सूक्ष्म

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मेटलोग्राफी मेटलर्जिस्ट को धातुओं के सूक्ष्म का अध्ययन करने की अनुमति देती है।
कास्ट डेन्ड्रिटिक संरचना का खुलासा करने वाले कांस्य का एक सूक्ष्मचित्र
एल्यूमीनियम-सिलिकॉन सूक्ष्म

सूक्ष्म पदार्थ की बहुत छोटी पैमाने की संरचना है, जिसे पदार्थ की तैयार सतह की संरचना के रूप में परिभाषित किया गया है, जैसा कि 25 × आवर्धन से ऊपर प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी द्वारा प्रकट होता है।[1] किसी पदार्थ की सूक्ष्म संरचना (जैसे धातु, पॉलिमर, सेरामोग्राफी या समग्र पदार्थ) भौतिक गुणों जैसे बल, मजबूती, लचीलापन, कठोरता, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च / निम्न तापमान गतिविधि या क्षरणरोध को दृढ़ता से प्रभावित कर सकती है। बदले में ये गुण औद्योगिक व्यवहार में इन सामग्रियों के अनुप्रयोग को नियंत्रित करते हैं।

प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी से देखे जा सकने वाले छोटे पैमाने पर सूक्ष्म को अक्सर नैनोसंरचना कहा जाता है, जबकि जिस संरचना में व्यक्तिगत परमाणुओं को व्यवस्थित किया जाता है उसे क्रिस्टल संरचना के रूप में जाना जाता है। जैविक नमूनों के नैनोसंरचना को अतिसंरचना कहा जाता है। किसी पदार्थ के यांत्रिक और भौतिक गुणों पर सूक्ष्म का प्रभाव मुख्य रूप से संरचना में सम्मलित या अनुपस्थित विभिन्न कमी से नियंत्रित होता है। ये कमी कई रूप ले सकते हैं लेकिन छिद्र प्राथमिक हैं। भले ही वे छिद्र किसी पदार्थ की विशेषताओं की परिभाषा में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, इसलिए इसकी संरचना होती है। वास्तव में, कई सामग्रियों के लिए, एक ही समय में विभिन्न चरण सम्मलित हो सकते हैं। इन चरणों में अलग-अलग गुण होते हैं और यदि सही ढंग से प्रबंधित किया जाता है, तो पदार्थ के फ्रैक्चर को रोका जा सकता है।

तरीके

सामान्य वस्तुओं में स्थूल संरचनात्मक सुविधाओं में सूक्ष्म की अवधारणा देखी जा सकती है। यशद लेपन स्टील, जैसे लैंप पोस्ट या सड़क विभाजक के आवरण, ग्रे या सिल्वर के विभिन्न रंगों के अंतर्गथन बहुभुज के गैर-समान रूप से रंगीन पैचवर्क को प्रदर्शित करता है। प्रत्येक बहुभुज स्टील के नीचे की सतह का पालन करने वाले जस्ता का एकल क्रिस्टल है। जस्ता और सीसा दो सामान्य धातुएं हैं जो नग्न आंखों से दिखाई देने वाले बड़े क्रिस्टल (कण) बनाती हैं। प्रत्येक कण में परमाणु सात 3डी चिंति व्यवस्था या क्रिस्टल लैटिस (त्रिविमीय, चतुष्फलकीय, षट्कोणीय, एकनताक्ष, त्रिनताक्ष, त्रिसमनताक्ष और विषमलंबाक्ष) में से एक में व्यवस्थित होते हैं। मेट्रिसेस के संरेखण की दिशा आसन्न क्रिस्टल के बीच भिन्न होती है, जिससे जस्ती सतह पर अंतर्गथन किए गए कण के प्रत्येक प्रस्तुत अग्रभाग की परावर्तकता में भिन्नता होती है। औसत कण के आकार को प्रसंस्करण स्थितियों और संरचना द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, और अधिकांश मिश्र धातुओं में बहुत छोटे कण होते हैं जो नग्न आंखों से दिखाई नहीं देते हैं। यह पदार्थ की ताकत बढ़ाने के लिए है (हॉल-पेट सुदृढ़ीकरण देखें)।

