مبانی نظری و پیشینه پژوهشی بررسي تاثير دما و زمان اتصال بر خواص مكانيكي اتصال شيشه بوروسيليكاتي به آلياژ كوار

با سحافایل در خدمت شما هستیم با «پیشینه پژوهشی و تحقیق و مبانی نظری بررسي تاثير دما و زمان اتصال بر خواص مكانيكي اتصال شيشه بوروسيليكاتي به آلياژ كوار » که بطور کامل و جامع به این مبحث پرداخته و نیاز شما را به هرگونه جستجوی بیشتری برطرف خواهد نمود.

فهرست محتوا

فصل : اصول نظری و مروری بر منابع

2-1- مقدمه

2-2- خواص شیشه بوروسیلیکاتی

2-3- خواص آلیاژ کوار

2-4- شرایط اتصال شیشه و فلز

2-4-1- ضریب انبساط حرارتی

2-5- ترشوندگی

2-6- روش های اتصال فلز و شیشه

2-6-1- اتصال چسبي

2-6-2- اتصال ذوبی

2-6-3- لحیم کاری

2-6-4- جوش انقباضی آلتراسونیک

2-6-5- اتصال نفوذی

2-6-6 اتصال الکتروستاتیکی

2-7 – طبقه بندی اتصالات شیشه – فلز بر اساس ضریب انبساط حرارتی

2-8- مکانیزم اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتي

2-9 – مراحل اتصال فلز و شیشه

2-9-1- تمیز کردن سطوح

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

2-9-3- کربن زدایی و گاززدایی

2-9-4- آنیل کردن

2-10- بررسی فصل مشترک اتصال کوار و شیشه

2-12- بررسی اکسیداسیون آلیاژ کوار

2-13- بررسی تاثیر دما، زمان و اتمسفر در اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی

2-14- تست نشت

2-15- بررسی سطح مقطح اتصالات

2-16- بررسی استحکام برشی اتصال کوار به شیشه بوروسیلیکاتی

2-17- تست مکانیکی اتصال فلز و شیشه

2-17-1- استحکام اتصال

2-17-2- تست ضربه در  اتصال فلز- شیشه

2-17-3 – تست کشش در اتصال شیشه و فلز

منابع و ماخذ

2-1- مقدمه

اتصال فلز به شیشه به زمان اختراع لامپ های نوری الکتریکی در اوایل قرن نوزدهم برمی­گردد. این اتصالات سپس در فاصله سالهای 1950 تا 1970 بهبود یافتند. امروزه این نوع اتصالات در صنعت الکترونیک و در تهیه تجهیزات پزشکی و نظامی مورد استفاده قرار می­گیرند. در این نوع کاربردها، ایجاد اتصال به آسانی و با موفقیت صورت می­پذیرد. اما در سایر بخش ها، نظیر صنایع هسته­ای و سلول­های خورشیدی، ایجاد چنین اتصالاتی با دشواری­هایی همراه است. این اتصالات بایست در دماهای بالا مقاوم بوده و در برابر نشت مواد نفوذناپذیر باشند. دستیابی به این ویژگی­ها در اتصالاتی که بین مواد غیر مشابه با خواص بسیار متفاوت مورد نیاز است، به سهولت حاصل نمی­گردد[8].

اتصال آلیاژ Fe-Ni-Co  (کوار) به شیشه بوروسیلیکاتی در طول سال­ها به عنوان آب بند عایق الکتریکی و هرمتیک مورد استفاده قرار گرفته است. این نه تنها به دلیل انطباق خوب انبساط حرارتی آ­ن­ها بلکه به دلیل ترشوندگی مناسب و استحکام پیوند این دو ماده است. به منظور مطالعه شرایط و روش­های اتصال آلیاژ کوار و شیشه بوروسیلیکاتی، ابتدا خواص هر یک به اجمال مورد بررسی قرار می­گیرد.

2-2- خواص شیشه بوروسیلیکاتی

در سال های اخیر ، انواعی از شیشه‌های بوروسیلیکات که برای کارهای عمومی و ساخت لوازم آزمایشگاهی مناسب هستند، تولید شده است. اکنون این شیشه‌ها در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می‌گیرند و با نام عمومی پیرکس شناخته می­شوند. در جدول 2-1 ترکیب شیمیایی شیشه­های بوروسیلیکاتی آورده شده است. این شیشه‌ها دارای ضریب انبساطی پایین و مقاومت حرارتی زیاد می‌باشند. در نتیجه خطر شکستن آنها در هنگام گرم کردن یا سرد کردن ناگهانی کمتر است. مقاومت این شیشه‌ها در تماس با مواد شیمیایی بسیار زیاد است و امکان خرابی سطح شیشه با گذشت زمان کمتر است. این شیشه‌ها نسبت به شیشه‌های قلیایی سخت‌تر بوده و در مقابل افزایش فشار سطحی مقاومت مکانیکی آنها بیشتر است. با توجه به این خواص، در ساختن وسایلی که مقاومت در برابر حرارت و مواد شیمیایی مهم باشد، می‌توان از این شیشه‌ها استفاده نمود. حداکثر دمایی که شیشه تحمل می‌کند، در حدود 500 درجه سانتی‌گراد و با بعضی ترکیبات خاص تا 650 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. شیشه‌های بوروسیلیکات برحسب نوع ترکیبات آن در دمای بالای 500 درجه سانتی‌گراد فرم می‌گیرند و نرم می‌شوند.

