21659

21659

تأثير عوامل فرآيندي بر تحولات فازي و ريزساختار بدنه هاي Al2O3-SiC ميكرو-نانو ساختار

كارشناسي ارشد

سراميك

1398/8/26

دكتر علي بيت الهي - دكتر حسين سرپولكي

مواد و متالورژي

كامپوزيت‌هاي تقويت شده با ذرات نانومتري SiC بر پايه آلومينا، به دليل كاربردهاي بالقوه سازه‌اي توجه ويژه‌اي را به خود جلب كرده‌اند. افزودن مقدار كم ( 5 تا 10 در صد حجمي) از ذرات نانومتري SiC باعث بهبود خواص مكانيكي از جمله استحكام و چقرمگي شكست مي‌شود. چالش اصلي ساخت اين بدنه‌ها، شكل‌دهي دشوار براي قطعات پيچيده، نياز به دماي بالا براي زينتر ( تا 1800 درجه سانتي گراد) و كنترل همگني ريزساختاري است. معرفي پيش‌ماده‌هاي پليمري پيروليزشونده به عنوان منبعي براي تهيه بدنه‌هاي سراميكي، اكثر اين مشكلات را بهبود بخشيده است. در اين پژوهش، تاثير عوامل فرايندي همچون دما، تركيب ، خصوصيات پيش‌ماده اوليه و افزودن جوانه‌زا بر تحولات فازي، ريزساختار و تشكيل درجاي SiC در بدنه هاي نانوكامپوزيتي Al2O3-SiC ساخته شده با استفاده از پيش‌ماده پليمري PDMS بررسي شد. به اين منظور، بدنه هايي با 70،60 و 80 درصد وزني آلومينا با اندازه ذرات ميانگين 6 ميكرومتر و با افزودن پيش‌ماده پليمري PDMS و تزريق به داخل قالب ساخته شد و در دماهاي 1300و 1500 درجه سانتي‌گراد پيروليز گرديد. پس از انتخاب نمونه بهينه، اثر افزودن 5 درصد وزني SiC با ميانگين اندازه ذرات 45 تا 65 نانومتر به عنوان جوانه زا بررسي گرديد. در ادامه براي بررسي تغييرات فازي از آناليـز فازي XRD استفاده شد، و در نمونه هاي بهينه با نتايج FTIR و طيف سنجي رامان تطابق داده شد. براي بررسي ريزساختاري نيز تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي SEM و FE-SEM تهيه شد. مشاهده گرديد كه در نمونه‌هاي PDMS خالص درصد بلورينگي و تشكيل فاز –SiCβ در دماي 1500 درجه سانتي‌گراد افزايش يافت و پيش‌ماده با طول زنجيره پليمري بلندتر مناسب‌تر بود، و در نمونه‌هاي حاوي آلومينا، يك نانوكامپوزيت با حضور زمينه آمورف و ذرات نانومتري SiC تشكيل شد كه با افزايش دما تا 1500 و افزايش آلومينا تا 80 درصد، مقدار فاز آمورف زمينه كاهش يافت. افزودن جوانه زا نيز باعث افزايش تشكيل فاز نانومتري SiC شد كه با تغيير الگوي XRD و مشاهده تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي مشخص گرديد. كليدواژه ها: نانوكامپوزيت، آلومينا، كاربيد سيليسيم، ذرات نانومتري، Al2O3-SiC، تحولات فازي، پيش ماده پليمري، PDC.

1398/10/16

The Effect of Processing Parameters on Phase Transitions and Microstructure of Al2O3-SiC Micro-Nano Composite Bodies

11/16/2020 12:00:00 AM

SiC reinforced Alumina based nanocomposites are receiving more attention due to their potential structural applications. Adding small amounts of SiC nanoparticles (5 to 10 %Vol.) lead to improvement of mechanical properties such as strength and fracture toughness. The main challenges are forming of complex shapes, needing high sintering temperature (up to 1800 ˚C) and controlling the homogeneity of microstructure. Introduction of polymer precursors as a source for fabrication of ceramic bodies has improved most of these problems. The effect of processing parameters such as temperature, composition and properties of precursor on phase transition, microstructure and in-situ formation of SiC nanoparticles were investigated in this research. Composite bodies with 60, 70 and 80 %wt. of Alumina content and addition of PDMS as polymer precursor were formed by injection into the mold, and pyrolyzed at 1300 and 1500 ˚C. After choosing the optimal temperature, the effect of adding 45-65 nm SiC seed as crystallization agent were investigated. XRD analysis was used to study phase transitions and for optimal specimens were matched with FTIR and Raman spectroscopy results. SEM and FE-SEM were used to study microstructural changes. The results showed an increase in rate of crystallization and formation of β-SiC in pure PDMS at 1500 ˚C, and higher polymer chain lengths. In Alumina containing specimens, a nanocomposite were formed with presence of amorphous phase, which decreased by reaching 1500 ˚C and 80% wt. of Alumina. Adding nanometric seeds as crystallization agent lead to increased formation of SiC crystallites which determined by XRD and FE-SEM results. Keywords: Nanocomposite, Alumina, SiC, nanometric particles, Al2O3-SiC, Phase transition, Polymer precursor, PDC.

تأثير عوامل فرآيندي بر تحولات فازي و ريزساختار بدنه هاي Al2O3-SiC ميكرو-نانو ساختار

The Effect of Processing Parameters on Phase Transitions and Microstructure of Al2O3-SiC Micro-Nano Composite Bodies