مقدمه

ضایعات مربوط به تجهیزات الکتریکـی و الکترونیکـی

در جهان که حاوي اجزاي خطرنـاك و سـمی هـستند،

سالانه بین ۲۰ تا ۵۰ میلیون تـن اسـت .[۱] اتحادیـهي اروپا هر ساله ۷/۵ میلیون تن از این تجهیزات را تولیـد

میکند. نمایشگرهاي رایانه و دسـتگاههـاي تلویزیـون

لولهاي اشعهي کاتدي (CRT) حـدود %۸۰ از آن را بـه خـود اختـصاص داده اسـت .[۲] ایـران نیـز بـهعنـوان

کشوري در حال توسعه از این معضل بیبهـره نیـست.

طبق آمار منتشر شـده در ایـران، تـا بـهحـال حـدود ۴

میلیون رایانه و ۱۸ میلیون تلویزیون و هزاران وسـیلهي

الکترونیکی دیگر از گردونهي مصرف خارج شدهاند. با توجه به شرایط موجـود، صـادرات تلویزیـون لولـهاي اشعهي کاتدي راهکار مناسبی بهنظر میرسد .[۱]
شیشههاي این دسته از تلویزیونها بـه دو نـوع سـیاه و سفید (یا تک رنگ) و رنگی تقسیم میشـوند. ایـن دو نوع تلویزیون از شیشههاي مختلفی ساخته شدهاند کـه نمونـهاي از آن در شـکل (۱) نـشان داده شـده اسـت.
صفحهي اصلی (شیشهي قسمت جلویی نمایشگـر) از

جــنس شیــشهي حــاوي اکــسیدهاي ـمسـ ی بــاریم و استرانسیم است که فاقد اکـسید سـرب بـوده و حـدود

۲/۳ از مجموع وزن تلویزیون را در بـر مـیگیـرد. ایـن نوع شیشه، مشابه شیشههاي اپتیکـی، بـسیار همگـن و

ضخیم است و براي جذب اشعههاي X و UV حاصـل

از تفنگ الکترونی ساخته شده است. فانـل شیـشهاي از جنس سرب و نازكتر از شیشههـاي صـفحهي اصـلی اسـت و وزن آن حـدود ۲/۳ کـل شیـشهي تلویزیـون

میباشد. گلویی قطعهاي از جـنس شیـشهي سـیلیکاتی

غنی از سرب است که تفنگ الکترونی را احاطـه کـرده

است. فریت لعاب سربی با دماي ذوب پایین مـیباشـد

که نقش اتصال را بین فانـل و صـفحه بـازي مـیکنـد

.[۳,۴]

تلویزیـونهـاي لولـهاي اشـعهي کاتـدي از ۸۵

درصد شیشه و ۱۵ درصد پلاستیک، فلزات آهنی و غیر آهنی تشکیل شدهاند .[۵] وزن متوسط این نوع شیشهي

بـهکـار رفتـه در ایـن تلویزیـونهـا ۱۱ کیلـوگرم و در

رایانهها حدود ۳/۸ کیلوگرم است .[۳] بازیافت این نوع تلویزیونها بهدلیل آنکه حاوي ۴ نوع شیشهي مختلف

هستند، بسیار مشکل است. تلویزیونهاي دورانـداختنی

در صنایع تولیـد شیـشه و سـاخت مجـدد همـین نـوع تلویزیونها بهکار میرونداخیراً. تحقیقـاتی در زمینـهي

لعـابهـاي سـرامیکی، کاشـیهـاي محـافظ در برابـر

تشعشع، شیشههاي اسفنجی و مانند آن انجام شـدهانـد

.[۶] تولید شیشهي اسفنجی یکی از راهکارهاي مناسـب

براي بهرهبرداري مجدد از این نوع شیشهها است. ایـن به آن علت است که رنگ شیشه تأثیر قابل تـوجهی بـر کیفیت شیشهي اسفنجی ندارد، اگرچه تفـاوت موجـود

