27261

بررسي اثر نسبت اجزا، دما و افزودني بر تحولات فازي، ريزساختار و خواص حرارتي تركيب سه‌جزئي حاوي اكسيدهاي كروم، آهن و نيكل به منظور كاربرد در مواد نشر بالا

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد

1398

1401/7/27

دكتر حسين سرپولكي - دكتر سيدمحمد ميركاظمي

دكتر هاجر قنبري

مهندسي مواد و متالورژي

با توسعه سريع اقتصاد جهان، مصرف انرژي روز¬به¬روز در حال افزايش است كه منجر به محدود¬شدن انرژي¬هاي روي زمين به ويژه منابع انرژي تجديدناپذير شده است. استفاده از موادي با ضريب نشر بالا در ديوار¬ه¬هاي داخلي كوره¬ها از جمله فناوري¬هايي است كه در سال¬هاي اخير مورد استقبال كشورهاي پيشرفته قرار گرفته‌است. اما مواد با ضريب نشر بالا كه در حال حاضر به عنوان اجزاي اصلي پوشش‌ در كوره‌ها استفاده مي‌شوند، در طول¬موج كوتاه، نشر نسبتاً پاييني (كمتر از 6/0) دارند. به همين دليل توسعه يك پوشش باخاصيت نشر بالا در طول¬موج¬هاي كوتاه و متوسط براي صرفه جويي در انرژي كوره¬هاي با دماي بالا از اهميت بالايي برخوردار است. ساختار بلوري اسپينلي نيز به علت پيچيدگي بسيار، حالت¬هاي لرزش متنوعي دارد و بر همين اساس ضريب نشر بالايي را به خود اختصاص داده است. در پژوهش حاضر از روش سنتز حالت جامد براي سنتز اسپينل سه جزئي اكسيدآهن، كروم و نيكل استفاده شده و اثر دما، نسبت اجزاء و افزودني بررسي شده است. ريزساختار و ساختار نمونه¬ها توسط آناليز الگوي پراش اشعه ايكس، ميكروسكوپ الكتروني روبشي، طيف¬سنجي رامان و براي اندازه¬گيري ضريب نشر از طيف¬سنجي مادون قرمز تبديل فوريه استفاده شد. نتايج حاصل نشان داد كه دماي ◦C1250، دماي بهينه براي سنتز اسپينل سه¬جزئي اكسيدآهن، كروم و نيكل مي¬باشد و فقط در تركيب مواد اوليه NiO - Cr2O3 - Fe2O3 با نسبت مولي 2:1:1، در دماي ◦C1150، در كنار فاز NiCrFeO4، Fe2O3 وجود دارد. در ساير نمونه¬ها با نسبت¬اجزاء و دماي متفاوت در كنار فاز NiCrFeO4، Fe3O4 وجود دارد. تصاوير SEM ساختار گوشه¬دار و با بلورهايي با وجوه مشخص تركيبات اسپينلي را تأييد كرد. در اين پژوهش با استفاده از طيف بازتاب حاصل از FT-IR ضريب نشر نمونه¬ها به صورت غيرمستقيم محاسبه شد. ضريب نشر نمونه A132 برابر با 54/0 به دست آمد كه با افزودن 10% اكسيد¬مس و 10% اكسيدمنگنز به اين نمونه به ترتيب مقدار ضريب¬ نشر به 71/0 و 97/0 افزايش يافت. ضريب نشر نمونه B132 نيز مقدار 9/0 محاسبه شد.

1401/08/11

Investigating the Effect of Component ratio, Temperature and Additive on Phase Transformations, Microstructure and Thermal Properties of Ternary Compound Containing Chromium, Iron and Nickel Oxides for use in High Emission Materials

10/19/2023 12:00:00 AM

With the rapid development of the world economy, energy consumption is increasing day by day, which has led to the limitation of energy on earth, especially non-renewable energy sources. The use of materials with a high diffusion coefficient in the inner walls of furnaces is one of the technologies that have been welcomed by advanced countries in recent years. However, materials with a high emission factor, which are currently used as the main coating components in furnaces, have a relatively low emission (less than 0.6) in short wavelengths. For this reason, it is very important to develop a coating with high emission properties in short and medium wavelengths to save energy in high temperature furnaces. Due to its complexity, the spinel crystal structure has various vibration modes, and accordingly, it has a high diffusion coefficient. In the current research, the solid state synthesis method was used for the synthesis of three-component spinel of iron oxide, chromium and nickel, and the effect of temperature, ratio of components and additives was investigated. The microstructure and structure of the samples were analyzed by X-ray diffraction pattern, scanning electron microscope, Raman spectroscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy was used to measure the scattering coefficient. The results showed that the temperature of 1250°C is the optimal temperature for the synthesis of ternary spinel of iron oxide, chromium and nickel, and only in the combination of raw materials NiO - Cr2O3 - Fe2O3 with a molar ratio of 2:1:1, at the temperature of 1150 ◦C. Beside the NiCrFeO4 phase, there is Fe2O3. In other samples with different component ratio and temperature, there are Fe3O4 along with NiCrFeO4 phase. SEM images confirmed the angular structure and crystals with distinct faces of spinel compounds. In this research, the scattering coefficient of the samples was calculated indirectly by using the reflection spectrum obtained from FT-IR. The diffusion coefficient of sample A132 was equal to 0.54, and by adding 10% copper oxide and 10% manganese oxide to this sample, the diffusion coefficient increased to 0.71 and 0.97, respectively. The diffusion coefficient of sample B132 was also calculated as 0.9.

اسپينل , ضريب نشر , ذخيره انرژي , سنتز حالت جامد , پايداري حرارتي

spinel , emissivity , energy saving , solid state synthesis , thermal stability

Mahdieh Rahnamei

Dr. Hossein Sarpoolaky - Dr. Mohammad mirkazemi