نشریه علمی پژوهشی مواد پیشرفته در مهندسی

توان خورشیدی تمرکزیافته یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر است که در آن از انرژی حرارتی تابش خورشیدی در توربین بخار برای تولید شبکه برق استفاده می‌شود. تابش خورشیدی به‌وسیله یک رآکتور گیرنده خورشیدی و روی سطح یک جاذب تابشی متخلخل جذب می‌شود. در این پژوهش، تولید و ارزیابی خواص مکانیکی و حرارتی جاذب ماکرومتخلخل کاربید سیلیسیم به‌منظور استفاده در رآکتور خورشیدی مدنظر قرار گرفته است. بر این اساس، فوم‌های کاربید سیلیسیم تولید و بر اساس اندازه حفرات به سه دسته (۵, ۱۲, ۷۵ ppi) دسته‌بندی شد. رفتار مکانیکی و مقاومت به شوک حرارتی فوم‌های متخلخل در محدوده دمای کاری جاذب (۱۲۰۰-۲۵ درجه سانتی‌گراد) ارزیابی شد. نتایج نشان داد که استحکام فشاری ویژه (نسبت استحکام فشاری به وزن) فوم‌ها به‌صورت اکسپونانسیلی با کاهش درصد تخلخل (ɛ) و اندازه حفرات آنها، افزایش می‌یابد. همچنین برای فوم‌های با اندازه حفرات ریزتر، کاهش قابل توجه در استحکام مکانیکی در اثر شوک حرارتی، مشاهده شد. دلیل آن می‌تواند افزایش تعداد بازوهای با استحکام مکانیکی ضعیف در واحد حجم باشد. لذا از دیدگاه مقاومت مکانیکی، فوم‌های متخلخل دارای اندازه حفرات درشت‌تر دارای مقاومت به شوک حرارتی بیشتر برای کاربرد به‌عنوان جاذب خورشیدی هستند.

سرباره آمورف فولاد حاوی غلظت‌های مختلف ضایعات شیشه (۲۰، ۴۰، ۵۰، ۶۰ و ۷۰ درصد وزنی)، کاربید سیلیسیم (SiC) مخلوط و کامپوزیت حاصل از آنها تهیه شد. بنابر تصاویر میکروسکوپی حرارتی، انقباضات کامپوزیت سرباره - شیشه در دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی‌گراد آغاز ‌شد. در تصاویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از ریزساختار کامپوزیت سرباره - کاربید سیلیسیم (عامل فوم‌زا)، تخلخل‌های تونل‌مانند با ابعادی در محدوده ۱۰۰۰-۵۰۰ میکرون در اثر خروج محصولات گازی ناشی از تجزیه فاز کاربیدی، مشاهده شد. با افزودن شیشه ضایعاتی (تا ۵۰ درصد وزنی) به این کامپوزیت و تف‌جوشی در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، اندازه این حفرات با کاهش۱۰ برابری به ۵۰ میکرون رسیده و کروی شدند. با افزایش فاز شیشه، تخلخل کلی در کامپوزیت سرباره – شیشه –کاربید سیلیسیم تا ۸۰ درصد وزنی افزایش و استحکام تا ۲/۳ مگاپاسکال کاهش یافت. کامپوزیت سرباره – شیشه (با نسبت وزنی مساوی) با چگالی ۸/۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب در گروه مواد فومی متخلخل طبقه‌بندی شد. همچنین وجود فاز شبه‌ولاستونیت در کامپوزیت بعد از تف‌جوشی گزارش شد.

در این تحقیق، اثر افزودن نانوذرات کاربید سیلیسیم بر فاز ابررسانای دمابالای (۲۲۲۳-Bi) Bi_۱,۶Pb_۰,۴Sr_۲Ca_۲Cu_۳O_۱۰+θ به‌منظور بهبود خواص ساختاری، ابررسانایی، مغناطیسی و میخکوبی شار مغناطیسی بررسی شده ‌است. ابررسانای سرامیکی ۲۲۲۳-Bi به روش سل- ژل سنتز شد و در ادامه، فرآیند عامل‌‌دار کردن سطح ذرات کاربید سیلیسیم به کمک ترکیب آلی ازو بیس ایزو بوتیرو نیتریل (AIBN) انجام شد. اندازه‌گیری‌های پراش اشعه X، تصویربرداری میکروسکوپی گسیل میدانی، پذیررفتاری مغناطیسی و منحنی هیسترزیس به‌منظور بررسی خواص ترکیبات سنتز شده صورت گرفت. با هدف تحلیل ساختاری، الگوی پراش اشعه ایکس نمونه‌ها با استفاده از نرم‌افزار MAUD، برازش شد. بر این اساس، با افزایش مقادیر نانوذرات کاربید سیلیسیم، فاز مطلوب ۲۲۲۳-Bi کاهش یافته اما ثابت‌های شبکه تغییری نکرده است. این مسئله نشان می‌دهد که نانوذرات، به ساختار شبکه ۲۲۲۳-Bi وارد نشده‌اند. بر طبق اندازه‌گیری‌های مغناطیسی، دمای گذار ابررسانایی با افزایش درصد نانوذرات کاهش می‌یابد. همچنین، بیشترین مقدار مغناطش‌‌پذیری، پهنای حلقه هیسترزیس، چگالی جریان بحرانی و نیروی میخکوبی شار مغناطیسی به نمونه با ۰/۴ درصد وزنی کاربید سیلیسیم، تعلق دارد.