وجد باحثون من جامعة نورث كارولينا أن تطبيق مجال كهربائي ضعيف يؤدي إلى تحضير أسرع للمواد السيراميكية أثناء الإنتاج عند درجات حرارة منخفضة، ويزيد من قوة مادة السيراميك نفسها
ووجد باحثون من جامعة نورث كارولينا أن تطبيق مجال كهربائي ضعيف يؤدي إلى تحضير أسرع للمواد الخزفية أثناء الإنتاج عند درجات حرارة منخفضة، ويزيد من قوة مادة السيراميك نفسها.
في قلب البحث توجد عملية تسمى التلبيد (عملية تسخين مادة عند درجة حرارة أقل بقليل من نقطة الانصهار من أجل تشكيل كتلة صلبة واحدة) والتي يتم من خلالها إنتاج معظم المواد الخزفية اليوم. تتضمن العملية ضغط مسحوق مادة السيراميك إلى الشكل المطلوب للمنتج النهائي وتسخينه. عند الحرارة العالية، ترتبط ذرات المادة المسحوقية معًا عن طريق الرفرفة - حيث تتحرك ذرات حبيبات المسحوق المختلفة و"تلصق" جزيئات المسحوق معًا. تزيد عملية اللصق من مسامية مادة السيراميك، مما يقوي المادة النهائية بشكل كبير.
وقال الدكتور هانز كونراد، أستاذ علم الأحياء: "من خلال تطبيق مجال كهربائي بتيار متردد عند 60 هرتز، تمكنا من إزالة المسام عند درجة حرارة 1250 درجة مئوية - مقارنة بدرجة حرارة 1500 درجة مئوية المطلوبة بدون المجال الكهربائي". علوم وهندسة المواد في جامعة نورث كارولينا وأحد مؤلفي المقال. وبالإضافة إلى ذلك، تمكن الباحثون من تقليل حجم حبيبات المادة الخزفية بنسبة ثلاثة وستين بالمئة - للحصول على حبيبات يبلغ قطرها 134 نانومترا، مقارنة بقطر 360 نانومترا تم الحصول عليه بطرق الربط العادية. حجم الحبوب الأصغر يجعل مادة السيراميك أقوى، لأنه كلما زاد حجم الحبوب، كان من الأسهل تكوين الشقوق وانتشارها.
تعتبر المواد الخزفية مكونات مهمة في مجموعة متنوعة من المنتجات، بما في ذلك العوازل وشمعات الإشعال وخلايا الوقود وخلايا الوقود وتوربينات الغاز والقضبان النووية والمحامل ومواد البناء والأقسام الواقية التي جميعها مقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة.
وتمكن الباحثون من تحقيق نتائج مماثلة، وإن كانت أقل جودة، من خلال تطبيق مجال كهربائي ناشئ عن تيار مباشر. اختفت المسامية عند درجة حرارة 1400 درجة مئوية باستخدام التيار المباشر، وانخفض حجم الحبيبات إلى قطر 217 نانومتر - وهما قيمتان لا تزالان تشكلان تحسنا كبيرا مقارنة بطرق الربط الحالية. كان المجال المطبق، سواء بعد التيار المباشر أو بعد التيار المتردد، حوالي 13.9 فولت/سم.
وقال "وجدنا أن استخدام مجال كهربائي ضعيف - بتيار يبلغ حوالي سدس ثمن أمبير لكل سنتيمتر فقط - يمكن أن يؤدي إلى تحسن في معدل عملية الالتصاق والحصول على حجم حبيبات أصغر بكثير". الباحث. بمعنى آخر، سيكون مصنعو المواد الخزفية قادرين على إنتاج منتجاتهم بشكل أسرع وأرخص باستخدام مجال كهربائي غير مكلف - وجعل موادهم أكثر صلابة.
يوضح الباحث: "في عمليتنا الجديدة، لا تستخدم الكثير من الطاقة - لأنها موجهة مباشرة إلى الموقع الذري حيث تكون هناك حاجة إليها - بدلاً من استخدام المزيد من الطاقة لتحقيق درجات حرارة عالية في الفرن، وهو ما يكون أقل كفاءة". . "إذا كنت مهتمًا بمواد السيراميك الأكثر صلابة، فأنت بحاجة إلى إزالة المسام والحفاظ على حجم الحبوب صغيرًا قدر الإمكان. وتريد تحقيق ذلك بأقل تكلفة ممكنة، أي باستخدام أقل قدر ممكن من الطاقة، وفي درجة حرارة منخفضة وبأسرع معدل ممكن. واستخدام المجال الكهربائي يتيح تحقيق كل هذه الأهداف."
ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Scripta Materialia.
تعليقات 4
هذا النوع من الأبحاث الغريبة جدًا والتي لسبب ما قدمت حلاً جيدًا هذه المرة.
يا ترى ماذا سيحدث لو وضعنا مجالا كهربائيا في المادة... 🙂
ويذكرني بالتجارب في مجال علم الأحياء التي كانت أغلب التجارب في القرن الماضي، تناول مادة ما، ووضعها على الحيوان على أمل أن يفعل شيئًا جيدًا دون فهم أساسي للمشكلة.
على أية حال، بالنسبة للجندي في أفغانستان الذي أنقذت حياته بفضل الرصاصة التي فشلت في اختراق السترة الخزفية، فإن هذا يشكل تقدما كبيرا. و
الأعلى،
على أية حال، الأمر لا يتعلق بالطول، نحن متفقون على ذلك. هذا جعلني أذهب إلى المقال الأصلي، الذي يقول سم مربع.
لا نعرف بالضبط كيف تمت التجربة، فمن الممكن أن يكون الأمر يتعلق بتحضير طبقة رقيقة من مادة السيراميك (افتراض معقول) وبالتالي استخدام وحدات الأمبيرات مقسومة على المساحة.
Adi يتعلق بالحجم، ويجب أن يكون cc ليكون أكثر دقة.
ملاحظة صغيرة ومزعجة بخصوص الوحدات:
"بتيار يبلغ حوالي سدس ثُمن أمبير لكل سنتيمتر فقط" يجب أن يكون
"بتيار يبلغ حوالي سدس ثمن أمبير لكل سنتيمتر مربع"