دیرگداز،خواص مواد دیر گداز فلزی و سرامیکی

مواد دیر گداز:
به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .
تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .

ویژگی‌ها
این مواد امکان استفاده از مواد را فراهم می‌نمایند. در این مواد خواص حرارتی به عنوان ویژگی اصلی مد نظر می‌باشد در حالی که سرامیک‌ها عمدتاً به علت خواص مکانیکی، شیمیایی، نوری، الکتریکی و مغناطیسی مورد استفاده هستند. حجم استفاده از این مواد در مقایسه با سرامیک‌ها بسیار زیاد است. عمدتاً دارای درصد بالایی تخلخل هستند درحالی که عمدتاً سرامیک‌ها به صورت چگال کاربرد دارند. عمده چگال شدن ساختار به هنگام شکل‌دهی حاصل می‌شود نه به هنگام پخت.
کاربردهای محصولات دیرگداز
محصولات دیرگداز برای کاربردهای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:
جداره دستگاه‌هایی که فرآیندهای حرارتی دارند (کوره‌های ذوب، پخت و عملیات حرارتی) و مخازن حمل مذاب.
عایق‌کاری گرمایی
ساخت قطعاتی طراحی شده در محیطهای گرم(سر مشعلها.سر نازلها)
صنعت آهن و فولاد بزرگ‌ترین مصرف کنندهٔ محصولات دیرگداز است. از دیگر صنایع مصرف کنندهٔ محصولات دیرگداز، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است.

خواص مواد دیر گداز فلزی و سرامیکی
نقطه خمیری شدن :
برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .

مواد اولیه تشکیل دهنده دیر گداز ها :
این مواد اولیه عبارتند از :
مواد دیرگداز بر پایهٔ شش اکسید اصلی، SiO_۲، ZrO_۲، MgO، CaO، Cr_۲O_۳، Al_۲O_۳ و ترکیبات بین آنها که اخیرا اغلب در ترکیب با کربن نیز هستند، قرار دارند.

پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :
1- تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی
2- پایداری در برابر سرباره
3- استحکام در برابر شوک حرارتی
4- مقاومت در برابر فشار
که در دماهای R.T )Room Temperature) و H.T ) High Temperature)
5- پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی
6- میزان انبساط حرارتی
7- میزان انتقال هدایت حرارتی و گرمایی
8- میزان تخلخل و دانسیته و قابلیت نفوذ در مقابل گاز ها
9- مقاومت در مقابل ضربه
10- خزش

1) تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی
این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تاهنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند .

2- پایداری در برابر سرباره
ابتدا یک قطعه دیر گداز را سوراخ کرده و حفره هایی را در داخل آن ایجاد می کنیم سپس سرباره را که از قبل به صورت ذوب تهیه نموده ایم در داخل حفره های دیر گداز می ریزیم و در داخل کوره قرار می دهیم و پس از گذشت مدت زمان معین بیرون می آوریم اگر سرباره با دیر گداز میل ترکیب شیمیایی داشته باشد وارد جسم دیر گداز میشود سپس قطعه دیرگداز را برش عرض داده و مورد متالوگرافی و بررسی قرار می دهیم . اگر میل ترکیبی دیر گداز با سرباره زیاد نباشد پایداری سرباره زیاد است در غیر این صورت به نسبت میل ترکیبی رنج دیر گداز را تعیین می کند .

3- استحکام در مقابل شوک حرارتی
برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معیینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است .

عوامل موثر در شوک پذیری :

1- ضریب انبساط حرارتی
2- قابلیت هدایت حرارتی
3- خاصیت آن ایزوتروپی(Anisotropy)
4-فاز های تشکیل دهنده دیر گداز
5- تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی
6- تخلخل و دانسیته


1- ضریب انبساط حرارتی :
میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .
نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .

2- قابلیت هدایت حرارتی :
که اگر قابلیت هدایت حرارتی بالا باشد پایداری در مقابل حرارتی بیشتر است .

3- خاصیت آن ایزوتروپی
این خاصیت به این معنا است که خواص در جهات مختلف متفاوت است و هر چه این خواص ایزوتروپ تر باشد دیر گداز مقاومت تر است .

4- فاز های تشکیل دهنده دیر گداز ها :
اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .

5- تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :
تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .

6- تخلخل و دانسیته :
تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .

7- الاستیک ( ضریب کشسانی ) :
هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است

فلزهای دیرگداز:
فلزهای دیرگداز به دسته‌ای از فلزها گفته می‌شود که در برابر گرما و سایش بسیار سرسخت اند. این عبارت بیشتر در زمینهٔ دانش مواد، فلزشناسی و بحث‌های مهندسی کاربرد دارد. ویژگی‌های لازم برای پیوستن یک عنصر به این گروه متفاوت است اما طبق پذیرفته ترین تعریف، پنج عنصر از جدول تناوبی به عنوان فلز دیرگداز شناخته می‌شوند که دوتای آن‌ها عبارتند از نیوبیم و مولیبدن از دورهٔ پنجم جدول و سه تای دیگر عبارتند از: تانتال، تنگستن و رنیوم هرسه از دورهٔ ششم جدول. این پنج عنصر در برخی ویژگی‌ها یکسان اند برای نمونه همگی نقطهٔ ذوب بالای ۲۰۰۰ درجهٔ سانتیگراد دارند، سختی آن‌ها در دمای اتاق بسیار بالا است و همگی چگالی نسبتاً بالایی دارند. داشتن نقطهٔ ذوب بالا در بحث فلزشناسی پودر، یا انتخاب روش مناسب برای ساخت و تولید قطعات فلزی، بسیار با اهمیت است. برای نمونه در گزیدن جنس قالب، فلزهای کار در دمای بالا و واکنش‌های شیمیایی قالب و فضای پیرامون با فلز بسیار اثرگذار است. معمولاً به دلیل دمای ذوب بالا، فلزهای دیرگداز، در برابر خزش از خود پایداری نشان می‌دهند.
کلیدی ترین ویژگی در تعریف فلزهای دیرگداز، داشتن دمای ذوب بسیار بالا است. یک تعریف دمای ذوب ۲۲۰۰ °C را در نظر گرفته و تعریفی دیگر که گسترهٔ بیشتری را دربر می‌گیرد، دمای ذوب ۱۸۵۰ °C را معیار دانسته است اما در هر دوی این معیارها، هر پنج عنصر نیوبیم، مولیبدن، تانتال، تنگستن و رنیوم جای دارند. در تعریف دوم، ۹ عنصر دیگر تیتانیم، وانادیم، کروم، زیرکونیم، هافنیم، روتنیم، اسمیم و ایریدیم هم این معیار را پوشش می‌دهند. عنصرهای فرااورانیم (عنصرهای بالای اورانیم) که همگی ناپایدارند و در زمین به صورت طبیعی یافت نمی‌شوند و تکنسیم هرگز جزو دستهٔ فلزهای دیرگداز دانسته نمی‌شوند.


ویژگی ها:
دمای ذوب فلزهای دیرگداز از همهٔ عنصرها به جز کربن، اوسمیم و ایریدیم بالاتر است. دمای ذوب این فلزها تعیین کننده اصلی کاربرد آن‌ها است. همهٔ این فلزها از دستگاه بلوری مکعبی برخوردارند به جز رنیم که دستگاه بلوری شش وجهی دارد. ویژگی‌های فیزیکی این عنصرها بسیار متفاوت است چون هر یک از آن یک گروه جدول تناوبی است.
سرسختی دربرابر خزش توانایی مهم فلزهای دیرگداز است. در فلزها، خزش با نقطهٔ ذوب مرتبط است برای نمونه در آلیاژهای آلومینیم خزش از دمای ۲۰۰ °C آغاز می‌شود درحالی که در فلزهای دیرگداز از دمای بالای ۱۵۰۰ °C خزش داریم. این پایداری آن‌ها در برابر تغییر شکل در دمای بالا باعث می‌شود تا در کاربردهایی که نیروهای بزرگ در دمای بالا وارد می‌شود مانند موتور جت یا ابزارهای به کاررفته در آهنگری مورد نیاز باشند.

شیمیایی
ویژگی‌های شیمیایی این عنصرها گوناگون است چون آن‌ها در مجموع به سه گروه از جدول تعلق دارند اما همگی نسبتاً در برابر اسیدها پایدارند. این فلزها به آسانی اکسید می‌شوند اما این واکنش در یک حجم از فلز، با کاهش سرعت روبرو است چون پس از اکسیدشدن یک لایه از اکسید فلزی پایدار بر سطح فلز پدید می‌آید اما این در رنیوم چنین نیست چون اکسید این ماده، فرار است بنابراین در دمای بالا پایداری آن در برابر یورش اکسیژن خوب نیست چون لایهٔ اکسید فلزی خیلی زود از دست می‌رود و بخار می‌شود.
کاربرد
فلزهای دیرگداز در نورپردازی، ابزارها، روان‌سازها، به عنوان آسان‌گر در بدست آوردن نرخ واکنش هسته‌ای در رآکتورها و به دلیل ویژگی‌های الکتریکی شان کاربرد دارند. ابزارهای این فلزها به دلیل نقطهٔ ذوب بالایشان هرگز به کمک قالب بندی و ذوب کردن ساخته نمی‌شوند بلکه در فرایند متالورژی پودر درست می‌شوند به این ترتیب که پودر خالص این ماده فشرده می‌شود و با کمک جریان برق به آن حرارت داده می‌شود سپس با نورد سرد به آن شکل داده می‌شود و به صورت سیم، شمش، میلگرد و برگه در می‌آید.