نام فایل : آلياژهاي حافظه دار

فرمت : .DOC

تعداد صفحه/اسلاید : 53

حجم : 593 کیلوبایت

خلاصه متن
آلياژهاي حافظه دار عنوان گروهي از آلياژها ميباشد كه خواص متمايز و برتري نسبت به ساير آلياژها دارند. عكسالعمل شديد اين مواد نسبت به برخي پارامترهاي ترموديناميكي و مكانيكي و قابليت بازگشت به شكل اوليه در اثر اعمال پارامترهاي مذكور به گونهاي است كه رفتار موجودات زنده را تداعي مينمايد. وقتي يك آلياژ معمولي تحت بار خارجي بيش از حد الاستيك قرار ميگيرد تغيير شكل ميدهد. اين نوع تغيير شكل بعد از حذف بار باقي ميماند. آلياژهاي حافظه دار، منجمله نيكل – تيتانيم و مس – روي – آلومينيم، رفتار متفاوتي از خود ارائه مينمايند. در دماي پائين يك نمونه حافظه دار ميتواند تغيير شكل پلاستيك چند درصدي را تحمل كند و سپس به صورت كامل به شكل اوليه در دماي بالا برگردد و اين تنها با افزايش دماي نمونه ممكن است. اين فرآيند اولين بار در سال 1938 مشاهده شد و براي مدت زماني طولاني در حد كنجكاوي آزمايشگاهي باقي ماند. در سال 1963 كشف حافظه داري شكل در آلياژ نيكل – تيتانيم با درصد اتمي مساوي (50-50%) نظر دانشمندان و محققين را جلب نمود. از آن پس آلياژهاي حافظه دار به صورت قابل ملاحظه اي توسعه يافتند و كشف مزاياي اساسي و علمي آنها هر روز افزايش يافت. خواص ترمومكانيكي استثنايي آلياژهاي حافظه دار عامل كاربردهاي بسيار مهمي در زمينه مهندسي پزشكي شدهاست. فوقالاستيسيته اجازه ميدهد تا تغيير فرمهاي الاستيك بسيار زياد، وابسته به تغييرات كم تنش، به وقوع بپيوندد و اثر حافظه داري شكل فرآيند فعال سازي ابزار و سيستمها را به صورت بسيار ساده، با تماس حرارت بدن انسان يا گرم كننده خارجي تحت فرمان جراح، ممكن سازد. همچنين گرماي لازم ميتواند با به جريان انداختن يك مايع سترون حامل كالري يا با اتصال يك عامل گرم كننده به دست آيد. دو محدوده كاربرد اصلي اين خاصيت يكي ابزار جراحي است كه جراح از اين خصوصيت مستقيماً در عمل جراحي كمك ميگيرد و دوم جا دادن و جا زدن موقت يا دائم قطعات در بدن است كه به ايمپلنت مشهور شدهاست. در اين مواقع لازم است قبلاً در باره ميزان پذيرش بدن نسبت به ايمپلنت و سازگاري آن تحقيق شده باشد. آلياژهاي نيكل تيتانيم به دليل مقاومت خوب در برابر خوردگي، در مجاورت بافتهاي بدن، اهميت ويژه كاربردي دارند و از مواد مهندسي حافظه دار استثنايي هستند. جهت استفاده از اين مواد در بافتهاي بدن بايد به پارامترهايي از قبيل
1- مقاومت در برابر خوردگي آلياژ در مايع يا بافتهاي بدن 2- پذيرش آلياژ در بدن و عدم طرد آن از طرف ارگانهاي بدن 3- سمي و سرطانزا نبودن آلياژ در بلند مدت توجه شود.بررسي هاي انجام شده بر روي آلياژهاي نيكل – تيتانيم نشان داده است كه مقاومت در برابر خوردگي و پذيرش اين آلياژها در بدن همانند فولادهاي ضد زنگ است كه تاكنون به عنوان مواد بيومديكال از آنها استفاده شدهاست. بحث ما در باره خواص مكانيكي ويژه و بي نظير آلياژهاي حافظه دار است؛ از جمله: تكنولوژي توسعه و توليد آلياژهاي نيكل – تيتانيم، نيكل – تيتانيم – موليبدن و نيكل – تيتانيم متخلخل استفاده شونده در پزشكي خصوصاً در مراجع كنترل كيفيت، استهلاك ارتعاشات، مقاومت خوردگي، سازگاري زيستي، خصوصيات ويژه مكانيكي، ترمومكانيكي و كاربرد آنها به عنوان ايمپلنت پزشكي و توسعه ابزار پزشكي.