सूक्ष्म विशेषताएँ

सूक्ष्म विशेषताओं की मात्रा निर्धारित करने के लिए, रूपात्मक और भौतिक गुण दोनों की विशेषता होनी चाहिए। छवि प्रसंस्करण आयतन अंश,[2] समावेशन आकृति विज्ञान,[3] शून्य और क्रिस्टल अभिविन्यास जैसी रूपात्मक विशेषताओं के निर्धारण के लिए मजबूत तकनीक है। सूक्ष्मचित्र प्राप्त करने के लिए, प्रकाशीय और साथ ही इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का सामान्यतः उपयोग किया जाता है। भौतिक गुण का निर्धारण करने के लिए, नैनोइंडेंटेशन माइक्रोन और सबमाइक्रोन स्तर में गुणों के निर्धारण के लिए मजबूत तकनीक है जिसके लिए पारंपरिक परीक्षण संभव नहीं है। तनन परीक्षण या गतिशील यांत्रिक विश्लेषण (डीएमए) जैसे पारंपरिक यांत्रिक परीक्षण केवल सूक्ष्म गुणों के संकेत के बिना स्थूल गुणों को वापस कर सकते हैं। चूंकि, सजातीय के साथ-साथ विषम पदार्थ के स्थानीय सूक्ष्म गुणों के निर्धारण के लिए नैनोइंडेंटेशन का उपयोग किया जा सकता है।[4]उच्च क्रम वाले सांख्यिकीय मॉडल का उपयोग करके सूक्ष्म को भी चित्रित किया जा सकता है जिसके माध्यम से छवियों से जटिल सांख्यिकीय गुणों का समुच्चय निकाला जाता है।[5]फिर, इन गुणों का उपयोग कई अन्य प्रसंभाव्यता मॉडल बनाने के लिए किया जा सकता है।[6][7][8]

सूक्ष्म संरचना का निर्माण

सूक्ष्म संरचना को प्रसंभाव्यता सूक्ष्म पुनर्निर्माण के रूप में भी जाना जाता है।[9][10]संगणक-अनुरूपित सूक्ष्म को वास्तविक सूक्ष्म की सूक्ष्म विशेषताओं को दोहराने के लिए तैयार किया जाता है। ऐसी सूक्ष्म संरचनाओं को कृत्रिम सूक्ष्म संरचनाएँ कहा जाता है। सिंथेटिक सूक्ष्म का उपयोग यह जांचने के लिए किया जाता है कि किसी गुण के लिए कौन सी सूक्ष्म विशेषता महत्वपूर्ण है। उत्पन्न और वास्तविक सूक्ष्म के बीच सांख्यिकीय समानता सुनिश्चित करने के लिए, सूक्ष्म को वास्तविक सूक्ष्म के आँकड़ों से मिलान करने के लिए संरचना के बाद संशोधित किया जाता है। इस तरह की प्रक्रिया सैद्धांतिक रूप से अनंत संगणक-अनुरूपित सूक्ष्म की संरचना को सक्षम करती है जो सांख्यिकीय रूप से समान हैं (समान आँकड़े हैं) लेकिन प्रसंभाव्यता रूप से भिन्न हैं (विभिन्न विन्यास हैं)।[3][11]

सम्मिश्र पदार्थ का संगणक-अनुरूपित सूक्ष्म[3]

