25869

بررسي تأثير درصد SiC بر اكسيداسيون دما بالاي كامپوزيت MoSi2-SiC توليد شده به روش سنتز احتراقي

ارشد

مهندسي مواد و متالورژي-شناسايي و انتخاب مواد فلزي

1397

1400/08/12

دكتر ماندانا عادلي- دكتر منصور سلطانيه

مواد و متالورژي

تركيب بين¬فلزي دي سيليسايد موليبدن (MoSi2) از مواد مهندسي مناسب براي كاربردهاي دما بالاست. دي سيليسيد موليبدن داراي خواص مطلوب نظير مقاومت به اكسيداسيون بالا، هدايت الكتريكي و حرارتي مناسب، چگالي نسبتاً پايين و نقطه ذوب بالا مي‌باشد. اما اين ماده داراي چقرمگي شكست و استحكام پايين در دماي محيط و مقاومت خزشي ضعيف در دماي بالا است. هم¬چنين دي سيليسايد موليبدن در دماي بين ºC400-600 مقاومت به اكسيداسيون ضعيفي از خود نشان مي¬دهد. براي بهبود اين خواص از كامپوزيت¬كردن اين ماده با ساير سراميك¬هاي مهندسي از قبيل SiC استفاده مي¬شود. هدف از تحقيق حاضر بررسي تأثير درصد SiC بر اكسيداسيون دما بالاي كامپوزيت MoSi2-SiC توليد شده به¬روش سنتز احتراقي است. به منظور فعال¬سازي مكانيكي، پودر¬هاي عنصري Mo، Si و C از آسياي ماهواره¬اي با زمان آسياكاري 5 ساعت استفاده شد. بعد از آسياكاري، پودرها توسط پرس تك محوره فشرده شدند. نمونه¬هاي فشرده به¬دست¬آمده تحت اتمسفر آرگون در كوره القايي با سرعت گرمايش بالا قرار گرفتند. تأثير درصد SiC بر زمان افروزش بررسي شد. تغييرات فازي و مطالعات ريزساختاري توسط آزمون پراش اشعه ايكس (XRD)، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) مجهز به طيف¬سنج توزيع پرتو ايكس (EDS) انجام گرفت. نتايج بدست¬آمده نشان داد در نمونه بدون SiC علاوه بر فاز MoSi2 مقداري فاز Mo5Si3 نيز تشكيل شد. در كامپوزيت¬هاي 10 و 20 درصد SiC، تمام مواد واكنش¬دهنده به محصولات تبديل شدند و فازهاي MoSi2 و SiC تشكيل شدند. در كامپوزيت 30 درصد SiC واكنش كامل انجام نشد و علاوه بر فازهاي MoSi2 و SiC مقداري كربن و سيليسيم واكنش¬ نكرده در نمونه وجود داشت. به منظور بررسي خواص اكسيداسيون دما بالا، نمونه¬ها پس از خردايش تحت عمليات زينترينگ قرار گرفتند. از هرسري از پودرهاي سنتز شده دو نوع نمونه بدون بنتونيت و با بنتونيت به عنوان چسب تهيه شد. نمونه MoSi2 همراه با چسب با مقدار سختي HV 608 و چقرمگي شكست MPa1/2 5/4 بهترين خواص مكانيكي را نشان داد. براي بررسي خواص اكسيداسيون، نمونه¬ها در كوره باكسي در دماي ºC1100 قرار داده شدند. بررسي¬هاي سطحي و مقطعي نمونه¬ها بعد از اكسيداسيون نشان داد كه همه¬ي نمونه¬ها مقاومت به اكسيداسيون خوبي از خود نشان دادند و هيچ¬گونه جدايشي بين لايه اكسيدي و زيرلايه مشاهده نشد. هم¬چنين نمونه MoSi2 همراه با چسب بهترين خواص اكسيداسيون و كمترين درصد افزايش وزن را در دماي ºC1100 از خود نشان داد به ¬طوري كه بعد از 50 ساعت اكسيداسيون، 75/0 درصد افزايش وزن داشت.

1400/10/21

Investigation of the effect of SiC percentage on high temperature oxidation of MoSi2-SiC composite produced by combustion synthesis

11/3/2022 12:00:00 AM

The intermetallic compound of molybdenum disilicide (MoSi2) is an engineering material suitable for high temperature applications. Molybdenum disilicide has desirable properties such as high oxidation resistance, good electrical and thermal conductivity, relatively low density and high melting point. However, this material has low fracture toughness and strength at ambient temperature and poor creep resistance at high temperatures. Molybdenum dicilicide also shows poor oxidation resistance at temperatures between 400-600 °C. To improve these properties, composite this material with other engineering ceramics such as SiC is used. The aim of the present study was to investigate the effect of SiC percentage on high temperature oxidation of MoSi2-SiC composite produced by combustion synthesis. In order to mechanically activate the Mo, Si and C element powders, satellite milling with 5 hours milling time was used. After milling, the powders were pressed by uniaxial press. The obtained compacted samples were placed under an argon atmosphere in an induction furnace with high heating rate. The effect of SiC percentage on ignition time was investigated. Phase changes and microstructural studies were performed by X-ray diffraction (XRD) test, scanning electron microscope (SEM) equipped with X-ray distribution spectrometer (EDS). The results showed that in the sample without SiC, in addition to the MoSi2 phase, some Mo5Si3 phase was also formed. In 10 and 20% SiC composites, all reactants were converted to products and MoSi2 and SiC phases were formed. No complete reaction was performed in 30% SiC composite and in addition to MoSi2 and SiC phases, some unreacted carbon and silicon were present in the sample. In order to investigate the high temperature oxidation properties, the samples were sintered after crushing. From each series of synthesized powders, two types of samples were prepared without bentonite and with bentonite as an adhesive. MoSi2 sample with adhesive with 608 HV hardness and fracture toughness of 4.5 Mpa1/2 showed the best mechanical properties. To investigate the oxidation properties, the samples were placed in a box oven at 1100 °C. Surface and cross-sectional examinations of the samples after oxidation showed that all samples showed good oxidation resistance and no separation was observed between the oxide layer and the substrate. Also, MoSi2 sample along with adhesive showed the best oxidation properties and the lowest percentage of weight gain at 1100 °C, so that after 50 hours of oxidation, it had a weight gain of 0.75%.

كامپوزيت MoSi2-SiC , سنتز احتراقي , فعال سازي مكانيكي , كوره القايي , زينترينگ , بنتونيت

MoSi2-SiC Composite , Combustion Synthesis , Mechanical Activation , Induction Furnace , Sintering , Bentonite