بررسی تاثیر افزودنی نانو لوله کربنی و روش سینتر بر ریز ساختار و خواص مکانیکی نانو کامپوزیت Si3N4-CNT Al-

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

پژوهشگاه مواد و انرژی

چکیده

در این پژوهش از پودر‌ اولیه آلومینیوم به عنوان فاز زمینه کامپوزیت همراه با ذرات نیترید سیلیسیوم به میزان 5، 10 و 15 درصد وزنی و نانو لوله کربنی با درصد وزنی ثابت (25/0% وزنی) استفاده شد. پودرهای مورد نظر با درصد وزنی مشخص در دستگاه اسپکس با هم مخلوط شدند. سپس یک سری از نمونه های تهیه شده تا دمای 400 درجه سانتی گراد و مدت زمان نگهداری 5 دقیقه به کمک پلاسمای جرقه یی سینتر شدند، همچنین یک سری دیگر از نمونه ها بعنوان نمونه های استحکام توسط پرس تک محور در فشار 250 مگاپاسکال شکل داده شدند و در دماهای 600، 700و 800 درجه سانتیگراد در کوره مایکروویو به مدت یک دقیقه در بستر گرافیت سینتر شدند. نتایج حاصل از ارزیابی نمونه ها، نشان می‌دهد افزودن ذرات نیترید سیلسیوم به میزان 15 درصد وزنی بدون و به همراه نانو لوله های کربنی موجب افزایش استحکام خمشی کامپوزیت زمینه آلومینیوم درکوره مایکروویو در دمای 700 درجه سانتیگراد به میزان 179مگاپاسکال و212مگاپاسکال به ترتیب، می‌شود. همچنین استحکام نمونه های سینتر شده توسط پلاسمای جرقه ای در دمای 400 درجه سانتیگراد با ترکیب 15 درصدوزنی نیترید سیلسیوم بدون نانولوله های کربنی و به همراه نانولوله های کربنی به ترتیب 249 و 285 مگاپاسکال بدست آمد. نمونه‌های سینتر شده با استفاده از روش پلاسمای جرقه یی شده (sps) به دلیل اعمال فشار و دما به صورت همزمان ، ریزساختار همگن‌تر و چگالی نسبی بیشتری را نسبت به نمونه‌های سینتر شده در کوره مایکروویو از خود نشان ‌می‌دهند؛

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of addition of CNT and Sintering Process on microstructure and mechanical properties of Al-Si3N4-CNT nano Copmposite

چکیده [English]

In this research, we investigated the effect of addition of carbon nanotube (CNT) and sintering processes on mechanical properties of Al- Si3N4 composites. For this purpose difference samples including 5, 10and 15 wt% of Si3N4 with and without 0.25 wt% CNT were fabricated. Samples were sintered via microwave and spark plsma sintering (SPS) methods. Sintering of samples were done at 400°C and 600, 700, 800 °C for spark plasma sinterng process and microwave, respectively. The results showed that the bending strength of samples including 15% Si3N4 with and without CNT that sintered in microwave have maximum value 179 MPa and 212 MPa respectively. Also the bending strength of samples including 15% Si3N4 with and without CNT that sintered in SPS have maximum value 249 MPa and 285 MPa respectively and these samples have higher density than other samples.Also, results showed that the samples that sintered in sps had maximum density and uniformity structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • Si3N4
  • CNT
  • SPS
  • Microwave
     W. M. Khairaldien, A. A. Khalil, and M.     R. Bayoumi, “Production of aluminum-silicon carbide composites using powder metallurgy at sintering temperatures above the aluminum melting point,” Journal of Testing and Evaluation, 2007,35(6), 655-667.

2.      B. Hekner, J. Myalski, T. Pawlik, and M. Sopicka-Lizer, “Effect of carbon in fabrication Al-SiC nanocomposites for tribological application,” Materials, 2017,10,(6), 679.

3.      J. Echeberria, N. Rodríguez, J. Vleugels, K. Vanmeensel, A. Reyes-Rojas, A. Garcia-Reyes, C. Dominguez-Rios, A. Aguilar-Elguezabal, and M. H. Bocanegra-Bernal, “Hard and tough carbon nanotube-reinforced zirconia-toughened alumina composites prepared by spark plasma sintering,” Carbon, 2012, 50, (2), 706-7,17.

4.      M. Naranjo, J. A. Rodrıguez, and E. J. Herrera, “Sintering of Al/AlN composite powder obtained by gas–solid reaction milling,” Scripta materialia, 2003, 49, (1), 65-69.

5.      L. M. Tham, M. Gupta, and L. Cheng, “Effect of limited matrix–einforcement interfacial reaction on enhancing the mechanical properties of aluminium–silicon carbide composites,” Acta Materialia, 2001, 49,(16), 3243-3253.

6.      L. Mouradoff, P. Tristant, J. Desmaison, J. C. Labbe, M. Desmaison-Brut, and R. Rezakhanlou, "Interaction between liquid aluminium and non-oxide ceramics (AlN, Si3N4, SiC)." 177-188.

7.      Z.-y. Xiu, G.-q. Chen, G.-h. Wu, W.-s. Yang, and Y.-m. Liu, “Effect of volume fraction on microstructure and mechanical properties of Si3N4/Al composites,” Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2011, 21, 285-s289.

8.      E. Ghasali, M. Alizadeh, and T. Ebadzadeh, “Mechanical and microstructure comparison between microwave and spark plasma sintering of Al–B4C composite,” Journal of Alloys and Compounds, 2016, 655, 93-98.

9.      A. K. Srivastava, C. L. Xu, B. Q. Wei, R. Kishore, and K. N. Sood, “Microstructural features and mechanical properties of carbon nanotubes reinforced aluminum-based metal matrix composites,” Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 2008. 15, (3), 247-255.

10.    A. Esawi, and K. Morsi, “Dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in aluminum powder,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2007, 38, (2), 646.-650.

11.    C. He, N. Zhao, C. Shi, X. Du, J. Li, H. Li, and Q. Cui, “An approach to obtaining homogeneously dispersed carbon nanotubes in Al powders for preparing reinforced Al‐matrix composites,” Advanced Materials, 2007,19, (8), pp. 1128-1132.