مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

بهینه‌سازی ساختاری سرامیک‌های کوردیریتی ساخته‌شده از پلیمر وپودر TiO2 به روش پرس ایزواستاتیک سرد

نوع مقاله : مقاله یادداشت پژوهشی

نویسندگان
حمیدرضا زارعی 1
لقمان نمکی قره ناو 2
اکبر چراغی 3
1 دانشیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، تهران، ایران
2 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، سمنان، ایران
3 استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران، تهران، ایران
10.30501/jamt.2021.256496.1140
چکیده
سرامیک­ های کوردیریتی از جمله سرامیک ­هایی هستند که از ترکیب اکسیدهای آلومینیوم، منیزیوم و سیلیسیوم به ­دست می‌آیند. باتوجه ‌به این‌که سرامیک ­های کوردیریتی دارای ویژگی هایی نظیر ضریب انبساط حرارتی بسیار کم، ثابت دی‌الکتریک پایین، چگالی پایین، سختی بالا، ضریب تلفات کم، دیرگدازی و پایداری شیمیایی و مکانیکی مناسبی هستند، می ­توان از آن­ها برای کاربرد در دماهای بالا و ساخت ابزار استفاده نمود. در این پژوهش، برای ساخت نمونه آزمایشگاهی سرامیک کوردیریتی، از روش سنتز حالت جامد پودرهای اکسیدی و رزین سیلیکونی و در ادامه، روش پرس ایزواستاتیک سرد، برای تولید محصولی با تراکم یکنواخت استفاده شد. آزمون‌های فازیابی پراش پرتو ایکس، تعیین چگالی، ریز‌‎سختی سنجی، استحکام خمشی و تعیین ثابت دی­الکتریک روی نمونه ­ها انجام شد. نتایج نشان داد که فاز α-کوردیریت سنتز شده است و دارای چگالی 5/2 گرم بر   سانتیمتر­مکعب، سختی 6/1151 ویکرز، استحکام خمشی 6 ± 4/131 مگا­پاسکال، ثابت دی‌الکتریک 15/3 و تانژانت اتلاف 0048/0 در محدوده بسامد 5/12-8 گیگاهرتز است.
کلیدواژه‌ها
کوردیریت
خواص مکانیکی
پرس ایزواستاتیک سرد
اکسید تیتانیوم

موضوعات

عنوان مقاله English

Structural Optimization of Cordierite Ceramics Prepared via Cold Isostatic Pressing of Polymer and TiO2

نویسندگان English

Hamid Reza Zareie 1
Loghman Namaki Gharenav 2
Akbar Cheraghi 3
1 Associate Professor, Department of Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Tehran, Iran
2 M. Sc., Department Chemical and Materials Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Semnan, Iran
3 3 Aerospace Engineering, Shahid Sattari Aeronautical University of Science and Technology, Tehran, Tehran, Iran
چکیده English

Cordierite ceramics are ceramics obtained from a combination of aluminum, magnesium, and silicon oxides. Given that cordierite ceramics have properties such as very low thermal expansion coefficient, low dielectric constant, low density, high hardness, low loss ratio, refractoriness, and good chemical and mechanical stability, they can be used for high temperature applications and tool making. In this study, solid-state synthesis method using oxide powders and silicone resin, followed by cold isostatic press (CIP) method was applied to produce cordierite ceramic with uniform density. Phase detection by X-ray diffraction and determination of density, microhardness, flexural strength, and dielectric constant was performed. The results showed that the α-cordierite phase was synthesized with a density of 2.5 gr/cm-3, hardness of 1151.6 HV, flexural strength of 131.4 ± 6 MPa, dielectric constant of 3.15, andloss tangent of 0.0048 in the frequency range of 8-12.5 GHz.

