17741

17741

بررسي عوامل موثر بر ساخت قطعات متخلخل آلومينايي به روش ريخته گري ژلي به كمك نشاسته

كارشناسي ارشد

سراميك

خرداد 1396

دكتر حسين سرپولكي

مواد و متالورژي

بدنه هاي متخلخل آلومينايي، به دليل خواص منحصر به فردي هم چون سطح ويژه ي بالا، هدايت حرارتي پايين، مقاومت به شوك حرارتي بالا و... توجه زيادي را به خود جلب كرده اند. به دليل اين خواص ويژه، اين بدنه ها در ساخت ممبران ها، فيلترها، پايه هاي كاتاليست ها، مواد عايق حرارتي، پوشش ها، بيوسراميك ها و... مورد استفاده قرار مي گيرند. روش ريخته گري ژلي به كمك نشاسته، به عنوان روش نوين شكل دهي بدنه هاي متخلخل، به دليل اين كه روشي ارزان، غيرسمي و دوستدار محيط زيست بوده و امكان شكل دهي شكل هاي پيچيده، امكان كنترل تخلخل و درصد تخلخل به وسيله ي نوع نشاسته ي انتخاب شده و... را فراهم مي آورد، در اين تحقيق مورد استفاده قرار گرفته شده است. در اين تحقيق، دوغاب هاي حاوي 5/60، 63 و 5/65% وزني آلومينا (به ترتيب حاوي 5/7، 5 و 5/2% وزني نشاسته) به وسيله ي اين روش آماده گرديدند. هم چنين، نمونه ي حاوي 5% وزني نشاسته به عنوان نمونه ي بهينه انتخاب گرديده و به منظور بهبود خواص مكانيكي آن، 5/2، 5 و 5/7% وزني دوغاب، سيليس كلوئيدي به نمونه هاي حاوي 5% وزني نشاسته افزوده شد. پس از ژله اي شدن دوغاب ها به مدت 2 ساعت در دماي oC86 و خشك كردن نمونه ها، آن ها به مدت 1 ساعت در دماهاي oC 1400، 1450 و 1500 زينتر شدند. پس از زينتر، چگالي كلي، درصد تخلخل و درصد جذب آب (به روش ارشميدس)، استحكام فشاري (CCS)، ريزساختار (SEM)، الگوي پراش اشعه ي ايكس (XRD) و تخلخل سنجي (تخلخل سنجي جيوه) نمونه ها مورد ارزيابي قرار گرفت. در اثر افزودن نشاسته، چگالي كلي g.cm-368/1-41/1، درصد تخلخل كل 38/63-36/56%، درصد تخلخل باز 01/62-92/53% و استحكام فشاري MPa82/3-98/0 به دست آمد. هم چنين از لحاظ ريزساختاري مشاهده شد كه تخلخل هاي بزرگ ناشي از سوختن نشاسته به وسيله ي گردنه هاي كوچكي به يكديگر متصل شده اند كه اين موجب به هم پيوستگي تخلخل ها و افزايش گذردهي آن ها مي شود. در اثر افزودن سيليس كلوئيدي، چگالي كلي g.cm-358/1-55/1، درصد تخلخل باز 95/55-53/54%، درصد جذب آب 96/35-40/34% و استحكام فشاري MPa61/12-67/5 به دست آمد. هم چنين از لحاظ ريزساختاري مشاهده شد كه ذرات مولايت در مناطقي كه تخلخل ها وجود دارند، تشكيل شده كه همين امر باعث مي شود كه چگالي كلي و درصد تخلخل (و گذردهي نمونه ها) تقريبا ثابت باقي مانده، زينتر نمونه ها بهبود يافته و استحكام نمونه ها افزايش پيدا كند.

1396/06/14

1/1/1900 12:00:00 AM

Porous alumina bodies have recently attentions due to unique properties such as high surface area, low thermal conductivity, high thermal shock resistance, etc, Because of the special properties, The bodies used to produce membranes, filters, substrate catalysts, thermal barrier materials, bioceramics and, etc. Starch –assisted gelcasting, as novel process shaping of porous bodies, due to cheap, non-contaminant, environmentally-friendly, able to produce complex shapes, controlling porosity and pore size by type of selected starch, etc, was used in this research. In this research, suspensions with 60.5, 63 and 65.5 wt% solid loading alumina (7.5, 5 and 2.5 wt% corn starch, respectively) were prepared by starch-assisted gelcasting. Also, the samples containing 5 wt% corn starch were choosed as optimum samples and 2.5, 5 and 7.5 wt% colloidal silica (related to slip weight), were added to suspensions so as improve mechanical properties. After gelation (86oC, 2h), the samples were sinterd in 1400, 1450 and 1500oC during 1h. After sintering, bulk density, total porosity, open porosity (by Archimedes technique following ASTM (C-20)), cold crushing strength (CCS), microstructural examination (by SEM), phase analysis (XRD) and mercury porosimetry were eva​luated. Bodies with starch additive, show bulk density 1.41-1.68g.cm-3, total porosity 56.36-63.38%, open porosity 53.92-62.01% and CCS 0.98-3.82MPa. In addition to, Microstructural examination show large pores remain after starch burning out, connected by small throats, which causes interconnecting pores and increasing permeability. Bodies with colloidal silica additive show bulk density 1.55-1.58g.cm-3, total porosity 54.53-55.95%, open porosity 34.40-35.96% and CCS 5.76-12.61 MPa. In addition to, Microstructural examination show mullite particles are in contact with pores which causes bulk density and porosity percent (and permeability) remain constant, improve sinterability and increase strength samples.