18812

۱۸۸۱۲

بررسي پارامترهاي موثر در تهيه بدنه هاي كربني به روش ريخته گري ژله اي

كارشناسي ارشد

سراميك

مهر ماه ۱۳۹۶

دكتر جعفر جواد پور - دكتر صداقت آهنگري حسين زاده

دكتر عليرضا ميرحبيبي

مواد و متالورژي

كربن و بدنه‌هاي كربني اهميت زيادي در صنايع پيشرفته‌ي امروز، از جمله صنايع ديرگداز و الكترونيكي مانند بوته‌هاي ذوب و باتري‌هاي يون ليتيم دارند. شكل‌دهي بدنه‌هاي كربني به روش‌هاي كلوئيدي با واسط آب، به دليل خصوصيات ذاتي و متفاوت اين ماده، از جمله عدم ترشوندگي و پايداري در آب، انجام آن را با مشكلات زيادي مواجه مي‌سازد. در اين پژوهش، به بررسي ساخت اين بدنه‌ها به روش ريخته‌گري ژله‌اي ، كه يك روش به نسبت جديد و با پتانسيل‌هاي بالا است، پرداخته شده و عوامل موثر در اين فرآيند مانند نقش مونومرها، پراكنده‌سازها، فرآيند‌هاي مطرح براي اصلاح رفتار ماده، و امكان سنجي توليد بدنه‌هاي كربني مورد بررسي و آزمايش قرار گرفته اند. در گام اول براي دستيابي به دوغابي مناسب، پايداري كربن بلك (سياه كربن) و گرافيت در محلول پايه آب مورد بررسي قرار گرفته است و در مقادير مختلف بار جامد، pH، افزودني توين ۸۰ رفتار دوغاب بررسي شده است. همچنين از روش‌هاي ديگر اصلاح رفتار، مانند اكسيد شدن سطحي و افزودن سل نانوسيليس نيز استفاده شده است و در نهايت، مقدار پارامترهاي بهينه براي عوامل ذكرشده به دست آمده است. مشاهده شد كه با استفاده از گرافيت به عنوان منبع كربن و در مقادير ۴۵ و ۵۰٪ وزني دوغاب مناسبي را مي‌توان آماده‌سازي كرد و با افزودن % ۲/۵ وزني نانوسيليس و ۶% وزني توين ۸۰، فرآيند ژل شدن با موفقيت در آن انجام شده است. براي ساخت اين دوغاب، استفاده از سل نانوسيليس به مقدار به مقدار ذكرشده ضروري است و بهترين نتيجه را در بين روش‌هاي بررسي‌شده‌ي ديگر در بهبود رفتار جريان‌يابي و ترشوندگي ذرات گرافيت در آب دارد. بر اساس مطالعات انجام‌شده، اين پارامترها باعث بهبود استحكام مكانيكي قطعات ساخته شده نسبت به قطعات ساخته شده از كربن بلك با مقادير پارامترهاي مشابه مي‌شود. به صورتي كه استحكام اين قطعات از حدود ۱ MPa براي كربن بلك به MPa ۱۴ براي گرافيت افزايش مي‌يابد. بررسي‌هاي ميكروسكوپي، تشكيل شبكه‌ي پليمري در داخل قطعات خام را به وضوح نشان مي‌دهد كه عامل ايجاد استحكام و فراهم‌كننده‌ي شرايط شكل‌دهي بدنه‌هاي گرافيتي به روش ريخته‌گري ژله‌اي هستند.

1397/02/01

4/21/2018 12:00:00 AM

Carbon and carbonaceous bodies have great importance in today’s advanced industries, such as refractory and electronic industries for application in areas such as melting crucibles and lithium-ion batteries. Forming of this bodies with aqueous routes, because of intrinsic and different properties, such as poor wettability and stability in water, makes use of carbon with serious problems. The aim of this research was producing this bodies with Gelcasting route, which is relatively new and potent methods. Also effective parameters such as additives, proposed processes for modification of materials behaviors and feasibility of producing carbonaceous with this method studied and mentioned parameters have been studied and tested. In the first step, for reaching to a proper slurry, stability of carbon black and graphite in aqueous solution have been studied in the various solid loadings, pH and tween 80 additives. Also other methods of modification of materials behavior like surface oxidation, adding nanosilica sol used and eventually, amount of optimum parameters for mentioned factors has been earned. It observed that with use of graphite as carbonaceous source and in solid loadings of 45 and 50 wt%, a proper slurry can be prepared. For preparing this suspension, use of nanosilica sol with amount of 2.5 wt% of solid loading, is necessary and best result has been reached among other experimented methods in modification of Rheological and wettability of graphite particles in suspension. Based on conducted experiments, these parameters causes improvement in mechanical strength of prepared raw bodies relative to other bodies prepared via carbon black with similar parameters. Such that, strength of these bodies increased from about 1 MPa to 14 MPa. Microscopically studies clearly shows polymeric network in the raw parts which is responsible in providing strength and preparing forming conditions for graphite bodies in Gelcasting method.