی سهموی شکل می باشد که باعث کاهش بازدهی سیستم نیز می شود.
[1] Parabolic
[2] Photo-Voltaic
[3] Rankin
[4] Receiver
[5] Convection
تعداد صفحه : 104
قیمت :14700 تومان