مولایت

تعداد بازدید: 2533
چهارشنبه 03 دي 1393

مولایت

مولایت (Mullite) یک کانی سیلیکاتی است که  به واسطه شرایط تشکیل در دمای بالا و فشار پایین به ندرت در طبیعت یافت می شود. نام دیگر مولایت، پرسلانیت (porcelainite) است. با این وجود در بعضی از سنگ های متامورف اثراتی از حضور مولایت دیده شده و همچنین تشکیل مولایت در تماس بین سنگ های رسوبی غنی از آلومینا با مذاب های بازالت مشاهده شده است. سنگ های حاوی مولایت به عنوان یکی از مهم ترین مواد اولیه مصرفی جهت تولید سرامیک های سنتی مطرح هستند.

مولایت

از جمله محصولات سرامیکی حاوی فاز مولایت می توان به چینی مظروف، چینی بهداشتی و هم چنین محصولات رسی ساختمانی مانند آجر ساختمانی، لوله های سرامیکی و کاشی اشاره نمود. استفاده از سرامیک هایی که بر پایه رس تهیه می شوند اثر مهمی در پیشرفت فرهنگی و تکنیکی نوع بشر در طول تاریخ داشته است. چینی ها در زمان شنگ یعنی حدود 1000 تا 1500 سال قبل از میلاد مسیح تکنیک ساخت کوزه های بدنه سفید را داشته اند. محصولات حاوی مولایت از قبیل دیرگداز ها و چینی های صنعتی، در طول 150 سال گذشته اهمیت زیادی پیدا کرده اند. علاوه بر اهمیت کاربردی مولایت در سرامیک های صنعتی، این فاز یکی از مهم ترین عناصر در ساخت سرامیک های مهندسی پیشرفته است. از دلایل اهمیت مولایت می توان به ضریب انبساط حرارتی پایین، هدایت گرمایی پایین، استحکام دما بالای خوب، پایداری شیمیایی خوب و مقاومت خزشی بسیار عالی این ماده اشاره کرد.

ساختار بلوری و چند ریختی آن در مولایت

خواص فیزیکی جامدات بلوری (الکتریکی، مکانیکی، گرمایی و نوری) در ارتباط نزدیک با نوع اتصال شیمیایی یا ساختمان اتمی آن ها است. انحراف از آرایش تکرار پذیر اتم ها در ساختمان ماده، خواص فیزیکی آن را دچار تغییر خواهد نمود. به عنوان مثال می توان انواع مختلف ساختمان های کریستال نامنظم شامل عیوب نقطه ای، نقص در چیدمان (stacking fault)، و تشکیل نواحی (domain) را نام برد.

مولایت یک ترکیب غیر استوکیومتریک است که پارامتر x نشان دهده تعداد اتم های غایب اکسیژن در سلول واحد در فرمول Al(4+2x)Si(2-2x)]O10-x] است.

مقدار x از x=0 برای سیلیمانیت (Al2O3.SiO2) شروع و به x=1 برای آلومینا ختم می گردد و در این میان به ازای x=0.25، مولایت 3:2  (Al2O3.2SiO2) و به ازای x=0.4، مولایت 2:1 (2Al2O3.SiO2) حاصل می شود. علاوه بر ساختمان پایدار مولایت یعنی ساختار اورتورمبیک، این ماده به شکل نیمه پایدار شبه تتراگونال نیز یافت می شود. با توجه به اینکه ساختمان بلوری مولایت اورتورمبیک و تبدیل آن به ساختار شبه تتراگونال منطقی تر است زیرا در این حالت تقارن بلوری ساختمان مولایت به صورت اورتورمبیک باقی می ماند.

ترکیب تئوری مولایت اورتورمبیک، 2Al2O3.SiO2 است و تغییرات ترکیبی آن باعث تغییر پارامترهای شبکه گردد. پارامترهای شبکه اورتورمبیک a=7.5785 (6) Ao و b=7.6817 (7) Ao  و c=2.8864(3) Ao  است که مقادیر داخل پرانتز نشان دهنده انحراف استاندارد پارامتر مورد تخمین است. تغییر ثابت شبکه a در سلول واحد مولایت با تغییر ترکیب مولایت (درصد مولی Al2O3) در شکل زیر نمایش داده شده است.

تصویر شماتیکی از ثابت a شبکه مولایت به صورت تابعی از میزان آلومینا

ترکیب مولایت های تشکیل شده در دماهای مختلف با درصد آلومینای متفاوت در یک خط راست قرار گرفته اند. ترکیب مولایت (درصد مولی Al2O3) به عنوان تابعی از دما در شکل زیر نمایش داده شده است. این نتایج نشان می دهد مولایتی که به طور کامل تبلور یافته است نسبت به مولایتی با تبلور ضعیف، میزان آلومینای کمتری دارد و ترکیب مولایت ابتدایی (2:1) است که به تدریج با افزایش دما و زمان به ترکیب (3:2) نزدیک می شود.