در ترکیــب شــیمیایی شیــشههــاي فانــل و صــفحهي

تلویزیونهاي سیاه و سفید با نوع رنگی آنهـا بـر روي تشکیل تخلخـل و انـدازه و توزیـع انـدازهي آن تـأثیر

میگذارد .[۲,۷]

صفحه

گلویی

شکل ۱ بخشهاي مختلف تلویزیونهاي لولهاي اشعهي کاتدي از

جنس شیشه [۴]

عمدهترین کاربرد شیشههاي اسـفنجی در تولیـد

مواد عایق در برابر صوت و حرارت میباشـد .[۸] ایـن

شیشهها در مقایسه با اسفنجهاي پلیمـري مزیـتهـاي زیادي دارند. پایداري شیمیایی و حرارتی فوقالعـاده از

مهمترین مزیتهاي آنها هستند (احتـراق اسـفنجهـاي پلیمريمعمولاً منجر به خروج گازهاي سمی میشود،

نشریه مهندسی متالورژي و مواد ۷۳

در حالیکه شیشههاي اسفنجی از مواد غیرآلی بهدسـت

آمده و غیر قابل احتراقند) .[۹] افزون بر این، شیشههاي

اسـفنجی اســتحکام مکــانیکی بــالایی دارنــد و بــراي ساختمان سازي مناسبند .[۱۰] از امتیازهاي دیگـر ایـن

مواد میتـوان بـه سـبکی، انعطـافپـذیري در طراحـی

تولیدات ساختمانی و مقاومت آنها در برابر موجودات جونده اشاره کرد، چرا که هیچ نوع الیافی در آنهـا بـه

کار برده نشده است .[۱۱]

مخلوط کردن ضـایعات شیـشهي آسـیاب شـده بههمراه عامل اسفنجسـاز کاربیـد سیلیـسیم مـوثرتـرین

روش براي بهبود ریزساختار شیـشهي اسـفنجی اسـت.

اینکار با افزودن ترکیب فوق به شیشههاي آسـیا شـده بهوسـیلهي آسـیاي مرطـوب انجـام مـیشـود. کاربیـد سیلیسیم در دماي بین ۹۰۰ C تا ۱۱۵۰ C تجزیه شده و دي اکسید کربن تولید میکند. اگر هیچ عامـل تولیـد کنندهي گاز افـزوده نـشود، محـصول نهـایی شیـشهي تفجوشـی شـدهي متخلخـل خواهـد بـود .[۱۲] اگـر ترکیب شیشه ثابت باشـد، رشـد حبـابهـا (اسـفنجی شدن) به دما، سرعت گرمایش و سرمایش، نـوع عامـل اسفنجساز و خروج گازهاي حل شده بـستگی خواهـد داشت .[۱۳] عوامل اسفنجساز به دو نوع خنثی و احیـا کننده تقسیم میشوند. نمکهـا و کربنـاتهـایی ماننـد

Na2CO3 و CaCO3 اسفنجسازهاي خنثـی هـستند کـه حین گرمایش تجزیه میشوند، و این واکنش با خـروج گاز CO2 همراه است .[۱۱] از سـولفات کلـسیممـثلاً(

ژیپس) میتوان بهعنوان جايگزینـی بـراي کربنـاتهـا استفاده کرد. در این حالت، SO2 گاز اسفنجساز حاصل

خواهد بود و به این ترتیـب، شیـشهي بـهدسـت آمـده

هدایت حرارتی کمتري خواهد داشت،اما بهدلیل آنکه گاز SO2 مادهاي مضر و سمی است، به کنترل بیشتري
نیاز خواهد بود .[۸] اسفنجسازهـاي احیـا کننـده بـراي

تولید شیشههاي اسفنجی عایق حرارت (موادي با تعداد زیاد حفرههاي بسته) بهکار میروند. میـزان جـذب آب

توسط این موادنـسبتاً کـم ۱۰) تـا ۱۵ درصـد) اسـت.

