نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، مجتمع علم مواد و مواد پیشرفته الکترومغناطیس، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، اصفهان، ایران
2 دانشیار، مجتمع علم مواد و مواد پیشرفته الکترومغناطیس، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، اصفهان، ایران
3 استادیار، مجتمع علم مواد و مواد پیشرفته الکترومغناطیس، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، اصفهان، ایران
4 دکتری، شرکت گسترش کاربرد باریکه الکترون، سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران
چکیده
در این پژوهش، سرامیک آلومینای شفاف با فرایند تف جوشی جرقه ای پلاسما (SPS) تولید شد. دراین‌راستا، در تحقیق حاضر، فرایند تولید این سرامیک ها با استفاده از روش رسوب شیمیایی در حضور کمک تف جوش های نیترات منیزیم و نیترات لانتانیوم و با استفاده از پودر آلفا-آلومینا با اندازه ذرات (200 و 1000 نانومتر) انجام شد. دوغاب حاصل از پودر آلومینا، نیترات منیزیم و نیترات لانتانیوم، در دمای 80 درجه سلسیوس خشک شد و کلسیناسیون در 800 درجه سلسیوس انجام شد. به این منظور، سوسپانسیون از نانوذرات آلومینا با ppm 100 اکسید منیزیم و ppm 100 اکسید لانتانیوم با استفاده از نمک های نیترات منیزیم و نیترات لانتانیوم تولید شدند. به‌منظور ارزیابی خواص ساختاری و ریزساختاری پودرهای تولیدشده، بر روی نمونه‌ها آزمون های پراش پرتوی ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM) انجام شد. تف جوشی در دمای 1500 درجه سلسیوس، مدت زمان نگهداری 15 دقیقه و فشار 70 مگاپاسکال انجام شد. آزمون عبور نور مادون قرمز نشان داد که در حضور کمک تف جوش های اکسیدهای منیزیم و لانتانیوم، عبور نور در نمونه 200 نانومتر، 65 درصد حاصل شد. نمونه 1000 نانومتر SPS شده، از شفافیت بسیار کمی برخوردار شد و دانسیته بالک این نمونه 96 درصد دانسیته تئوری آلفا-آلومینا را شامل شد. از سوی دیگر، حضور کمک تف جوش ها به واسطه افزایش چگالی نمونه ها و نیز جلوگیری از رشد دانه در مرحله تف جوشی سبب ایجاد شفافیت در سرامیک تولیدی شد. به‌منظور تعیین سازوکار کمک تف جوش ها آنالیز EDS-Line انجام شد و نشان داد که اکسید لانتانیوم در مرزدانه های آلومینا قرار گرفته و از رشد دانه آلومینا در طی تفجوشی ممانعت کرده است و اکسید منیزیم با تشکیل شبکه اسپینل افزایش چگالی آلفا-آلومینا را درپی داشته است و همین سازوکار منجر به شفافیت در نمونه ها شده است. همچنین، تنظیم pH و عملیات کلسیناسیون در روش رسوب شیمیایی منجر به افزایش عبور نور مادون قرمز از 60 به 65 درصد در عدد موجی1/cm 1550 شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
The Effect of pH and Calcination on the Optical Transmittance of SPS Alumina Ceramics
نویسندگان [English]
- Masoumeh Shahriari Kallemasihi 1
- Mohammad Reza Loghman Estarki 2
- Hojjatollah Mansouri 3
- Hossein Jamali 3
- Mehran Sardarian 4
1 Ph. D. Student, Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Shahin Shahr, Isfahan, Iran
2 Associate Professor, Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Shahin Shahr, Isfahan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Shahin Shahr, Isfahan, Iran
4 EBAD Company, Iranian Research Organization for Science Technology (IROST), Tehran, Iran.
چکیده [English]
In this research, transparent alumina ceramic was synthesized through the Spark Plasma Sintering (SPS) process. In this respect, its chemical deposition in the presence of Magnesium Nitrate and Lanthanum Nitrate, as the sintering agents, was surveyed. For this purpose, two types of alpha alumina powders (200 and 1000 nm) were used to prepare samples containing 100 ppm Magnesium Oxide and 100 ppm Lanthanum Oxide. In the chemical deposition process, the pH factors were compared, and the absence of powder calcination was investigated. In order to evaluate the phases, the samples were compared before and after SPS using X-Ray Diffraction (XRD) analysis, and deliberation of the microstructure was done using Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) analysis. Further, SPS was performed at 1500 °C at the rate of 50 °C/min under the pressure of 70 MPa for 15 min. The results of the IR transmittance test showed that the pH was adjusted and calcination was performed in 65 % of the 200-nm sample. EDS-Line analysis was then done to determine the mechanism of the sintering aids. The obtained results revealed the placement of Lanthanum oxide along the Alumina grain boundaries and the exclusion of the growth of Alumina grains during the sintering process while Magnesium oxide formed a spinel lattice to increase the density of alpha Alumina. Of note, pH adjustment and calcination reaction had significant effects on the enhanced transparency of the samples produced through the chemical deposition process.
کلیدواژه‌ها [English]
- Alumina
- Chemical Deposition
- Transparency
- Transmission
- Sintering Aid
- Abbaszadeh, H., Rahmani, A., Asghari, Z., "Preparation of translucent ceramic from Al2O3 nanopowder by pressureless sintering method", Iranian Journal of Ceramic Science & Engineering, Vol. 2, No. 1, (2013), 17-23. https://civilica.com/doc/1206444
- Parikh, B., "Alumina ceramics: Engineering applications and domestic market potential", Transactions of the Indian Ceramic Society, Vol. 54, No. 5, (1995), 179-184. https://doi.org/10.1080/0371750X.1995.10804716
- Wang, S. F., Zhang, J., Luo, D. W., Gu, F., Tang, D. Y., Dong, Z. L., Tan, G. E., Que, W. X., Zhang, T. S., Li, S., Kong, L. B., "Transparent ceramics: Processing, materials and applications", Progress In Solid State Chemistry, 41, No. 1-2, (2013), 20-54. https://doi.org/10.1016/j.progsolidstchem.2012.12.002
- Stuer, M., Zhao, Z., Aschauer, U., Bowen, P., "Transparent polycrystalline alumina using spark plasma sintering: Effect of Mg, Y and La doping", Journal of the European Ceramic Society, Vol, 30, No. 6, (2010), 1335-1343. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2009.12.001
)