ضریب انبساط حرارتی آنها نیز بستگی به نوع ترکیب دارد و از 3.3 × 10^-6 در هر درجه سانتی‌گراد برای شیشه‌های معمولی بوروسیلیکات تا 2 × 10^-6 در هر درجه سانتی‌گراد برای انواع مخصوص که در جوشهای پیوندی بکار می‌رود متغیر است. دمای عملیات حرارتی تاباندن این شیشه به منظور بادوام کردن آن بر حسب نوع ترکیب بین 650- 600 درجه سانتی‌گراد متغیر است[9].

Hermetic

فهرست منابع

[1] M. Boxwell, The solar electricity handbook – a simple, practical guide to using electric photovoltaic panels and designing and installing photovoltaic PV systems, Green stream, (2014).

[2] W. Kemp, Renewable energy handbook, (2009).

[3] Anonymous, Solar thermal monthly progress report, Sandia National Laboratories, Albuquerque, (1981).

[4]  R. B. Pettit.,  E. P. Roth, Solar mirror materials: Their properties and uses in solar concentrating collectors in solar materials science, L. E. Murr, ed., p. 171, Academic Press, New York, (1980).

[5] K.W .Battleson, Solar power tower design guide: Solar thermal central receiver power systems, a source of electricity and/or process heat, Sandia National Labs Report SAND81-8005, April (1981),

[6] J. E. Shelby, Introduction to glass science and technology, New York state college of ceramics, Alfred University, School of Engineering, (1977).

[7] S.Sugiyama, M.Kiuchi, J.Yanagimoto, “Application of semisolid joining”, Int. J. Material Processing Technology, No. 201, pp. 623-628, (2008).

[8] M. G. Nicholas, Joining of Ceramics, Chap. 2, PP.15-18, Chapman and Hall, London, (1990).

[9]H. Rawson, Properties and Applications of Glass, Elsevier, Amsterdam, (1986).

[10] D. C. Boyd, J. F. MacDowell, Commercial Glasses, American Ceramic Society Inc. USA, (1986).

[11] R. W. Donald, “Preparation, Properties and Chemistry of Glass and Glass-Ceramic-to-Metal Seals and Coatings”, J. Material Science, No. 28, pp. 2841-2886, (1993).

[12] D. Lei, F. Du, Z. Wang, “The glass-to-metal sealing process in parabolic trough solar receivers”, Proceeding of ISES Solar World Congress, (2007).

[13] M. Jacobs, “Glass-Metal Joining in Nuclear Environment: The State of the Art”, Belgium, (2007).

[14] R.  M. FULRATH, S. P. MITOFF, and JOSEPH A. PASK, “Fundamentals of Glass-to-Metal Bonding: 111, Temperature and Pressure Dependence of Wettability of Metals by Glass”, Journal of The American Ceramic Society, Vol 40, (1957).

[15] W. Piyavit, C. Chanmuang, M. Jaimasit and W. Thiemsorn Akadech, “Adhesion of Borosilicate Glass and Fe-Ni-Co Alloy Joined by Direct Fusion”, Chiang Mai J. Sci. 2006; 33(2): 191-202, (2006)

[16] Pask, J.A. , “New Techniques in Glass-to-Metal Sealing”, Proceedings of the IRE, Volume 36, New Version (2006).

[17] Z. Young, F. Du, “Progress in joining ceramics to metals”, High Temperature Materials Research Institute, China, (2006).

[18] D. Lei, Z. Wang, F. Du, “The Glass-To-Metal Sealing Process in Parabolic Trough Solar Receivers”, Proceeding of ISES Solar World Congress, (2007).

[19] M. R. NOTIS, “Decarburization of an Iron-Nickel-Cobalt Glass Sealing Alloy”, Journal of the American Ceramic Society, Vol 45, (1962).

[20] T.S. Chern, H.L. Tsai, “Wetting and Sealing of Interface between 7056 Glass and Kovar Alloy”, J. Materials Chemistry and Physics, No. 104, pp. 472-480, (2008).

[21] C. Chanmuang, M. Naksata, “Microscopy and Strength of Borosilicate Glass-to-Kovar Alloy Joints”, J. Materials Science and Engineering A, No. 474, pp. 218-224, (2008).

[22] D. Lei a, Z, Wang, J, Li, Z. Wang, “Experimental study of glass to metal seals for parabolic trough receivers”, Renewable Energy Vol 48, (2012).

[23] D. Luo, W. Leng, Z. Shen, “Effect of Kovar alloy oxidized in simulated N₂/H₂O atmosphere on its sealing with glass”, Journal of University of Science and Technology Beijing, Mineral, Metallurgy, Material, Volume 15, Issue 3, (2008).

[24]  C. J. Macey, L. Salvati Jr, R. L. Moore, C. Bachman, V. Greenhut, “SEM and ESCA study of fractured borosilicate glass to Kovar seals”, Applications of Surface Science, Volume 21, Issues 1–4, (1985).

[25] W.  Horton, Failure of Glass-to-Metal seals during shock loading, Clemson University, (2011).

[26] D. lie, Z. Wang, “The calculation and analysis of glass-to-metal sealing stress in solar absorber tube”, J. Renewable Energy, No. 35, PP. 405-411, (2010).

[27] D.w.lou, Z. S. Shen, Oxidation behaviour of kovar alloy in controlled atomosphere, J. Actametallurgica, Vol 21, No 6.pp.409-418, (2008).

[28] A. W. Hull, E. E. Burger, Glass-to-metal seals, Physics, New York (1934).

[29] D.w.lou, Z. S. Shen, Wetting and spreading of borosilicate glas on kovar, Journal of Alloys and Compounds, 477, pp. 407–413 (2009).