16239

16239

سنتز و بررسي خواص فيزيكي و ريزساختاري كامپوزيت هاي Al2O3-TiC-Ni/Cr با روش احياي آلومينوكربوترميك

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد و متالورژي - گرايش سراميك

1392

16/08/95

حميدرضا رضايي - رحيم نقي زاده

فرهاد گلستاني فرد

مهندسي مواد و متالورژي

چكيده براي تهيه بدنه هاي كامپوزيتي Al2O3-TiC-Ni/Cr روش هاي مختلفي وجود دارد. در اين پژوهش تهيه پودرهاي كامپوزيتي Al2O3-TiC و Al2O3-Ni/Cr از روش احياي آلومينوكربوترميك و سپس مخلوط كردن آنها با Al2O3 آماده مورد نياز براي رسيدن به كامپوزيت هاي حاوي 70 درصد وزني آلومينا و 30 درصد وزني مجموع تقويت كننده هاي TiC و فلزات نيكل يا كروم مد نظر قرار گرفت. دو روش كلي براي تهيه بدنه هاي كامپوزيتي يكي پرس تك محوره و سپس زينتر بدون اعمال فشار در بستر ككي و ديگري روش زينتر توسط جرقه پلاسما (SPS) اتخاذ شد. نتايج الگوي پراش اشعه X نشان داد كه در نمونه هاي زينتر شده به روش بدون فشار در بستر ككي، اكسيداسيون TiC به مقدار زيادي رخ داد، بنابراين اين روش زينتر، روش مطلوبي نبود. در روش SPS، كامپوزيت هاي Al2O3-30%TiC در دماهاي °C 1600 و °C 1650، كامپوزيت هاي Al2O3-TiC حاوي 5 و 10 درصد وزني نيكل در دماهاي °C 1400 و °C 1480و كامپوزيت هاي Al2O3-TiC حاوي 5 و 10 درصد وزني كروم در دماهاي °C 1600 و °C 1650 به مدت 4 تا 5 دقيقه تحت فشار MPa 30 و اتمسفر خلأ، زينتر شدند. نتايج الگوي پراش اشعه ايكس اين نمونه ها حاكي از عدم وقوع اكسيداسيون TiC و فلزات بود. ريزساختار نمونه هاي فوق، حاوي ذرات كامپوزيتي TiC + Al2O3 و ذرات كامپوزيتي Al2O3 Ni/Cr + پخت شده در زمينه آلومينايي بود. اين روش زينتر به ويژه در مورد نمونه هاي حاوي كروم، منجر به بهبود خواصي چون دانسيته نسبي، استحكام خمشي و چقرمگي شكست گرديد. دانسيته نسبي، استحكام خمشي، سختي و چقرمگي شكست كامپوزيت Al2O3-30%TiC زينتر شده به روش SPS در دماي °C 1650 به ترتيب برابر با 97%، MPa 580، GPa 5/21 و MPa.m0/5 0/4 بود. دانسيته نسبي، استحكام خمشي، سختي و چقرمگي شكست كامپوزيت Al2O3-20%TiC-10%Ni زينتر شده به روش SPS در دماي °C 1480 به ترتيب برابر با 89%، MPa 613، GPa 9/15 و MPa.m0/5 8/4 بود. دانسيته نسبي، استحكام خمشي، سختي و چقرمگي شكست كامپوزيت Al2O3-20%TiC-10%Cr زينتر شده به روش SPS در دماي °C 1650 به ترتيب برابر با 5/98%، MPa 913، GPa 20 و MPa.m0/5 1/5 بود كه نتايج حاكي از افزايش 57 درصدي در مقادير استحكام خمشي، افزايش 27 درصدي در چقرمگي شكست و كاهش 7 درصدي در مقدار سختي نسبت به نمونه Al2O3-30%TiC زينتر شده در دماي °C 1650 مي باشد. نتايج نشان مي دهد كه افزودن نيكل و كروم به صورت پودر به زمينه سراميكي Al2O3-TiC مي تواند راه حل مناسبي در رسيدن به خواص مطلوب در كامپوزيت هاي Al2O3-TiC-Ni/Cr باشد. كلمات كليدي: كامپوزيت آلومينا-كاربيد تيتانيوم-فلز، زينتر توسط جرقه پلاسما، احياي آلومينوكربوترميك، بستر ككي

1395/10/19

11/6/2016 12:00:00 AM

Abstract Al¬2O3-TiC-Ni/Cr composites were synthesized by carboaluminothermic reduction route in coke bed followed by two sintering routes; pressureless sintering (PS) route in coke bed condition an​d spark plasma sintering (SPS) route. Produced phases were characterized by using X-Ray diffraction (XRD) an​d microstructures of composites were investigated by scanning electron microscopy (SEM). The XRD results of pressureless sintered samples showed that TiC particles were oxidized because of oxygen presence in the coke bed. But there were not any peaks related to the TiC oxidation in the samples produced by SPS route. Results showed that addition of metal to ceramic based composites an​d also increasing in the sintering temperature can effectively increase the relative density, flexural strength an​d fracture toughness. Among the SPSed samples, the most relative density, flexural strength an​d fracture toughness values were belonged to Al2O3-20%TiC-10%Cr composite sintered at 1650 °C by SPS method an​d were 98.5%, 913 MPa an​d 5.111 MPa.m0.5, respectively. The most hardness value was belonged to Al2O3-30%TiC composite sintered at 1650 °C by SPS method an​d was 21.5 GPa. Keywords: Alumina-Titanium Carbide-Metal Composites, Spark Plasma Sintering, Carboaluminothermic Reduction, Fracture Toughness, Coke bed.