آلياژهاي حافظه دار در پزشكي كاربردهاي مختلفي داشتهاند. اما كاربرد آنها به عنوان استنت و استنت پوشش دار بين عروقي بسيار ويژه است. ارزش ويژه استنت نيتينول و استنت پوششدار، وقتي حافظه حرارتي آن باعث خود باز شدن در دماي بدن بشود، ثابت شدهاست. در طي ده سال گذشته عمليات داخل عروقي براي فوريتها و فرآيندهاي انتخابي، به عنوان جايگزينهاي قابل قبول در جراحي باز با منافع بالقوه، رواج پيدا كرده است. استفاده روزافزون از خصوصيات فوقالاستيك و بازيابي شكل حاصل از حرارت ديدن ايمپلنت حافظه دار وسيلهاي موثر در پيشبرد طرحهاي جديد بوده كه سبب پيشرفت سريع كيفيت درمان گشته است.
تقسم بندي مواد جامد
مقدمه:
پيشرفتهاي وسيع و سريعي كه دركليه زمينه هاي صنعتي رخ داده است، مرهون دستيابي به مواد با كيفيت بالاتر است كه در ساخت قطعات ماشين آلات و تجهيزات صنعتي به كار ميروند. عموماً اغلب مهندسين شاغل در واحدهاي صنعتي، به ويژه طراحي و ساخت و توليد، با مواد مهندسي سروكار دارند. آنها معمولاً در انتخاب و كاربرد مواد در طراحي و ساخت و توليد اجزا و بررسي و تحليل شكست شركت دارند.
موقعي كه در طراحي و ساخت قطعه اي در مورد انتخاب مواد تصميم گيري ميشود بايد به مسائل مهمي از قبيل: روش ساخت، دقت ابعادي، حفظ و نگهداري شكل صحيح اوليه در حين كاربرد، داشتن خواص مورد نظر و نگهداشتن آن خواص براي مدت معين تحت شرايط محيط كار، امكان تعمير و نگهداري آن خواص براي مدت معين تحت شرايط محيط كار، امكان تعمير و نگهداري آسان درهنگام كاربرد، سازگاري ماده با ديگر مواد اجزاء سيستم، بازيابي آسان ماده، مسائل مربوط به زيست محيطي ماده در ارتباط با ساخت و توليد، هزينه توليد و بالاخره در مواردي وزن و نوع سطح ظاهري آن توجه شود.
به طور كلي مواد جامد مهندسي مورد نياز براي طراحي و ساخت و توليد را ميتوان به سه گروه اصلي با خواص مربوط به خود تقسيم بندي كرد كه عبارت اند از: 1- مواد فلزي 2- مواد غير فلزي معدني يا سراميكي 3- مواد پليمري يا مصنوعي . علاوه بر اين سه گروه، دو گروه ديگر از مواد وجود دارند كه از اين سه گره منشعب ميشوند و به نام مواد 4- مختلط يا كامپوزيتها و نيمه هاديها گروه چهارم و پنجم را تشكيل ميدهند.
1- مواد فلزي
مواد فلزي از نظر اهميتي كه در صنعت دارد به دو گروه1- فلزات آهني و آلياژهاي آن و فلزات غير آهني و آلياژهاي آن تقسيم ميشود. فلزات آهني و آلياژهاي آن عمدتاً درصد بسيار بالايي از آهن دارند كه شامل انواع فولادها و چدنها ميوشند. فلزات غير آهني و آلياژهاي آن شامل تمام فلزات ديگر (غير از آهن) مانند آلومينيم، مس، روي، تيتانيم، كرم و نيكل و ... و آلياژهاي آنهاست. البته آلياژهاي غير آهني مقدار نسبتاً بسيار جزئي آهن هم ميتواند داشته باشند. مواد فلزي عمدتاً هادي (رساناي) خوبي براي حرارت و الكتريسيته هستند. اغلب فلزات در درجه حرارتهاي معمولي محيط شكل پذير بوده و در مقابل واكنشهاي شيميايي پايداري بسيار بالايي ندارند. فلزات در شرايط معمولي داراي ساختار كريستالي اند. فلزات به صورت خالص به ندرت به كار ميروند و اغلب از آلياژهاي آنها در صنعت استفاده ميشود.