छिद्र और संरचना का प्रभाव

सूक्ष्म में छिद्र, जब तक वांछित न हो, गुणों के लिए नुकसान है। वास्तव में, लगभग सभी सामग्रियों में, पदार्थ के टूटने के लिए छिद्र प्रारंभिक बिंदु होगा। यह दरारों के लिए दीक्षा बिंदु है। इसके अतिरिक्त, छिद्र से छुटकारा पाना सामान्यतः काफी कठिन होता है। बाद में वर्णित उन तकनीकों में उच्च तापमान प्रक्रिया सम्मलित है। चूंकि, वे प्रक्रियाएँ भी कभी-कभी छिद्र को और भी बड़ा बना सकती हैं। ऊष्मीय प्रक्रिया के दौरान बड़े समन्वय संख्या (कई कणों से घिरे) वाले छिद्र बढ़ते हैं। यह कणों के विकास के लिए तापीय ऊर्जा को प्रेरक शक्ति में परिवर्तित होने के कारण होता है जो छिद्र के विकास को प्रेरित करेगा क्योंकि उच्च समन्वय संख्या छिद्र की ओर वृद्धि को प्रतिबंधित करती है। कई सामग्रियों के लिए, यह उनके चरण आरेख से देखा जा सकता है कि एक ही समय में कई चरण सम्मलित हो सकते हैं। वे अलग-अलग चरण अलग-अलग क्रिस्टल संरचना प्रदर्शित कर सकते हैं, इस प्रकार विभिन्न यांत्रिक गुणों का प्रदर्शन करते हैं।[12] इसके अतिरिक्त, ये विभिन्न चरण अलग सूक्ष्म (कण का आकार, अभिविन्यास) भी प्रदर्शित करते हैं।[13]यह कुछ यांत्रिक गुणों में भी सुधार कर सकता है क्योंकि दरार विक्षेपण हो सकता है, इस प्रकार अंतिम टूटने को और आगे बढ़ा सकता है क्योंकि यह मोटे सूक्ष्म में अधिक टेढ़ा दरार पथ बनाता है।[14]

सुधार तकनीक

कुछ स्थितियों में, पदार्थ को संसाधित करने के तरीके को बदलने से सूक्ष्म संरचना प्रभावित हो सकती है। उदाहरण टाइटेनियम मिश्र धातु TiAl6V4 है।[15]इसकी सूक्ष्म संरचना और यांत्रिक गुणों को एसएलएम (चयनात्मक लेजर पिघलने) का उपयोग करके बढ़ाया जाता है जो पाउडर का उपयोग करके 3डी प्रिंटिंग तकनीक है और उच्च शक्ति वाले लेजर का उपयोग करके कणों को साथ पिघलाता है।[16] सूक्ष्म में सुधार के लिए अन्य पारंपरिक तकनीक ऊष्मीय प्रक्रियाएं हैं।[17] वे प्रक्रियाएँ इस सिद्धांत पर निर्भर करती हैं कि तापमान में वृद्धि छिद्रों को कम करने या नष्ट करने के लिए प्रेरित करेगी।[18] ऊष्म समस्थैतिक दबाव (एचआईपी) एक निर्माण प्रक्रिया है, जिसका उपयोग धातुओं की सरंध्रता को कम करने और कई सिरेमिक सामग्रियों के घनत्व को बढ़ाने के लिए किया जाता है। यह पदार्थ के यांत्रिक गुणों और कार्य क्षमता में सुधार करता है।[19]एचआईपी प्रक्रिया सीलबंद पोत (उच्च दबाव) में समस्थैतिक गैस दबाव के साथ-साथ उच्च तापमान के लिए वांछित पदार्थ को उजागर करती है। इस प्रक्रिया के दौरान उपयोग की जाने वाली गैस ज्यादातर आर्गन होती है। गैस को रासायनिक रूप से निष्क्रिय होना चाहिए जिससे कि इसके और नमूने के बीच कोई प्रतिक्रिया न हो। दबाव केवल भली भांति बंद बर्तन में गर्मी लगाने से प्राप्त होता है। चूंकि, कुछ प्रणालियाँ आवश्यक दबाव स्तर को प्राप्त करने के लिए गैस पंपिंग को प्रक्रिया से जोड़ती हैं। पदार्थ पर लगाया गया दबाव समान होता है और सभी दिशाओं से आता है (इसलिए शब्द "समस्थैतिक")।[20] जब संचकन को एचआईपी के साथ इलाज किया जाता है, तो गर्मी और दबाव का एक साथ उपयोग प्लास्टिक विरूपण, सरकन और प्रसार बंधन के संयोजन के माध्यम से आंतरिक रिक्तियों और सूक्ष्मरंध्रता को समाप्त करता है, यह प्रक्रिया घटक के थकान प्रतिरोध में सुधार करती है।[21]

