فلز در حالت بالک (توده ای) یک ماده ی کاملاً معمولی است و به طور گسترده در مهندسی و سایر کاربردها مصرف می شود. فلزات می توانند آمیزه ای از ویژگی های فیزیکی و مکانیکی را با قیمتی بسیار پایین فراهم آورند.
به گزارش نساجی روز، یکی از صفات مهم فلزات قابلیت تغییر فرم پلاستیک آنهاست. این قابلیت اجازه می دهد تا با استفاده از تغییر فرم پلاستیک آنها را ماشین کاری کرده و بتوان از آنها اشکال و فرم های ساده و پیچیده تولید نمود. از بدنه ی هواپیما گرفته تا لوله های بزرگ گاز و نفت و قوطی های نوشیدنی و فویل های مورد استفاده در وسایل منزل از جنس فلز ساخته می شوند.
به هرحال مسئله ای که از اهمیت الیاف فلزی می کاهد این حقیقت است که فلزات در حالت الیاف یا سیم از زمان های طولانی مورد استفاده قرار می گرفته اند. مثال هایی از استفاده از فیلامنت های فلزی عبارتند از: فیلامنت های تنگستن مورد استفاده برای لامپ های رشته ای، سیم های آلومینیومی و مسی مورد استفاده در کاربردهای الکتریکی، سیم های فولادی مورد استفاده جهت تقویت لاستیک اتومبیل، کابل، پل های معلق، ابررساناهای رشته ای بر پایه ی نیوبیوم و رشته ای مختلف که برای ساخت ادوات موسیقی مانند ویالون، پیانو و… از آنها استفاده می شود.
فلزات بسیار نرم مانند طلا و نقره را می توان به رشته های بسیار نازک تبدیل کرد. رشته های چنین فلزات گران بهایی از زمان های دور برای تولید لباس های سنتی مانند لباس زنان هندی ( ساری : saree ) و لباس زرباف ایرانی مصرف و استفاده می شده است.
بگذارید ابتدا برخی ازخواص مهم فلزات مخصوصاً آن خواصی که مربوط به ریسندگی آنهاست را بیان کنیم. سپس فرآیند تولید، ساختار و خواص برخی از فیلامنت های فلزی مهم را توضیح می دهیم:
ویژگی های عمومی فلزات
فلزات عموماً موارد کریستالی هستند. در سرعت های سردکردن بالا (بزرگتر از ۱۰ به توان ۶ کلوین بر ثانیه) می توان فلزات آمورف تولید کرد. فلزات کریستالی معمولاً دارای سه ساختار کریستالی زیر هستند:
۱) مکعب مرکز وجوه پر fcc
2) مکعب مرکز پر bcc
3) هگزاگونال متراکم (hcp)
مثال هایی از فلزاتی که دارای ساختار fcc هستند عبارتند از آلومینیوم ، مس ، طلا ، نقره . همه ی این فلزات ، فلزات بسیار نرمی هستند و می توان آنها را در ضخامت کمتر از ۱۰۰ میکرون ریسندگی کرد. قابلیت فلزات دارای ساختار fcc و bcc به تغییر فرم پلاستیک زیاد به علت وجود تعداد زیاد سیستم های لغزش در این ساختارهاست. فلزاتی همچون تنگستن مولیبدن و نیوبیوم دارای ساختار bcc هستند. فلزاتی مانند برلیوم، منیزیم، روی و کادمیم دارای ساختار hcp هستند. این فلزات زیاد نرم نیستند و به آسانی نمی توان آنها را به صورت فیلامنت درآورد.
فلزات دارای پیوند فلزی هستند. در فلزات دریای الکترون وجود دارد. در واقع در فلزات دریایی از الکترون های آزاد به همراه هسته های مثبت وجود دارند که به خاطر همین پیوند غیرمتمرکز،خواص مغناطیسی، الکتریکی، مکانیکی و گرمایی استثنایی در فلزات پدید آمده است. فلزات می توانند دارای گستره ای از مدول الاستیک و استحکام متفاوتند. مثلاً مدول یانگ می تواند از ۵,۱۷ گیگاپاسکال برای قلع تا ۴۲۰ گیگاپاسکال برای تنگستن تغییر کند. ارقام گزارش شده برای استحکام تسلیم (yield stnength) و استحکام کششی نهایی (V.T.S) حتی برای یک فلز نیز متفاوت است. این تفاوت در اعداد استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی به علت انجام کار مکانیکی، افزودنی های آلیاژی و عملیات حرارتی انجام شده بر روی فلز پدید می آید. ارقام استحکام بالا در فیلامنت های تنگستن،فولاد کم کربن عملیات حرارتی شده و فولادهای وستنیتی تحت تغییر فرم پلاستیکی قرار گرفته، ایجاد می گردد.
عموماً، فلزات را می توان در بسیاری از جاها استفاده کرد. (هم در دماهای بالا و هم دمای اتاق). این مسئله به خاطر آن است که تعداد زیادی سیستم لغزش برای تغییر فرم پلاستیک در فلزات وجود دارد. این مسئله منجر می شود تا بتوان فلزات را با تکنیک های کشش به فیلامنت تبدیل نمود. الیاف فلزی عموماً از حالت مذابشان ریسندگی نمی شوند (اگر چه این کار در برخی موارد قابل انجام است). هنگامی که فلزات تحت کار سرد قرار گیرند (زیر دمای تبلور مجدد)، آنها دچار کار سختی می شوند. پدیده ی کار سختی (workhardening) همچنین کرنش سختی (strain hardening) نامیده می شود. این پدیده باعث افزایش استحکام فلز و کاهش نرمی آن می گردد. رشد استحکام به علت افزایش دانسیته ی نابجایی در فلز اتفاق می افتد. (افزایش استحکام با ریشه ی دوم دانسیته ی نابجایی رابطه دارد) فرآیندهای کار سرد که برای تولید سیم های و فیلامنت های استفاده می شوند همواره موجب افزایش دانسیته ی نابجایی و در نتیجه افزایش استحکام می گردند. این مسئله باید یادآوری گردد که اگر الیاف فلزی تحت کار سختی قرار گرفته، در معرض دماهای بالا قرار گیرند (مخصوصاً دماهای بالاتر از دمای تبلور مجدد)، دانسیته ی نابجایی کاهش می یابد و استحکام کاهش می یابد.
به گزارش نساجی روز، یکی از صفات مهم فلزات قابلیت تغییر فرم پلاستیک آنهاست. این قابلیت اجازه می دهد تا با استفاده از تغییر فرم پلاستیک آنها را ماشین کاری کرده و بتوان از آنها اشکال و فرم های ساده و پیچیده تولید نمود. از بدنه ی هواپیما گرفته تا لوله های بزرگ گاز و نفت و قوطی های نوشیدنی و فویل های مورد استفاده در وسایل منزل از جنس فلز ساخته می شوند.
به هرحال مسئله ای که از اهمیت الیاف فلزی می کاهد این حقیقت است که فلزات در حالت الیاف یا سیم از زمان های طولانی مورد استفاده قرار می گرفته اند. مثال هایی از استفاده از فیلامنت های فلزی عبارتند از: فیلامنت های تنگستن مورد استفاده برای لامپ های رشته ای، سیم های آلومینیومی و مسی مورد استفاده در کاربردهای الکتریکی، سیم های فولادی مورد استفاده جهت تقویت لاستیک اتومبیل، کابل، پل های معلق، ابررساناهای رشته ای بر پایه ی نیوبیوم و رشته ای مختلف که برای ساخت ادوات موسیقی مانند ویالون، پیانو و… از آنها استفاده می شود.
فلزات بسیار نرم مانند طلا و نقره را می توان به رشته های بسیار نازک تبدیل کرد. رشته های چنین فلزات گران بهایی از زمان های دور برای تولید لباس های سنتی مانند لباس زنان هندی ( ساری : saree ) و لباس زرباف ایرانی مصرف و استفاده می شده است.
بگذارید ابتدا برخی ازخواص مهم فلزات مخصوصاً آن خواصی که مربوط به ریسندگی آنهاست را بیان کنیم. سپس فرآیند تولید، ساختار و خواص برخی از فیلامنت های فلزی مهم را توضیح می دهیم:
ویژگی های عمومی فلزات
فلزات عموماً موارد کریستالی هستند. در سرعت های سردکردن بالا (بزرگتر از ۱۰ به توان ۶ کلوین بر ثانیه) می توان فلزات آمورف تولید کرد. فلزات کریستالی معمولاً دارای سه ساختار کریستالی زیر هستند:
۱) مکعب مرکز وجوه پر fcc
2) مکعب مرکز پر bcc
3) هگزاگونال متراکم (hcp)
مثال هایی از فلزاتی که دارای ساختار fcc هستند عبارتند از آلومینیوم ، مس ، طلا ، نقره . همه ی این فلزات ، فلزات بسیار نرمی هستند و می توان آنها را در ضخامت کمتر از ۱۰۰ میکرون ریسندگی کرد. قابلیت فلزات دارای ساختار fcc و bcc به تغییر فرم پلاستیک زیاد به علت وجود تعداد زیاد سیستم های لغزش در این ساختارهاست. فلزاتی همچون تنگستن مولیبدن و نیوبیوم دارای ساختار bcc هستند. فلزاتی مانند برلیوم، منیزیم، روی و کادمیم دارای ساختار hcp هستند. این فلزات زیاد نرم نیستند و به آسانی نمی توان آنها را به صورت فیلامنت درآورد.
فلزات دارای پیوند فلزی هستند. در فلزات دریای الکترون وجود دارد. در واقع در فلزات دریایی از الکترون های آزاد به همراه هسته های مثبت وجود دارند که به خاطر همین پیوند غیرمتمرکز،خواص مغناطیسی، الکتریکی، مکانیکی و گرمایی استثنایی در فلزات پدید آمده است. فلزات می توانند دارای گستره ای از مدول الاستیک و استحکام متفاوتند. مثلاً مدول یانگ می تواند از ۵,۱۷ گیگاپاسکال برای قلع تا ۴۲۰ گیگاپاسکال برای تنگستن تغییر کند. ارقام گزارش شده برای استحکام تسلیم (yield stnength) و استحکام کششی نهایی (V.T.S) حتی برای یک فلز نیز متفاوت است. این تفاوت در اعداد استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی به علت انجام کار مکانیکی، افزودنی های آلیاژی و عملیات حرارتی انجام شده بر روی فلز پدید می آید. ارقام استحکام بالا در فیلامنت های تنگستن،فولاد کم کربن عملیات حرارتی شده و فولادهای وستنیتی تحت تغییر فرم پلاستیکی قرار گرفته، ایجاد می گردد.
عموماً، فلزات را می توان در بسیاری از جاها استفاده کرد. (هم در دماهای بالا و هم دمای اتاق). این مسئله به خاطر آن است که تعداد زیادی سیستم لغزش برای تغییر فرم پلاستیک در فلزات وجود دارد. این مسئله منجر می شود تا بتوان فلزات را با تکنیک های کشش به فیلامنت تبدیل نمود. الیاف فلزی عموماً از حالت مذابشان ریسندگی نمی شوند (اگر چه این کار در برخی موارد قابل انجام است). هنگامی که فلزات تحت کار سرد قرار گیرند (زیر دمای تبلور مجدد)، آنها دچار کار سختی می شوند. پدیده ی کار سختی (workhardening) همچنین کرنش سختی (strain hardening) نامیده می شود. این پدیده باعث افزایش استحکام فلز و کاهش نرمی آن می گردد. رشد استحکام به علت افزایش دانسیته ی نابجایی در فلز اتفاق می افتد. (افزایش استحکام با ریشه ی دوم دانسیته ی نابجایی رابطه دارد) فرآیندهای کار سرد که برای تولید سیم های و فیلامنت های استفاده می شوند همواره موجب افزایش دانسیته ی نابجایی و در نتیجه افزایش استحکام می گردند. این مسئله باید یادآوری گردد که اگر الیاف فلزی تحت کار سختی قرار گرفته، در معرض دماهای بالا قرار گیرند (مخصوصاً دماهای بالاتر از دمای تبلور مجدد)، دانسیته ی نابجایی کاهش می یابد و استحکام کاهش می یابد.