2- مواد غير فلزي معدني (سراميكي)
قسمت عمده مواد غير فلزي معدني مورد استفاده در صنعت را مواد سراميكي تشكيل ميدهند. مواد سراميكي شامل تركيباتي از عناصر فلزي با اكسيژن به نام سراميكهاي اكسيدي و موادي سخت از قبيل كاربيدها، نيترايدها و سليسيدها به نام سراميكهاي غير اكسيدي است كه قسمت عمده اي از مواد نسوز را تشكيل ميدهند. سراميكهاي سيليكاتي (مانند چينيها) نوع ديگري از مواد سراميكي اند. مواد سراميكي قابليت شكل پذيري نداشته و بسيار تردند. همچنين در مقابل واكنشهاي شيميايي بسيار پايدار بوده و در درجه حرارتهاي بالا مقاوماند. قابليت هدايت الكتريكي و حرارتي سراميكها به اندازهاي پايين است كه به عنوان مواد عايق به كار ميروند. مواد سراميكي ميتوانند ساختار كريستالي، غير كريستالي يا مخلوطي جديد ميتوان سراميكهاي نسبتاً مقاوم به شكست را توليد كرد. البته هنوز تحقيقات وسيعي براي مقاومتر كردن و توسعه آنها انجام ميشود.
3- مواد پليمري (مواد مصنوعي)
مواد پليمري از كنار هم قرار گرفتن تعداد زيادي از مولكولهاي زنجيره اي يا شبكه اي بزرگ مواد آلي، كه از كربن و عناصر ديگري مانند هيدروژن، كلر، فلور، اكسيژن و ازت تشكيل شدهاند، به وجود ميآيند. مواد پليمري در طبيعت به صورت آزاد وجود ندارند و اغلب از طريق روشهاي شيميايي و پليمر كردن منومرهاي گازي شكل به دست ميآيند. اغلب مواد پليمري داراي ساختار غير كريستالي و يا مخلوطي از كريستالي و غير كريستالي هستند. مواد پليمري داراي قابليت هدايت الكتريكي بسيار ضعيفي هستند، به طوري كه به عنوان عايق الكتريكي خوب به كار ميروند، مواد پليمري معمولاً در درجه حرارتهاي پايين (زير صفر) ترد ميشوند ولي در درجه حرارتهاي نسبتاً بالا قابليت شكل پذيري دارند و در درجه حرارتهاي بالا ذوب و يا متلاشي ميشوند. مواد پليمري در مقابل عوامل و واكنشهاي شيميايي در درجه حرارت معمولي محيط و در مجاورت هواي آزاد پايدارند. عموماً مواد پليمري وزن مخصوص پاييني دارند.
4- مواد مختلط يا كامپوزيتها
مواد مختلط يا كامپوزيتها به موادي گفته ميشود كه از مخلوط چند ماده (حداقل دو ماده) با خواص متفاوت تشكيل شده باشند.اجزاي مواد مختلط از نظر شكل و تركيب شيميايي متفاوت بوده و در يكديگر حل نميشوند و از نظر اندازه و ابعاد در حد ميكروسكوپي و ماكروسكوپي وجود دارند. بدين ترتيب ميتوان موادي با خواص جديد به دست آورد كه به نوبه خود داراي خواصي مناسبتر از خواص هر يك از اجزاي اوليه اتس. انواع مختلفي از مواد مختلط وجود دارند. اغلب مواد مختلط شامل يك جزء نرم و شكل پذير به عنوان جزء اصلي زمينه و يك جزء بسيار سفت و سخت به عنوان تقويت كنندهاست. جزء تقويت كننده ميتواند به شكلهاي صفحه اي، اليافي و ذره اي باشد. همچنين موادي كه سطح خارجي آنها براي حفاظت در مقابل خوردگي و يا سايش پوشش داده ميشود، مانند قلع و روي اندود كردن، و يا گالوانيزه كردن سطح خارجي به وسيله جزء مقاوم دوم ، مثل آب كرم و نيكل دادن، روكش دادن مكانيكي با ورق بسيار نازك مقاوم ديگر، پوشش دادن با مواد پليمري و يا مواد سراميكي، جزء مواد مختلط هستند.