عاملهاي گازساز از جـنس مـواد کربنـی، ماننـد کـک،

آنتراسیت، دوده، گرافیت و کاربید سیلیسیم، جـزو ایـن

دسته از موادند. دلیل انتشار گاز در ایـن مـواد، واکـنش اکسایشی عامل اسفنجساز بههمراه گازهـاي حـل شـده

درون شیشهي مذاب است .[۱۱]

معمــولاً انتخـاب عامـل اسـفنجسـاز بـر فراینـد اسفنجی شدن تـأثیر مـیگـذاردمـثلاً. CaO حاصـل از

اسفنجسازهاي خنثی مانند CaCO3 که در حبابها باقی

میماند، میتواند خواص شیشه (مثـل ویـسکوزیته) یـا رفتار تبلور آن را تغییر دهد. بنابراین، براي جلوگیري از
بروز این تأثیرات از عوامل اسـفنجسـاز احیـا کننـدهاي استفاده میشود که پس از اکسایش بهطور کامل به گـاز تبدیل میشوند .[۱۳] کاربید سیلیـسیم بـهدلیـل وقـوع واکنش اکسایش، باعث تشکیل حبابهاي گـازي و در نتیجهي آن، اسفنجی شدن شیشه میشود. دماي واکنش این ترکیبمعمولاً در مقایسه با ترکیبات دیگـر (ماننـد کربناتها، کربن و ترکیبهاي آلی) بیشتر است (بالاتر از .[۱۴] (۹۰۰ C

همانطور که اشاره شد، شیشههاي تلویزیونهاي لولهاي اشعهي کاتدي جزو شیشههاي ضایعاتی بـوده و معضل بزرگی بهحساب میآیند. در تحقیق حاضر، تأثیر دما و میزان SiC بهعنوان عامل اسفنجساز بر ریزساختار و خواص فیزیکی و مکانیکی این شیشهها بررسی شده است.

روش تحقیق

ترکیبهایی با درصدهاي متفاوت پودر تجاري کاربیـد سیلیسیم ۲)، ۴، ۶ و ۸ درصـد وزنـی) بـا انـدازه ذرات ۴۵ ʽm و پودر شیشهي صفحهي تلویزیـون رنگـی بـا

اندازه ذرات زیر ۶۳ ʽm تهیه شـدند. ۳ درصـد وزنـی چسب PVA و ۵ درصـد وزنـی آب بـه مخلـوط ایـن

پودرها اضافه شد و پس از نگهداري مخلوط بـهدمـت

۲۴ ساعت، با استفاده از پرس تک محوره و بـا اعمـال

فشار ۷۵ بار فشرده شد. ابعاد نمونههاي اولیه مطابق بـا اسـتاندارد ASTM D790 بـهانـدازهي ۱۲×۲/۵×۱ cm3

۴۷ تاثیر دما و میزان.SiCبر خواص و ریز ساختار ..

تعیین شدند. نمونهها در دماهاي ۸۵۰ C، ۹۵۰ C و C

۱۰۵۰ مدبهت یک ساعت و با سرعت گرمـایش /min

۱۰C در کـورهي آتـرا تـفجوشـی شـدند. سـرمایش

نمونهها در کوره و بهآرامی انجام شد.

براي تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی نمونههـا،

آزمونهاي تعیین چگـالی، میـزان تخلخـل و اسـتحکام

خمشی انجام شدند. از رابطهي (۱) براي انـدازهگیـري میزان نسبی تخلخل در نمونههـا اسـتفاده شـد. در ایـن

رابطه، چگـالی پیکنـومتري بـا اسـتفاده از رابطـهي (۲)

تعیین میشود. در رابطهي (۲)، dp چگالی پیکنـومتري، a وزن پیکنومتر، b وزن پیکنومتر و پودر شیشه، c وزن

پیکنومتر و پودر شیشه و آب، و d وزن پیکنومتر و آب میباشند.