ترکیب مولایت به صورت تابعی از دما

تصاویر ساختمان مولایت بر اساس صفحات (001) تصویر a و (010) تصویر b و (100) تصویر c در شکل زیر نمایش داده شده است.

شبیه سازی ساختار عمومی مولایت بر روی صفحات

تغییرات ترکیبی در مولایت به واسطه جانشینی سیلیسیم به جای آلومینیم است که منجر به تشکیل جاهای خالی اکسیژن (□) می شود:

bold 2 bold Si to the power of bold 4 bold plus end exponent bold plus bold O to the power of bold 2 bold minus end exponent bold space bold rightwards arrow bold 2 bold Al to the power of bold 3 bold plus end exponent bold plus bold square

تصویر شماتیک پارامترهای a و b شبکه مولایت به صورت تابعی از میزان آلومینا

همچنان که از شکل فوق پیداست با ادامه منحنی های تغییرات ثابت شبکه مولایت با افزایش درصد Al2O3 این منحنی ها به ازای 80 درصد مولی Al2O3 یکدیگر را قطع می کنند. تلاقی منحنی های ثابت شبکه a و b به مفهوم تساوی ابعاد آن هاست (a=b) که در مورد فاز تتراگونال صادق است. ساختمان مولایت را می توان به ساختمان نامنظم سیلیمانیت Al2O3.SiO2 تشبیه کرد که در آن یون های +Al3 به جای +Si4 قرار گرفته و یون های اکسیژن حذف می گردند. محور c در ساختمان مولایت 2.9 آنگستروم طول دارد که موازی محور c در ساختمان سیلیمانیت است و ساختمان شامل هشت وجهی هایی است که گوشه های خود را به اشتراک گذاشته اند و تشکیل زنجیرهایی را داده اند که به موازات محور c امتداد یافته است. در هر سلول مولایت در ارتفاع bold 1 over bold 2=z ستون های هشت وجهی با Si و Al چهاروجهی، تشکیل زنجیرهای دوتایی می دهند که این زنجیرها نیز به موازات محور c امتداد می یابند. موضع اکسیژن مرکزی در زنجیرها (Oc) کلیدی برای درک ساختمان مولایت است. با جانشین کردن +O2-+2Si4 به جای +2Al3 ساختمان سیلیمانیت به ساختمان مولایت تبدیل می شود.

پارامترهای شبکه مولایت تحت تاثیر ترکیب شیمیایی و دمای پخت هستند. تغییر پارامتر شبکه a مولایت را با دمای پخت می توان به تغییر ترکیب مولایت نسبت داد و مولایت های تشکیل شده در مرحله نخست تبلور نسبت به مولایت هایی که در دمای پخت نهایی تشکیل می شوند، درصد Al2O3 بیشتری دارند.

دیاگرام فازی Al2O3-SiO2

مولایت 3Al2O3.2SiO2 تنها ترکیب بلوری پایدار در سیستم Al2O3.SiO2 تحت شرایط یک اتمسفر است. محلول جامد مولایت با ترکیب 2Al2O3.SiO2  تنها تحت شرایط ویژه ای به دست می آید و هم چنین مولایت هایی با درصد Al2O3 بالا مانند 3Al2O3.SiO2 از طریق سرد کردن سریع مذاب هایی با مقدار Al2O3 زیاد حاصل می شوند. بر اساس سیستم های دوتایی Al2O3-SiO2 می توان اثر اضافه کردن جزء سوم (از قبیل K2O، LiO2، CaO، MgO، BaO، FeO، Fe2O3 و Na2O ) را روی تعادل فازی با در نظر گرفتن دیاگرام های تعادلی سه تایی تعیین کرد.

متاسفانه در مورد ذوب مولایت و اینکه آیا به طور متجانس ذوب می شود یا به طور غیر متجانس و هم چنین در مورد محدوده تشکیل محلول جامد با دما و ترکیب توافقی بین منابع مختلف وجود ندارد. اولین دیاگرام فازی مربوط به سیستم Al2O3-SiO2 در سال 1909 منتشر شد که در آن سیلیمانیت (Al2O3.SiO2) به عنوان تنها ترکیب دوتایی پایدار تحت فشارهای زیاد و نیمه پایدار تحت شرایط استاندارد نشان داده شده بود. در سال 1924 اولین دیاگرام فازی مولایت منتشر شد و آن را به عنوان ترکیبی پایدار در دمای اتاق با ذوب غیر متجانس در دمای 1828 درجه سانتی گراد و بدون محدوده تشکیل جامد معرفی کرد. (شکل زیر). مخلوط های مورد آزمایش از ترکیبات مختلف سیلیس و α-Al2O3 خالص و ریز دانه تهیه شدند و در دماهای انتخاب شده تحت اتمسفر هوا گرم شده و سپس تحت شرایط مناسب به سرعت سرد شدند.

