18077

18077

شبيه‌سازي فيزيكي و عددي سنتز احتراقي سرمت‌هاي Cu-TiB2

كارشناسي ارشد

استخراج فلزات

بهار 1396

دكتر سيدين - دكتر ابوطالبي

دكتر ماندانا عادلي

مواد و متالورژي

در تحقيق حاضر توليد سرمت Cu-TiB2 با استفاده از سنتز احتراقي خود پيشرونده(SHS)، مورد بررسي‌هاي تجربي و مدلسازي قرارگرفته است. در بخش تجربي فرآيند سنتز احتراقي توسط گرمايش سريع نمونه تشكيل شده از عناصر Cu ، Ti و B از يك سطح و ادامۀ واكنش توسط پيشروي جبهۀ احتراق در نمونه با استفاده از كورۀ القايي انجام شد. تاثير پارامترهايي مانند درصد وزني مس و اندازه ذرات تيتانيم بردماي احتراق مورد بررسي قرار گرفت و تغييرات دماي نمونه با زمان ثبت شد. نمونه‌هاي سنتز شده مورد بررسي‌هاي فازي و آناليز ريز ساختاري قرار گرفتند. در بخش شبيه‌سازي، معادلات حاكم برفرآيند همراه با شرايط مرزي مربوطه با استفاده از روش حجم محدود گسسته‌سازي شده و معادلات جبري حاصل به روش عددي توسط الگوريتم سه قطري حل شدند. مدل عددي بر اساس نتايج تجربي حاصله مورد ارزيابي قرار گرفت. با وجود پيچيدگي‌هاي فرآيند سنتز احتراقي، تطابق خوبي بين نتايج محاسباتي و نتايج تجربي و دماي احتراق مشاهده شد. با استفاده از مدل توسعه يافته تاثير پارامترهايي مانند درصد وزني مس و اندازه ذرات تيتانيم بر دماي احتراق و سرعت پيشروي جبهه احتراق پيش‌بيني شد. محاسبات مدل نشان داد كه با افزايش اندازه ذرات تيتانيم از 10 ميكرومتر به 85 ميكرومتر، دماي احتراق كاهش يافته و سرعت پيشروي جبهۀ احتراق نيز كم مي‌شود. كه نشان‌دهنده كند شدن سينتيك واكنش گرمازاي بين تيتانيم و بور است. همچنين افزايش درصد وزني مس از 10 تا 90 درصد، موجب ريز ساختار با يكنواختي بيشتر، كاهش دماي احتراق و سرعت پيشروي جبهۀ واكنش بدليل كاهش گرمازايي واكنش سنتز احتراقي در نمونه مي‌شود. كلمات كليدي: سنتز احتراقي خودپيشرونده (SHS)، سرمتCu-TiB2، شبيه‌سازي عددي، روش حجم محدود، دماي احتراق

1396/08/29

11/20/2017 12:00:00 AM

Ceramic-metals (Cermets) are widely used in the modern technology. Combustion synthesis has emerged as a facile and economically viable technique for preparation of Cermets. In this work, experimental and numerical studies of the production of Cu-TiB2 cermets using the combustion synthesis process and effects of some parameters on the reaction were investigated. A numerical model was developed based on the assumed mechanism of exothermic reaction between Ti and B in the presence of Cu. The equations governing the process were solved using appropriate boundry conditions.The model developed on the base of the reaction mechanism. The discretization of the differential equations was achieved by finite difference method and numerical solution of the equation was performed by Tri-Diagonal Matrix Algorithm (TDMA). Experimental studies were carried out to eva​luate the model results. Experimental data and model results were compared and good agreement was achieved. Effects of mass fraction of copper and particles size of titanium were investigated in numerical and experimental studies. It was shown that increasing the mass fraction of copper and particle size of titanium resulted in decreasing the combustion temperature and wave propagationvelocity.