20819

۲۰۸۱۹

بررسي سنتز و تاثيرات بورات آلومينيوم بر زينتر SPS بدنه سيليكون كاربايدي

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۱/۲۸

دكتر رحيم نقي زاده

دكتر عليرضا سوري

مواد و متالورژي

سيليكون كاربيد (SiC) يك سراميك غير اكسيدي دما بالاي بسيار مهم با خواص مكانيكي، حرارتي و شيميايي عالي است كه در صنايع مختلف كاربرد دارد. بورات آلومينيوم ماده سراميكي قابل توجه است كه به دليل خواص مكانيكي عالي، استحكام كششي بالا، مقاومت به خوردگي و پايداري شيميايي خوب، نقطه ذوب بالا، وزن سبك، هزينه توليد پايين و هم‌چنين ضريب انبساط حرارتي كم، به‌عنوان تقويت كننده در كامپوزيت‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هدف از اين تحقيق بررسي روش‌هاي سنتز بورات آلومينيوم (Al18B4O33) و تاثير آن به‌عنوان افزوردني بر زينتر SPS بدنه‌هاي سيليكون كاربايدي مي‌باشد. در ابتدا Al18B4O33 به سه روش سل_ژل، رسوبي و سل_ژل احتراقي سنتز شده، سپس آناليزهاي TG/DTA، FTIR، XRD و SEM انجام شد. نتايج XRD نشان داد Al18B4O33 در هر سه روش در دماي C° 1000 سنتز مي‌شود. در روش سل_ژل اسيد سيتريك نقش مهمي در كنترل مورفولوژي ايفا مي‌نمايد و مي‌توان به نانوويسكر دست يافت. يك مكانيزم خودكاتاليزوري براي روش سل_ژل و يك مكانيزم فلاكس نمك مذاب براي هر دو روش رسوبي و احتراقي پيشنهاد شد. در ادامه سيليكون كاربايد به كمك بورات آلومينيوم حاصل به عنوان افزودني، با روش SPS زينتر شد و آناليزهاي استحكام سنجي، چگالي، XRD و SEM انجام شد. نتايج نشان داد، با افزودن 5% بورات آلومينيوم به سيليكون كاربايد و SPS نمونه‌ها در شرايط فشار MPa 47 و دماي °C 1650 مي‌توان به چگالي نسبي 72/58 % و استحكام خمشي MPa 08/99 رسيد. استحكام خمشي نمونه حاوي 5% افزودني بورات آلومينيوم نسبت به نمونه بدون افزودني، حدود 100 % رشد داشته است. با افزايش درصد بورات آلومينيوم از 5% به 8% وزني و SPS نمونه‌ها در شرايط فشار MPa 47 و دماي °C 1650، موجب كاهش استحكام به ميزان 49 % شده و استحكام به MPa 53/50 كاهش مي‌يابد.

1398/04/11

An investigation on synthesis of Aluminum Borate and its effect on Spark Plasma Sintering of Silicon Carbide bodies

4/16/2020 12:00:00 AM

Silicon Carbide (SiC) is an advanced ceramic that has been studied over the past 30 years. Aluminum borate is a significant ceramic material due to its excellent mechanical properties, high elastic modulus, high tensile strength, excellent corrosion resistance, good chemical neutrality, high temperature stability, high melting point, light weight, low cost of production and low thermal expansion coefficient that is used as a reinforcement in composites. The purpose of this study is to investigate the methods of aluminum borate synthesis and its effect as an additive on SPS silicon carbide bodies. At first, Al18B4O33 aluminum borate was synthesized in three methods: sol-gel, precipitation and combustion. Then TG / DTA, FTIR, XRD and SEM analysis were performed. The results showed that Al18B4O33 was synthesized in all three methods at 1000 °C. The citric acid plays an important role in controlling the morphology. A self-catalytic mechanism for sol-gel method and a melt salt flux mechanism for both precipitation and combustion methods were proposed. In the next step, silicon carbide was synthesized by SPS using aluminum borate, and performed strength, density, XRD and SEM analysis. The results showed that by adding 5% aluminum borate to silicon carbide and SPS of the samples with 47 MPa at 1650 ° C temperatures can be compared to a relative density of 58.72% and flexural strength of 99.08 MPa. The flexural strength of the sample containing 5% aluminum borate additive has grown by about 100% relative than the non-additive sample. By increasing the percentage of aluminum borate from 5% to 8% weight and SPS of the samples under pressure of 47 MPa at 1650 ° C reduced the strength by 49% and the flexural strength increased to 53.50 MPa.