17483

17483

سنتز پودر كامپوزيتي ZrO2-SiC به روش احياي كربوترمال و بررسي پارامترهاي مؤثر بر آن

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

ارديبهشت ماه 1396

دكتر فرهاد گلستاني فرد - دكتر رحيم نقي زاده

مواد و متالورژي

زيركونيا (ZrO2) به عنوان يك سراميك مهندسي، بدليل داشتن تلفيق ويژه¬اي از خواص نوري، الكتريكي، مكانيكي، حرارتي و شيميايي توجه زيادي را به خود جلب كرده¬ است. بررسي¬ها نشان داده است كه كامپوزيت سازي زيركونيا با كاربيد سيليسيم مي¬تواند سبب ارتقاء خواص مكانيكي (استحكام، چقرمگي و سختي) آن بويژه در دماهاي بالا شود. احياي كربوترمال زيركن (ZrSiO4) بدليل سادگي و كم هزينه بودن روشي مؤثر براي سنتز پودرهاي كامپوزيتي زيركونيا-كاربيد سيليسيم با توزيع كاملاً يكنواخت و در مقياس وسيع است. در اين پروژه پودرهاي كامپوزيتي زيركونيا-كاربيد سيليسيم (فايبر) به روش احياي كربوترمال و با استفاده از مواد اوليه¬ي ارزان قيمت و صنعتي زيركن و كربن فعال سنتز شدند. مواد اوليه پس از مخلوط سازي در بالميل به نمونه¬هاي قرصي شكل با قطر Cm5/2 و ضخامت Cm5/0 پرس شدند؛ نمونه¬ها در بوته¬هاي آلومينايي قرار داده شدند و در بستر كربني تحت حرارت دهي قرار گرفتند. عوامل مؤثر بر فرايند احيا شامل دماي سنتز(°C1450-1650 هر 50 درجه)، زمان سنتز(3، 4 و 6 ساعت) و مقدار كربن(نسبت¬هاي مولي كربن به زيركن برابر با 3، 4، 5، 6 و 10) مورد بررسي قرار گرفتند. محصولات سنتز شده بوسيله¬ي آناليز پراش اشعه ايكس (XRD) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) تحت بررسي قرار گرفتند. نتايج XRD نشان داد كه در اثر بستر كربني مقداري فاز اكسي نيتريد سيليسيم (Si2N2O) در نمونه¬ها تشكيل مي¬شود كه مقدار آن در نمونه¬ها تقريباً ثابت است. بهينه شرايط براي سنتز پودرهاي كامپوزيتي با حداكثر مقدار كاربيد سيليسيم، نسبت مولي كربن به زيركن 5 (و يا 6) و دماي °C1650 به مدت 6 ساعت تعيين شد. نانو پودر ايتريا در مقادير 3، 5، 8 و 10 درصد وزني به مخلوط مواد اوليه اضافه شد و مشخص گرديد كه افزودن ايتريا مي¬تواند سبب پايدارسازي زيركونيا به شكل تتراگونال و يا مكعبي در حين فرايند احياي كربوترمال شود. نتايج SEM نشان دادند كه پودرهاي سنتز شده توزيع يكنواختي از زيركونيا و كاربيد سيليسيم داشته و كاربيد سيليسيم تشكيل شده به شكل فايبر (ويسكر) است.

1396/03/27

1/1/1900 12:00:00 AM

Zirconia (ZrO2), as an engineering ceramic, because of special combination of optical, electrical, mechanical, thermal and chemical properties has attracted much attention. Studies have shown that composite making of zirconia with silicon carbide could improve it's mechanical properties (strength, toughness and hardness) especially at high temperatures. Due to the simplicity and low cost, Zircon (ZrSiO4) carbothermal reduction, is an effective method for the synthesis of zirconia-silicon carbide composite powders with uniform distribution and large-scale production. In this project, zirconia-silicon carbide (whisker) composite powders were synthesized by carbothermal reduction method, and inexpensive and industrial zircon with activated carbon have used as raw materials. Raw materials were mixed in ball mill and then were pressed in pellet form with 2.5Cm diameter and 0.5Cm thickness; The samples were placed in alumina crucibles and the crucibles were immerged in carbon and heated in furnace. Factors affecting the process includes the synthesis temperature (1450-1650 °C every 50 degrees), synthesis time (3, 4 and 6 hours) and carbon molar ratio (carbon to zircon molar ratios equal to 3, 4, 5, 6 and 10) were examined. Synthesized products were investigated using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis. XRD results showed that because of the carbon bed, some silicon oxynitride (Si2N2O) phase was formed in the samples which it's value is nearly constant in the samples. Optimum conditions for the synthesis of composite powders with a maximum amount of silicon carbide was achieved in carbon to zircon molar ratio 5 (or 6) and temperature 1650 °C for 6 hours. Yttria nanopowder in amounts of 3, 5, 8 and 10 wt% was added to the raw material mixture and it was found that the addition of yttria could stabilized zirconia in the form of tetragonal or cubic during the reduction process. SEM results showed that the synthesized powders have uniform distribution of zirconia and silicon carbide and formed silicon carbide is in the fiber (whiskers) form.