यह भी देखें


संदर्भ

  1. ↑ Adapted from ASM Metals Handbook, Ninth Edition, v. 9, "Metallography and Microstructures", American Society for Metals, Metals Park, OH, 1985, p. 12.
  2. ↑ Sanei, Seyed Hamid Reza; Fertig, Ray S. (2015). "स्थानीय फाइबर वॉल्यूम अंश भिन्नता के आधार पर माइक्रोस्ट्रक्चर के स्टोकेस्टिक मॉडलिंग के लिए असंबद्ध मात्रा तत्व". Composites Science and Technology. 117: 191–198. doi:10.1016/j.compscitech.2015.06.010.
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 Sanei, Seyed Hamid Reza; Barsotti, Ercole J.; Leonhardt, David; Fertig, Ray S. (2017). "समग्र माइक्रोस्ट्रक्चर की विशेषता, सिंथेटिक पीढ़ी और सांख्यिकीय तुल्यता". Journal of Composite Materials. 51 (13): 1817–1829. Bibcode:2017JCoMa..51.1817S. doi:10.1177/0021998316662133. S2CID 138768783.
  4. ↑ Sanei, Seyed Hamid Reza; Fertig, Ray S. (2016). "समग्र प्रीपरग से निकाले गए एपॉक्सी मापांक में परिवर्तनशीलता की लंबाई-पैमाने पर निर्भरता". Polymer Testing. 50: 297–300. doi:10.1016/j.polymertesting.2015.12.015.
  5. ↑ Cui, Shaoqing; Fu, Jinlong; Cen, Song; Thomas, Hywel R.; Li, Chenfeng (October 2021). "विषम सामग्री के सांख्यिकीय वर्णनकर्ताओं के बीच संबंध". Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 384: 113948. Bibcode:2021CMAME.384k3948C. doi:10.1016/j.cma.2021.113948.
  6. ↑ Tahmasebi, Pejman (2018-02-20). "सटीक मॉडलिंग और जटिल सामग्रियों में माइक्रोस्ट्रक्चर का मूल्यांकन". Physical Review E. 97 (2): 023307. Bibcode:2018PhRvE..97b3307T. doi:10.1103/PhysRevE.97.023307. PMID 29548238.
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  8. ↑ Tahmasebi, Pejman; Sahimi, Muhammad (2018-06-29). "मॉडलिंग जटिल दानेदार सामग्री के लिए एक स्टोचैस्टिक मल्टीस्केल एल्गोरिथम". Granular Matter. 20 (3). doi:10.1007/s10035-018-0816-z. ISSN 1434-5021. S2CID 85549903.
  9. ↑ Fu, Jinlong; Cui, Shaoqing; Cen, Song; Li, Chenfeng (January 2021). "गहरे तंत्रिका नेटवर्क का उपयोग करके विषम सूक्ष्म संरचनाओं का सांख्यिकीय लक्षण वर्णन और पुनर्निर्माण". Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 373: 113516. Bibcode:2021CMAME.373k3516F. doi:10.1016/j.cma.2020.113516. S2CID 228892100.
  10. ↑ Fu, Jinlong; Xiao, Dunhui; Li, Dongfeng; Thomas, Hywel R.; Li, Chenfeng (February 2022). "मशीन लर्निंग-आधारित लक्षण वर्णन का उपयोग करके 2डी क्रॉस-सेक्शनल इमेज से 3डी माइक्रोस्ट्रक्चर का स्टोकेस्टिक पुनर्निर्माण". Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. 390: 114532. Bibcode:2022CMAME.390k4532F. doi:10.1016/j.cma.2021.114532. S2CID 245888532.
  11. ↑ Tahmasebi, Pejman (2018-02-20). "सटीक मॉडलिंग और जटिल सामग्रियों में माइक्रोस्ट्रक्चर का मूल्यांकन". Physical Review E. 97 (2): 023307. Bibcode:2018PhRvE..97b3307T. doi:10.1103/physreve.97.023307. ISSN 2470-0045. PMID 29548238.
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  21. ↑ Larker, H. T.; Larker, R., Hot isostatic pressing. Materials Science and Technology 1991.


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