مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

بررسی ساخت وخواص کامپوزیت‌های بر پایه آلومینا به روش سنتز خود احتراقی در سیستم Al - ZrO2 (ZrSiO4)- B2O3 (TiO2)- C

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه یزد-دانشکده معدن و متالورژی
2 دانشکده معدن و متالورژی - متالورژی صنعتی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
3 دانشکاه یزد-دانشکده معدن و متالورژی
چکیده
در این مطالعه تاثیر ترکیب مواد اولیه بر خواص مکانیکی، نمونه‌های مختلف کامپوزیتی بر پایه آلومینا-زیرکونیا به روش سنتز خود احتراقی در سیستم‌های مختلف واکنش آلومینوترمیک مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در این تحقیق، نخست مخلوط‌‌های متفاوت از مواد اولیه براساس سیستمهای یاد شده همگن‌سازی شده و مطالعات اولیه آنالیز حرارتی افتراقی بر روی آنها انجام گرفت. بر اساس نتایج بدست آمده، نمونه‌ها مورد زینتر پلاسمای جرقه‌ای در شرایط فشار 45 مگاپاسکال، سیکل حرارتی با نرخ حرارت‌دهی 150 درجه سانتیگراد بر دقیقه و مدت زینتر حدود 5 دقیقه در دمای 1400 درجه سانتیگراد قرار گرفتند. در ادامه، مشاهدات ریزساختاری، تعیین ترکیب فازی و اندازه‌گیری خواص فیزیکی (چگالی، تخلخل) و مکانیکی (سختی، استحکام و چقرمگی) برای نمونه‌های زینتر شده انجام شد. مطابق نتایج آنالیز حرارتی برای سیستم‌های مورد بررسی، واکنش‌های خود احتراقی بعد از ذوب آلومینیم شدت گرفته و پیک‌های مربوط به آنها در منحنی‌های مربوطه ظاهر شده است. به طوری که در دمای 700 درجه سانتیگراد برای سیستم Al-ZrO2-B2O3-C و دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد برای سیستم Al-ZrSiO4-B2O3-C شدت احتراق به اوج خود می رسد. نتایج ترکیب فازی نشان دهنده شکل‌گیری فازهای مختلف آلومیناید زیرکونیم، دی سیلیسید و دی بورید زیرکنیم، انواع کاربیدهای بور، زیرکونیم و سیلیسیم و تیتانات آلومینیم بسته به نوع سیستم در زمینه‌ی آلومینا است. برای نمونه‌های زینتر شده توسط زینتر قوس پلاسما در سیستم Al-ZrSiO4-B2O3-C با بالاترین چگالی نسبی (92%) و داشتن ریزساختار همگن تر نسبت به دو سیستم دیگر بالاترین خواص مکانیکی (سختی 1159 ویکرز، استحکام خمشی 5/271 مگاپاسکال و چقرمگی (MPa.m1/2 76/8) حاصل شده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Fabrication and characterization of alumina-based composites by self-combustion synthesis method in the Al-ZrO2 (ZrSiO4)- B2O3 (TiO2)- C system

نویسندگان English

Samane shamahmoodi 1
Mahdi Kalantar 2
masoud moshrefifar 3
1 Department of mining and metallurgical engineering
2 Department of Mining and Metallugical Engineering - Industrial Metallurgy, Yazd university, Yazd, Iran
3 Department of mimning and metallurgical engineering
چکیده English

In this study, the fabrication of alumina-based composites (in situ) in the Al-ZrO2(ZrSiO4)-B2O3(TiO2)-C system was carried out by self-combustion synthesis method. In this research, first, different mixtures of raw materials based on the type of system were homogenized and then differential thermal analysis studies were conducted on them. Based on the obtained results, the samples were subjected to spark plasma sintering at pressure of 45 MPa, heating rate of 150 °C/min, and a sintering time of about 5 minutes at the temperature of 1400 °C. The sintered samples were characterized by microstructural observations, determination of phase composition and measurements of physical (density, porosity) and mechanical (hardness, strength, and toughness) properties. According to the results of thermal analysis, for all studied systems, alumino-thermic reactions intensify after melting of aluminum and their corresponding peaks have been appeared and at a temperature of 700 °C for the Al-ZrO2-B2O3-C system and a temperature of about 1000 °C for the Al-ZrSiO4-B2O3-C system, the combustion intensity reaches its maximum. Different compounds of zirconium aluminide, diboride and disilicide, boron, zirconium and silicon carbide and aluminum titanate are formed in the alumina matrix depending on the type of system. For sintered samples by spark plasma sintering in the Al-ZrSiO4-B2O3-C system with the highest relative density (92%) and having a more homogeneous microstructure than the other two systems, the highest mechanical properties (Vickers hardness of 1159, flexural strength of 271.5 MPa and toughness of 8.76 MPa.m1/2) were obtained

کلیدواژه‌ها English

Aluminothermic self-combustion synthesis
microstructure
phase composition
mechanical properties

  • تاریخ دریافت 12 آذر 1404
  • تاریخ بازنگری 07 اسفند 1404
  • تاریخ پذیرش 29 خرداد 1405