کلیدواژه‌ها English

Cordierite
Mechanical Properties
Cold Isostatic Press
TiO2
  1. El-Buaishi, N. M., Janković-Častvan, I., Jokić, B., Veljović, D., Janaćković, D., Petrović, R., "Crystallization behavior and sintering of cordierite synthesized by an aqueous sol-gel route", Ceramics International, Vol. 38, No. 3, (2012), 1835-1841. https://doi.org/1016/j.ceramint.2011.10.008
  2. Tang, B., Fang, Y. W., Zhang, S. R., Ning, H. Y., Jing, C. Y. , "Preparation and characterization of cordierite powders by water-based sol-gel method", Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, Vol. 18, No. 3, (2011), 221-226. https://www.researchgate.net/publication/285532678_Preparation_and_characterization_of_cordierite_powders_by_water-based_sol-gel_method
  3. Chowdhury, A., Maitra, S., Das, H. S., Sen, A., Samanta, G. K., Datta, P., Helmers, H., Lustenhouwer, W. J., "Synthesis, properties and applications of cordierite ceramics, Part 2", InterCeram: International Ceramic Review, Vol. 24, No. 2, (2007), 245-248. https://doi.org/10.1144/sjg24030245
  4. Zhou, E., Dong, Y., Hampshire, S., Meng, G., "Utilization of sepiolite in the synthesis of porous cordierite ceramics", Applied Clay Science, Vol. 52, No. 3, (2011), 328-332. https://doi.org/10.1144/sjg24030245
  5. Radev, L., Samuneva, B., Mihailova, I., Pavlova, L., Kashchieva, E., "Sol-gel synthesis and structure of cordierite/tialite glass-ceramics", Processing and Application of Ceramics, Vol. 3, No. 3, (2009), 125-130. https://doi.org/10.2298/PAC0903125R
  6. Parcianello, G., "Advanced ceramics from preceramic polymers and fillers", Doctoral dissertation, University of Padua, (2011). http://www.paduaresearch.cab.unipd.it/4600
  7. De Aza, S., Espinosa de los Monteros, J., "Materiales cerámicos de cordierita", Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, Vol. 6, No. 6, (1967), 731-744. http://www.boletines.secv.es/upload/196706731.pdf
  8. Benito, J. M., Turrillas, X., Cuello, G. J., De Aza, A. H., De Aza, S., Rodríguez, M. A., "Cordierite synthesis: A time-resolved neutron diffraction study", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 32, No. 2, (2012), 371-379. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2011.09.010
  9. Zhang, L., "Foam and bulk cordierite ceramics: Preparation, characterization and modelling", Master Thesis, Universidade de Aveiro, (2010). http://www.hdl.handle.net/10773/3526
  10. Yalamaç, E., "Preparation of fine spinel and cordierite ceramic powders by mechano-chemical techniques", M. Sc. Thesis, (2004). https://www.gcris.iyte.edu.tr/handle/11147/3292
  11. Bernardo, E., Fiocco, L., Parcianello, G., Storti, E., Colombo, P., "Advanced ceramics from preceramic polymers modified at the nano-scale: A review", Materials, Vol. 7, No. 3, (2014), 1927-1956. https://doi.org/10.3390/ma7031927
  12. Colombo, P., Bernardo, E., Parcianello, G., "Multifunctional advanced ceramics from preceramic polymers and nano-sized active fillers", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 33, No. 3, (2013), 453-469. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2012.10.006
  13. Yalamaç, E., Akkurt, S., "Additive and intensive grinding effects on the synthesis of cordierite", Ceramics International, Vol. 32, No. 7, (2006), 825-832. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2005.06.006
  14. Goren, R., Gocmez, H., Ozgur, C., "Synthesis of cordierite powder from talc, diatomite and alumina", Ceramics International, Vol. 32, No. 4, (2006), 407-409. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2005.03.016
  15. Goren, R., Ozgur, C., Gocmez, H., "The preparation of cordierite from talc, fly ash, fused silica and alumina mixtures", Ceramics International, Vol. 32, No. 1, (2006), 53-56. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2005.01.001
  16. Wu, J., Hwang, S., "Effects of (B2O3, P2O5) additives on microstructural development and phase‐transformation kinetics of stoichiometric cordierite glasses", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 83, No. 5, (2000), 1259-1265. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01364.x
  17. Oliveira, F. A. C., Fernandes, J. C., "Mechanical and thermal behaviour of cordierite–zirconia composites", Ceramics International, Vol. 28, No. 1, (2002), 79-91. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(01)00061-X
  18. Belous, A. V., Marikkannan, S. K., Ayyasamy, E. P., Belous, A. V., Marikkannan, S. K., Ayyasamy, E. P., "Synthesis, characterisation and sintering behaviour influencing the mechanical, thermal and physical properties of cordierite-doped TiO2", Journal of Materials Research and Technology, Vol. 2, No. 3, (2013), 269-275. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2013.03.016
  19. Koizumi, M., "Hot isostatic pressing theory and applications", Proceedings of Third International Conference on Hot Isostatic Pressing, Osaka, Japan, (1991). https://doi.org/10.1007/978-94-011-2900-8
  20. "Technologies and Applications || KOBE STEEL, LTD". https://www.kobelco.co.jp/english/products/ip/technology/cip.html
  21. Le, T. T., Valdez-Nava, Z., Lebey, T., Mazaleyrat, F., "Influence of cold isostatic pressing on the magnetic properties of Ni-Zn-Cu ferrite", AIP Advances, Vol. 8, No. 4, (2018), 47-54. https://doi.org/10.1063/1.4994210
  22. Parcianello, G., Bernardo, E., Colombo, P., "Cordierite ceramics from silicone resins containing nano-sized oxide particle fillers", Ceramics International, Vol. 39, No. 8, (2013), 8893-8899. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.04.083
  23. Zareie, H. R., Namaki Gharenav, L., Cheraghi, A., "Fabrication of cordierite glass ceramic with the use of silicone resin and investigating its mechanical properties", Journal of Advanced Materials and Technologies, 9, No. 2, (2020), 60-68. https://doi.org/10.30501/jamt.2020.204979.1051

 

 

مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 10، شماره 3
پاییز 1400
صفحه 35-44

  • تاریخ دریافت 25 آبان 1399
  • تاریخ بازنگری 07 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش 25 آبان 1400