مواد نيمه هادي
نيمه هاديها از جمله مواد معدني بوده و از نظر خواص بين مواد فلزي و سراميكي قرار دارد و در صنايع الكترونيكي به كار ميرود. هدايت الكتريكي نيمه هاديها قابل كنترل بوده، به طوري كه ميتواند در ساخت ترانزيستورها و يكسو كننده ها به كار رود.
خواص مكانيكي مواد
عكسالعمل مواد جامد در مقابل نيروها، گشتاورها و يا به طور كلي هر نوع تنشهاي خارجي وارد بر آن، اعم از استاتيكي و يا ديناميكي، در شرايط خاص محيط كار يا محيط آزمايش، رفتار يا خواص مكانيكي ناميده ميشود. كيفيت موادي كه در طراحي قطعات صنعتي به كار ميرود بيش از همه به خواص مكانيكي آنها بستگي خواهد داشت. به وسيله روشهاي آزمايش استاندارد شده ميتوان اعدادي را ارائه داد كه مشخص كننده خواص مكانيكي باشد. بر روي خواص مكانيكي عوامل خارجي از قبيل 1- مقدار تنش، 2- سرعت 3 – مدت زمان وارد آمدن تنش 4- درجه حرارت 5- نوع تنش (از لحاظ استاتيكي و يا ديناميكي ) و در حالت تنش متناوب 6- تعداد دفعات وارد آمدن آن و همچنين 7- اثر شيميايي محيط اطراف ماده مورد آزمايش تاثير ميگذارد. شرايط آزمايش بايد طوري انتخاب شود كه بتواند تا حد امكان مشخصات واضحي راجع به رفتار آن جسم تحت شرايط خاص محيط كار را ارائه دهد مواد ايزوتروپي اند به جز يك كريستال ها كه در آنها خواص مكانيكي متفاوت است. ناهمسانگردند.
ناهمسانگردي (ان ايزوتروپي ) تك كريستال تاثير بسزايي روي خواص مكانيكي خواهد داشت. تك كريستالها و مواد چندين كريستالي با كريستالي با كريستالهاي جهت دار، با مرزها يا ذرات جهت دار فاز دوم و همچنين مواد پليمري با مولكولهاي زنجيره اي جهت دار، جزء موادي با خواص مكانيكي غير يكنواخت درتمام جهات محسوب ميشوند. دراندازه گيري خواص مكانيكي اين گونه مواد بايد از جهات مختلف قطعه نمونه برداري شود. بنابراين در كاربرد صنعتي مناسبترين و نامناسبترين جهات، از لحاظ جهت تنش اعمال شده، وجود خواهد داشت . تمام مواد بي شكل يا با ساختار شيشهاي و مواد چندين كريستالي با توزيع بي نظم دانه ها- با جهات كريستالي گوناگون – داراي خواص مكانيكي تقريباً يكنواختي در تمام جهات هستند. اكنون براي آشنايي بيشتر با مفهوم تنش به طور اختصار به تعريف آن ميپردازيم.
تغيير شكل الاستيكي
هر گاه به جسمي تنشي وارد شود، تغيير شكلي در آن جسم به وجود ميآيد. در صورتي كه تنش وارد بر آن از نوع تنش كششي باشد، تغيير شكل ايجاد شده در جهت نيرو به صورت ازدياد طول، شكل (5-3- الف) و چنانچه تنش وارده، تنش فشاري باشد به صورت كاهش طول ظاهر ميشود، شكل (5-3- ب). اگر تنش وارده، تنش مماسي (برشي ) باشد، تغيير شكل به صورت تغيير زوايا است، شكل (5-3- ج).
از خاصيت الاستيكي موقعي صحبت ميشود كه تغيير شكل
...