دراسه الخواص الفيزيائيه لبعض ا لمواد السيراميكيه المعرضه لانواع مختلفه من الاشعه المؤينه

" يتجه إهتمام العالم فى الآونه الأخيرة إلى إنتاج الزجاج وإعداد المواد السيراميكية بطريقة sol-gel المتقدمة وهذه التقنية تقدم إمكانيات جديدة للحصول على المركبات السيراميكية المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك فإن هذه التقنية  تعتبر طريقة مباشرة للحصول على مركبات متجانسة، خاصة عندما تختص المكونات المنفردة التى يتركب منها المركب الكيميائى المعقد بدرجة انصهار عالية أو اكاسيد غير نشطه .  

 تم  تحضير مركبات جيلاتينية  بالنظام  x(ZrO2 – (100-x)SiO2 

حيث تتراوح قيمة x فيما بين  x = 95, 80, 60, 50, 40, 20   باستخدام C3H (OH) CH3, NH4 OH , SiCl4 , ZrCl4  كمواد أولية للتحضير. وقد تم تجفيف العينات عند درجة 50oC   لمدة أسبوع للحصول على مركبات أمورفيه .

         تم  تحليل العينات الأمورفيه باستخدام الماسح الالكتروني للأشعة السينية الوميضية لتحديد التركيب العناصرى وتوزيع العناصر خلال حجم دقيق من المادة.  كما تم أيضا استخدام جهاز التحليل الحرارى التفاضلى لتعيين  درجة ( التبللور ) لهذه العينات . وقد تم تلدين العينات الامورفيه عند درجات حراره مختلفة (200 – 500 – 700 – 900 و1300ه) لفترة زمنية محددة خمس ساعات  وأزمنة مختلفة3-5-8 و12 عند درجة حــرة محددة 1300ه، حيث تم تحديد التركيب البللوري لهذه العينات باستخدام تقنية حيود الأشعة السنية (XRD ) وتقنية أطياف الأشعة  تحت  الحمراء  (IR). وتمتاز تقنية حيود الاشعة السينية بمميزات عديدة لدراسة تركيب المواد وعلى وجه الخصوص درجة البللوره.

 وتحدد ظروف التحضير التطور في الأطوار البللورية نتيجة المعالجة الحرارية. وقد تم ملاحظة التغيرات التالية في الأطوار خلال المعالجة الحرارية:

Am.P  → cu / T ( ZrO2) → t- ZrO2  → m—ZrO2

زركونيا فى الطور المكعبى الوسطى المتغير cu  

زركونيا فى الطول الرباعى الوسطى المتغير   T  

زركونيا فى الطور الرباعى المستقر            t

زركونيا فى الطور احادى الميل المستقر       m

 وتوضح النتائج التي تم الحصول عليها أن العينات قيد الدراسة تتبع سلوك مختلف باختلاف درجة الحرارة، حيث أن زيادة  درجة الحرارة يؤدى إلى زيادة البللورة ويتضح ذلك من القمم الحادة وزيادة شده الخطوط الطيفية بصفة عامة. وبتقدير القمم الطيفية لكل عينة عند درجات حرارة معينة لوحظ انه بزيادة محتوى السيليكا SiO2 تقل درجة البللورة. ويلعب الزمن الذي يتم فيه المعالجة الحرارية دوراً هاماً في تكوين سيراميك  الزركون البللورى .

يتضح من الدراسة مما يلى :

1-     أن عملية التكليس  تؤدى إلى إعادة تنظيم للذرات خلال الشبكة البللورية للحصول على سيراميك زركون المتجانس.

2-     بزيادة زمن التحميص ( التلبيد) تزداد درجة البللورة، الامر الذى يتضح من القمم الحادة وزيادة شدة الخطوط الطيفية بصفة عامة

3-     اثبتت الدراسة نجاح طريقة sol-gel لتحضير الزركون فى كل النسب بشدة  نسبية تعتمد على محتوىSiO2   ( السليكا) . وبزيادة محتوىSiO2  فى المركب ليصبح انتشار الزركونيا خلال السيليكا الامورفية اكثر صعوبة وبالتالي فإنه للحصول على الزركون البللورى  فان الامر يحتاج إلى درجات حرارة  أعلى وزمن اكبر

4-     كما أثبتت  الدراسة  أن النسبة50 SiO2  -50 ZrO2  تعتبر النسبة المثالية بالمقارنة مع النسب الأخرى حيث يشارك كل محتوى الزركونيا ZrO2)) والسيليكا ( (SiO2 في تكوين الزركون وتتفق هذه النتيجة مع النتائج المستخلصة من تقنية أطياف الأشعة تحت الحمراء.

5-     إضافة نسبة صغيرة من  MgO( % 0.5,1,2,3,4 and 5gm) خلال عملية تحضير الزركون فانه  يلعب دورا هاما في تثبيت الطور التكعيبي للزركونيا ZrO2  مع تغير طفيف في التوصيلية الكهربية للزركونΩ-1cm-1 0.00032x10-8)- (1.21x10-8

يعتمد تأثير الإشعاع على خواص المواد، وعلى طاقة الإشعاع وكذلك على طبيعة الأشعة نفسها ، ويعزى تأثير الإشعاع الاتلافى في السيراميك على التلف الازاحى ، كما أظهرت الدراسة أن التأين وانتقال الطاقة يمكن أن يلعب أيضا دورا هاما في التركيب الدقيق للسيراميك المشعع .

كما أثبتت الدراسة أن معدل الإتلاف فى العينات نتيجة التعرض للشعاع الاليكتروني يكون أكبر في العينات التي تحتوى على نسبة زركونيا أعلى من تلك العينات التي تحتوى على سيليكا أعلى . كما ان  تعرض العينات (السيراميكية) لأشعة جاما يؤدى الى  حدوث إزاحة في الذرات المنفردة خلال الشبكة البللورية كنتيجة للتصادم الذرى المباشر.. هذا بالاضافة الى ما اثبتته الدراسة من ان طاقة أشعة جاما المستخدمة اقل من الطاقة المطلوبة لتكسير سيراميك الزركون الا انها كافية لإحداث ازاحات متضاعفة.

هذا وقد امتدت الدراسة الى التعرف على مدى  حساسية مادة السيراميك على نوع الإشعاع (حيث ثبت من النتائج ان  الحساسية إتجاه الشعاع الالكتروني أكبر من أشعة جاما وذلك بالنسبة إلى درجة البللورة.

وقد تم تحليل العينات قيد الدراسة (من العينات الامورفيه ثم بعد المعالجة الحرارية لكل النســب) باستخدام تقنية أطياف الأشــعة  تحت  الحمراء (IR) حيث تم تحديد شرائط الامتصاص عند1037, 1215cm-1  ,  461, 791للرابطة سيليكون– اكسجين(Si-O)

وشرائط الامتصاص عند

        699, 419, 495, 568cm-1 التي تميز (m-ZrO2) 

 والشرائط عند 3683, 470cm-1  التي تميز (t-ZrO2 ). 

وتوضح الأطياف التي تم الحصول عليها أن الزيادة في محتوى الزركونيا(ZrO2) كما في العينات المحضرة بالنسب

60ZrO2-40SiO2, 50ZrO2-50SiO2 and 40ZrO2-60SiO2

ينتج عنه زيادة في تكوين الزركون(ZrSiO4) الذي يميزه الشريط عند 600cm-1 كما ينتج عنه ايضا انخفاضاً في عدد الشرائط التي تميز السيليكا(SiO2) والزركونيا (ZrO2) مما يؤكد استهلاك هذه  المواد الاولية لتحضير الزركون وتتفق هذه النتائج مع النتائج التى تم الحصول عليها بواسطة تقنية حيود الاشعة السينية (XRD )

تم قياس التوصليه الكهربية للعينات عديدة البللوره في مدى درجات الحرارة من درجة حراره الغرفة حتي 350o وتعتمد لخواص الكهربية ليس فقط على حجم الأيونات، عيوب الشبكة ونوع الرابطة ولكن ايضاً علي التركيب الميكروسيكوبي نتيجة التغير في المركبات وبالتالي فإن التحسن التوصلية بزيادة السليكون ٍSiO2 يمكن تعزيته إلي الزيادة في تكوين الاكجسين الغير مرتبط.

بالنسبة للعينات التي تم تعريضها للشعاع الاليكتروني فقد ازدادت قيمة التوصيلية بزيادة الجرعة وقد تم الحصول علي نفس السلوك في حالة العينات المعرضة لأشعة جاما.

وقد لوحظ أن قيمة التوصيلية للعينات المششعة أكثر حساسيه للتشعيع الاليكتروني عن اشعة جاما وتقل هذه الحساسية في العينات التي تحتوي نسبة عالية من SiO2 .

وينشأ التوصيل الايوني في الزركون فقط خلال انتشار الفجوات الاكسيجينية الموجودة فعلا في المادة. التشعيع لايزيد قابلية انتشار الفجوة الاكسيجينية من خلال انتاج عيوب Frenkel في البلورة مما يفسر تغير قيم طاقة التنشيط أو تغير غير ملحوظ."