دیاگرام فازی sio2-Al2O3 کشیده شده در سال 1924

در سال های 1950 و 1951 تک بلور مولایت که شامل 83 درصد وزنی آلومینا بود با روش ذوب شعله ای تهیه شد. این آزمایش تردید در مورد ذوب غیر متجانس مولایت را تقویت کرد. در همین سال ها مولایت تهیه شده  از اختلاط ژل آلومینیم با کوارتز، در دمای 1900 درجه سانتی گراد به صورت متجانس ذوب شد.

در سال 1972 محلول جامد مولایتی با 71 تا 74 درصد وزنی آلومینا با استفاده از α-Al2O3 و سیلیس بدست آمده از مذاب در دمای 1750 درجه سانتی گراد تهیه شد. در سال 1975 آزمایشات در درجه حرارت بالاتری انجام گرفت و نتایج بدست آمده نشان دهنده تحول پری تکتیک در 55 درصد وزنی آلومینا (شکل زیر) بود که خود نشان دهنده ذوب غیر متجانس مولایت است.

دیاگرام فازی sio2-al2o3 کشیده شده در سال 1978 (خطوط نقطه چین) و در سال 1975 (خطوط پیوسته)
دیاگرام فازی sio2-al2o3 کشیده شده در سال 1978 (خطوط نقطه چین) و در سال 1975 (خطوط پیوسته)

در سال 1974 تک کریستال های مولایت نشان دهنده ذوب غیر متجانس مولایت بودند و محدوده محلول با افزایش درجه حرارت به بیش از 1600 درجه سانتی گراد به سمت درصدهای بالاتر Al2O3 (مولایت 2:1) کشیده شد. در سال 1987 موقعیت منحنی مایع Al2O3 طوری اصلاح گردید که برای مولایت ذوب غیر متجانس بدست آمد.

در این آزمایش از پودر های آلومینوسیلیکاتی که از طریق سل - ژل با استفاده از مواد اولیه (AlO(OH و تترااتیل اورتوسیلیکات بدست آمده بود، استفاده شد. دیاگرام حاصل نشان دهنده محدوده محلول جامدی بود که با افزایش دما (بالاتر از 1600 درجه سانتی گراد) به سمت درصدهای بالاتر Al2O3کشیده شده و به مرز 77.15 درصد وزنی آلومینا در دمای 1890 می رسید.

تشکیل مولایت

مطالعه تشکیل مولایت با بررسی واکنش تجزیه حرارتی کائولن (SiO2.Al2O3.2H2O) و تبدیل آن به مولایت آغاز می شود. مراحل تجزیه حرارتی کائولن عبارت است از تبدیل کائولن به متاکائولن (2SiO2.Al2O3)، متاکائولن به اسپینل (3SiO2.2Al2O3) و اسپینل به مولایت. در تمامی مراحل تجزیه، جزء SiO2 به تدریج از فازهای مادر جدا شده و موجب تبدیل 2SiO2.Al2O3 به 2SiO2.3Al2O3 می گردد.

تشکیل فاز اسپینل قبل از مولایت نه تنها در مورد مینرال های رسی بلکه برای مواد اولیه دیگر نیز قابل مشاهده است. در مورد واکنش گرمازا در حدود دمای 930 تا 1000 درجه سانتی گراد همواره اختلاف نظر وجود داشته است و گاما آلومینا یا اسپینل و مولایت عامل ایجاد واکنش گرمازا تشخیص داده شده اند. بین دماهای 1200 تا 1260 دومین واکنش گرمازا اتفاق می افتد که در نتیجه ناپدید شدن فاز اسپینل و تشکیل و پیشرفت فاز مولایت است. از طرف دیگر تشکیل مستقیم مولایت بدون به وجود آمدن فاز میانی با استفاده از روش اسپری گرمایی نیترات آلومینیم و اتیل سیلیکات طی یک واکنش گرمازا در 970 درجه سانتی گراد گزارش شده است. در تهیه ترکیبات مولایت با استفاده از ژل های تک فازی و دو فازی، تفاوت اساس در مشخصات تبلور مولایت است. در ژل های دو فازی یک پیک تیز گرمازا در 960 درجه سانتی گراد پدیدار می شود که مربوط به تشکیل مولایت تتراگونال است اما در ژل های تک فازی چنین پیک گرمازایی مشاهده نمی شود.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

مولایت و سرامیک های مولایتی، تورج عبادزاده،بشیر انیسی،سید مجید ذریه سیدی و نظیر انیسی، نشر کاوش پرداز، 1387.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

مولایت چیست
برچسب ها: دیرگدازسرامیک
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت مشهد 97
نمایشگاه بین المللی صنعت مشهد 97   عنوان: بیستم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، کاشی و سرامیک، چینی، شیرآلات بهداشتی و ساختمانی بجنورد 97
نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، کاشی و سرامیک، چینی، شیرآ ...بیشتر
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی شهرکرد 97
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان، تاسیسات و سیستم های سرمایشی و گرمایشی شهرکرد 97 & ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان کرمان 97   عنوان:&n ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر