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:بررسیتاثیردماوزماناتصالبرخواصمکانیکیاتصالشیشهبوروسیلیکاتیبهآلیاژ کوار

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

 

چکیده 1

فصل اول: کلیات 2

1-1-مقدمه 3

فصل دوم: اصول نظری و مروری بر منابع 6

2-1- مقدمه 7

2-2- خواص شیشه بوروسیلیکاتی 7

2-3- خواص آلیاژ کوار 8

2-4- شرایط اتصال شیشه و فلز 9

2-4-1- ضریب انبساط حرارتی 9

2-5- ترشوندگی 11

2-6- روش های اتصال فلز و شیشه 13

2-6-1- اتصال چسبی 14

2-6-2- اتصال ذوبی 15

2-6-3- لحیم کاری 15

2-6-4- جوش انقباضی آلتراسونیک 16

2-6-5- اتصال نفوذی 17

2-6-6 اتصال الکتروستاتیکی 19

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

2-9-1- تمیز کردن سطوح 23

2-9-2- پیش اکسیداسیون سطح آلیاژ قبل از اتصال 23

2-9-3- کربن زدایی و گاززدایی 26

2-9-4- آنیل کردن 27

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

2-14- تست نشت 36

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

2-17-1- استحکام اتصال 43

2-17-2- تست ضربه در اتصال فلز- شیشه 44

2-17-3 – تست کشش در اتصال شیشه و فلز 47

فصل سوم : روش انجام کار 49

3-1-برقراری اتصال میان شیشه بوروسیلیکاتی و آلیاژ کوار 50

3-1-1- تهیه مواد اولیه 50

3-1-2- آماده سازی اولیه نمونه ها به منظور برقراری اتصال 50

3-1-3-پرداخت و تمیز کاری 51

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

فصل چهارم: نتایج و تحلیل 64

4-1- نتایج تست دیلاتومتری 65

4-2- نتایج انجام اکسیداسیون در اتمسفر کنترل شده N₂-H_2-H₂O 69

4-3- بررسی مکانیزم اتصال ایجاد شده بین شیشه بورو سیلیکاتی و آلیاژکوار 72

4-4- نتایج آزمون کشش نمونههای اتصال 73

نتیجه گیری 81

پیشنهادات 82

منابع و ماخذ 83

 

 

 

فهرست جداول

عنوان مطالب شماره صفحه

جدول 2-1 ، ترکیب شیمیایی شیشه بوروسیلیکات 8

جدول 2-2 ترکیب شیمیایی آلیاژ کوار 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 2-7، زاویه ترشوندگی ‏q، با انرژی سطحی مایع – بخار ‏gLV‏ ، انرژی سطحی جامد – بخار ‏gSV‏ و انرژی سطحی جامد – ‏مایع ‏gSL‏ ‏‏‏ 15

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 2-13، پراش پرتو ایکس آلیاژ کوار که با نمونه های مورد استفاده در تیوب اشعه ایکس پزشکی و دندان پزشکی مقایسه ‏شده است 25

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

شکل 2-21، نمونه های گروه‎ A‏ آلیاژ اکسید شده کوار که در دمای 925 درجه گرم شده و به مدت 15 دقیقه در کوره در ‏اتمسفر نیتروژن نگه داشته ‏شده است 31

شکل 2-22، نمونه های گروه‎ B‏ آلیاژ اکسید نشده کوار که در دمای 925 درجه گرم شده و تنها فقط به مدت 15 دقیقه در ‏کوره در اتمسفر نیتروژن ‏نگه داشته شده است ‏ 31

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

شکل2-35، انواع مختلف تست های مکانیکی ‏a‏) تست کشش، ‏b‏) تست خمش سه نقطه ای، ‏c‏) تست خمش چهار نقطه ای، ‏d‏) ‏تست برشی، ‏‎ e‏) ‏تست برش روی حلقه یا استوانه 43

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 کشش اتصال شیشه – فلز 48

شکل 3-1، نمونه اتصال 51

شکل 3-2، گرادیان حرارتی کوره تیوبی.‏ 52

‏3-‏‎3‎‏ تغییرات تقریبی درصد وزنی رطوبت اشباع شده در هوا یا گاز نیتروژن نسبت به دما( با اغماض می توان میزان حلالیت آب ‏در هوا و ‏نیتروژن ‏‏را یکسان دانست) 54

شکل 3-‏‎4‎‏ ، کوره تیوبی 56

شکل 3-5، دستگاه دیلاتومتری 57

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 3-9، دستگاه کشش 63

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.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید