Thermal Analysis UserCom 40

توضح الطريقة المعروضة في هذه المقالة كيفية استخدام قياسات DSC الخاصة باللحامات في البوتقات النحاسية لتحليل تكوُّن الطبقات بين الفلزية بين اللحام والنحاس في عمليتي اللحام والتلدين. وبعد المعايرة باستخدام المقاطع المجهرية اللامعة، يمكن تحديد متوسط سُمك الطبقات من خلال قياسات DSC.

مقدمة

في الإلكترونيات الدقيقة، يمثل اللحام تقنية الربط الأكثر استخدامًا في توصيل الأسلاك الرئيسية للمكونات الإلكترونية بالمسارات على لوحة الدائرة المطبوعة. وعُرفت عملية اللحام ذاتها منذ أكثر من 5000 عام [1].

وفي هذه العملية، تربط السبيكة منخفضة درجة الذوبان (اللحام) مكونًا واحدًا أو أكثر معًا عبر عمليتي الانصهار والتصليب. وتكوُّن مركب بين فلزي (يُطلق عليه اختصارًا IMC) بين اللحام والمكوِّن هو أوضح علامة تشير إلى حدوث ارتباط في أثناء عملية اللحام [2].

تُعد عمليات الانصهار التي تحدث بين المواد المتفاعلة المشاركة في تكوين السبيكة ضرورية لتكوين IMC. ولقد فحصنا في هذه الدراسة سبيكة لحام قائمة على اتصال القصدير مع النحاس.

في عملية اللحام، يتشكل طور بين فلزي متكون من منطقتين. وتتمثل المنطقة المجاورة لطبقة النحاس في طور Cu₃Sn الغني بالنحاس، بينما تتمثل المنطقة المجاورة لجانب اللحام في طور Cu₆Sn₅ الغني بالقصدير. ويمكن رؤية تكوُّن هاتين المنطقتين من خلال المقطع المجهري للتركيب المعدني اللامع المعروض في الشكل 1.

تعتمد عمليات الانصهار الضرورية لتكوين IMC على درجات الحرارة. وهي تتميز بطاقة تنشيط منخفضة - ΔE - ومن ثم يمكن أن تحدث في الطور الذائب والطور الصلب بعد التصليب.

عند اللحام، تُلاحظ زيادة في سُمك IMC.

وتعد معرفة سُمك IMC أمرًا ضروريًا لتوقع موثوقية وصلات اللحام. ونظرًا لأن الطور بين الفلزي يكون في العادة أكثر هشاشة من السبائك المستخدمة، يجب ألا يصبح IMC سميكًا للغاية فإنه إن أصبح سميكًا للغاية، فستصبح نقطة الارتباط عرضة للضغوط الميكانيكية [3].

[…]

المراجع

[1] D. Shangguan, Lead-free solder interconnect reliability. ASM International, Materials Park, OH (2005).
[2] V. I. Dybkov, The growth kinetics of intermetallic layers at the interface of a solid metal and a liquid solder, JOM (2009) Doi:10.1007/s11837-009-0015-9.

يسترد الجسم المصنوع من سبيكة ذاكرة للشكل شكله الأصلي بعد تغير شكله بفعل التسخين. وتُعرَف هذه الظاهرة بالتأثير المتذكر للشكل. وتظهر أيضًا مرونة فائقة على السبائك الذاكرة للشكل. وهذا هو الاسم الذي يُطلق على الخاصية التي تتيح لجسم تشوه بدرجة كبيرة أن يعود إلى شكله الأصلي حال إزالة الحِمل الذي تسبب في هذا التشوه. وفي الجزء 1 والجزء 2 من سلسلة المقالات هذه، سنصف هذه الخواص ونعرض كيف يمكن فحصها بواسطة DSC وDMA.

مقدمة

تظهر الأجسام المصنوعة من السبائك الذاكرة للشكل (SMA) خاصيتين مهمتين: التأثير الذاكر للشكل والمرونة الفائقة. وفيما يتعلق بالتأثير الذاكر للشكل، يعود الجسم المرن المشوه بالتلدين المصنوع من سبيكة ذاكرة للشكل إلى شكله "الأصلي" عند تسخينه.

وفيما يتعلق بالمرونة الفائقة، يُشار إلى الجسم بأنه فائق المرونة إذا استعاد شكله "الأصلي" بعد تغير شكله بنسبة تصل إلى 10% عند إزالة الحِمل الذي سبب تغير شكله.

ولحدوث هذين التأثيرين، يجب تهيئة المادة بشكل مسبق لتكون في شكلها "الأصلي". يوضح الشكل 1 التأثير الذاكر للشكل والمرونة الفائقة.

تتضمن السبائك المعروفة الذاكرة للشكل سبائك النيكل-التيتانيوم وسبائك النحاس مثل CuZnAl (النحاس-الزنك-الألومنيوم) أو CuAlNi (النحاس-الألومنيوم-النيكل) أو CuAlBe (النحاس-الألومنيوم-البيريليوم). وقد تم تطوير سبائك النيكل والتيتانيوم الأكثر استخدامًا في أوائل الستينيات في الولايات المتحدة. وتحديدًا في مختبر المعدات الحربية البحرية، كما تم تسويقها تحت اسم النيتينول (مختبر معدات النيكل والتيتانيوم الحربية البحرية).

وتجمع سبائك النيتينول بين المقاومة العالية للتآكل، والتوافق الحيوي، والتأثير المتذكر للشكل، والمرونة الفائقة. ويُستخدَم النيتينول بفضل هذه الخواص في صناعة الفضاء وهندسة السيارات وفي الإلكترونيات والتطبيقات الطبية.

تتمثل الاستخدامات العملية - على سبيل المثال - في وصلات الأنابيب (تتمدد الأطواق في حالة البرودة ثم تنكمش بالتسخين ليتم تثبيتها) أو المحركات أو الغرسات (الدعامات) الطبية أو الحاصرات التقويمية للأسنان.

[…]

أُجريَت تجارب باستخدام كرتين مطاطيتين، إحداهما سوداء والأخرى حمراء. وبعيدًا عن لونهما، لم يكن هناك فرق واضح بينهما. ورغم ذلك، عندما تُركت الكرتان لتسقطا على سطح صلب، ارتدت الكرة الحمراء إلى نفس الارتفاع الذي سقطت منه تقريبًا بينما لم ترتد الكرة السوداء على الإطلاق. فكيف يمكن شرح هذا السلوك؟

مقدمة

تتمثل إحدى الخواص المميزة للكرات المطاطية في أنها ترتد لأعلى عندما تسقط على سطح صلب. وكانت هاتان الكرتان اللتان تمت دراستهما في هذه المقالة مختلفتين للغاية فيما يتعلق بهذه الخاصية.

فالكرة الحمراء ارتدت لأعلى بنسبة تصل إلى حوالي 86% من الارتفاع الذي سقطت منه. وعلى النقيض، ارتدت الكرة السوداء لأعلى بنسبة حوالي 2% من الارتفاع الذي سقطت منه في البداية. هل يمكن توقع هذا السلوك بناءً على خواص معينة للمواد، وإن كان الأمر كذلك، فكيف يمكن قياس هذه الخواص؟

يعتمد سلوك ارتداد الكرة على خواصها المطاطية اللزجة. فالكرة الحمراء "مرنة" وهي تحتفظ بطاقتها الحركية -إلى حد كبير- عند اصطدامها بسطح صلب كطاقة خاصة بتغير الشكل؛ وتتوفر تلك الطاقة بعدئذٍ للارتداد.

وعلى النقيض من ذلك، تتحول طاقة تشوه (تغير شكل) الكرة السوداء بشكل أساسي إلى حرارة. ولم تعد هذه الطاقة متاحة للارتداد، لذا ترتد الكرة السوداء إلى ارتفاع أقل بكثير (الشكل 1).

معامل المادة الذي يصف هذا السلوك هو معامل المرونة (معامل Young). يتكون هذا من مكونين: معامل التخزين الذي يصف سعة تخزين الطاقة ومعامل الفقد الذي يحدد خواص عمليات التبديد في المادة. ويُطلق على نسبة معامل الفقد ومعامل التخزين اسم عامل الفقد أو tan δ. ويمكن استخدام عوامل الفقد لتقدير نسبة الطاقة المحولة إلى حرارة في الكرتين، E ^red_diss وE ^black_diss، وفقًا للمعادلة 1 [1].

أدت تجارب الارتداد مع هاتين الكرتين إلى أن تكون قيمة هذه النسبة 0.14. مما يعني أنه عندما تصطدم الكرتين بالسطح، تتبدد الطاقة في الكرة السوداء بمعدل يفوق تبددها في الكرة الحمراء بسبعة أضعاف.

[…]

المراجع

[1] C. Wrana, Introduction to Polymer Phyiscs, Lanxess AG, 2009, ISBN 978-3-941343-19-1.

خلال الأعوام العشرة إلى العشرين الماضية، كان هناك تغير ملحوظ نحو استخدام طاقات مستدامة ومتجددة. وحُفز هذا التغيير باحتمالية ظهور وقود أحفوري وبزيادة الوعي بالمشكلات البيئية إلى حد كبير وبالمشكلات التي ليس لها حل والمرتبطة بتشغيل محطات الطاقة النووية. تضم الطاقات البديلة أو المتجددة نطاقًا كبيرًا جدًا. فبجانب طاقة الرياح والطاقة الفولتية الضوئية، تمثل الكتلة الحيوية عاملاً محتملاً مهمًا لتوليد الطاقة. يوضح مثالان من مجال الكتلة الحيوية استخدام التحليل الحراري لتوصيف الكتلة الحيوية. وأُجري هذا العمل باستخدام TGA/DSC المقترن بمقياس طيف الكتلة.

مقدمة

تشير الكتلة الحيوية إلى مواد عضوية متجددة يمكن الحصول على طاقة منها. وتتضمن هذه المواد منتجات مثل الخشب والقش والذرة والأوكالبتوس والشلجم (لفت) وقصب السكر والعديد من المواد الخام الأخرى غير الأحفورية.

وقبل استخدام الكتلة الحيوية كمورد للطاقة، يجب معالجتها بشكل مناسب حيث يمكن تحويلها إلى حالة غازية أو سائلة أو صلبة. ويوجد العديد من الإجراءات المعقدة للقيام بذلك [1].

تصف هذه المقالة كيفية توصيف الكتلة الحيوية للذرة والأوكالبتوس باستخدام TGA/DSC وTGA/DSC المقترن بمقياس طيف الكتلة (MS).

ويكمن الغرض الرئيسي في تحديد محتوى الرطوبة والكتلة الجافة وطبيعة الغازات الناتجة عن الانحلال الحراري.

[…]

المرجع

[1] Thomas Bührke, Roland Wengenmayr: Erneuerbare Energien- Konzepte für die Energiewende, Wiley-VCH, 3. Auflage 2011.

إن تعريف الأضرار والمخاطر المحتملة في العمليات الكيميائية وتقييمها يمثلان أهمية كبيرة من الناحية العملية. كما أنهما ضروريان لتطوير التفاعلات الكيميائية في المختبرات والبيئات الصناعية ومراقبتها. تقع الحوادث الكيميائية المتكررة بسبب فقد السيطرة والتعامل غير الصحيح. ويُطلَق على النتيجة المترتبة على هذا تفاعل خارج عن السيطرة قد يؤدي إلى انفجار.

مقدمة

إن التحديد الممكن المبكر للمخاطر والأضرار المحتملة له أهمية كبيرة في تطوير المنتجات. وقياسات DSC مفيدة لهذا الأمر حيث لا يلزم سوى مقادير طفيفة من العينات لإجراء قياس سريع للمحتوى الحراري ومعدلات التفاعلات الكيميائية.

وفي هذا الصدد، يعد الحد الأقصى لارتفاع درجة حرارة كظم الحرارة والوقت إلى أقصى معدل (TMR) معيارين كميين مهمين. ويصف هذان المعياران الحالات التي تُصبح في ظلها المواد أو العمليات غير ثابتة حراريًا أو خارجة عن السيطرة، كأن يحدث انفجار على سبيل المثال.

ويمكن استخدام الأوصاف الحركية للتفاعلات الكيميائية لتقييم سلوكها الحراري عند أي نمط لدرجة الحرارة. ويمكن تطبيق هذا الإجراء لتحليل مخاطر المركبات أو العمليات الكيميائية. والهدف الأهم هو ضمان ظروف عمل آمنة وتقليل المخاطر المحتملة إلى أدنى حد.

يمكن تقييم المخاطر لتوفير طرق وتدابير لضمان الحفاظ على مستوى محدد للسلامة فضلاً عن تطبيق إستراتيجيات المراقبة هذه.

تعمل جوانب المخاطرة إلى حد كبير كأساس لتصنيف سيناريوهات مقبولة مقابل مواقف غير مقبولة. وبوجه عام، توصف مثل هذه الجوانب ويتم ربطها بالخطورة والاحتمالية.

[…]

يمثل محتوى الرطوبة معيارًا مهمًا لجودة السوائل الأيونية. سنعرض في هذه المقالة كيف يمكن تحديد المحتوى المائي لـ 1-إيثيل-3-ميثيل إيميدازولينيوم سلفات ميثيل باستخدام جهاز التحليل الحراري الوزني (TGA) المتصل بمقياس طيف الكتلة. وتم تأكيد النتيجة بواسطة قياسات المعايرة بالتحليل الحجمي.

مقدمة

السوائل الأيونية هي عبارة عن أملاح تكون سائلة في درجة حرارة الغرفة. وتتميز بالعديد من الخواص التي تجعلها ملائمة للغاية لعدد من الاستعمالات: فهي ثابتة حراريًا وغير قابلة للاشتعال وغير متطايرة وتوصِل الكهرباء وسعتها الحرارية عالية نسبيًا وتتمتع بخواص إذابة جيدة جدًا للعديد من المواد.

ومن ثم، فليس من المدهش استخدامها في العديد من التطبيقات، كأن تُستخدَم كسوائل حرارية أو مذيبات أو إلكتروليتات في خلايا الوقود أو البطاريات أو غير ذلك. ويُعد المحتوى المائي عاملاً مهمًا لجودة السوائل الأيونية. وسنعرض في هذه المقالة كيف يمكن تحديد المحتوى المائي لـ 1-إيثيل-3-ميثيل إيميدازولينيوم سلفات ميثيل (EMIMS, CAS 516474-01-4) باستخدام جهاز التحليل الحراري الوزني المتصل بمقياس طيف الكتلة. وتم تأكيد المحتوى المائي المحدد باتباع هذه الطريقة بواسطة قياسات المعايرة بالتحليل الحجمي.

[…]