16424

16424

سنتز و بررسي خواص و ريزساختار كامپوزيت آلومينا - زيركونيا – كبالت

كارشناسي ارشد

شناسايي و انتخاب مواد فلزي

شهريورماه 1395

دكتر رحيم نقي زاده - دكتر عليرضا خاوندي

دكتر حميدرضا رضايي

مواد و متالورژي

چكيده اين تحقيق با هدف بررسي سنتز، خواص فيزيكي و ريزساختاري كامپوزيت آلومينا- زيركونيا- كبالت صورت گرفته است. از اين رو تركيب‌هايي حاوي 5، 10، 20 درصد حجمي از مجموع تقويت كننده‌هاي زيركونيا و كبالت مورد بررسي قرار گرفت. براي تهيه پودر كامپوزيتي از آلومينا، زيركونياي پايدار شده جزئي با اكسيد ايتريم و سولفات كبالت استفاده شد و با كلسيناسيون در دماي ℃ 1100 به مدت 3 ساعت فاز اسپينل آلومينات كبالت حاصل گرديد. سپس جهت احياي كبالت از اسپينل از پودر آلومينيوم به عنوان كمك احيا استفاده شد، پودر كلسينه شده بعد از مخلوط سازي با پودر Al، در بستر كربن در كوره الكتريكي با دماي ℃ 950 به مدت 3 ساعت قرار گرفت. نتيجه آزمون XRD حضور فازهاي Al2O3، Co، t-ZrO2و مقدار كمي m-ZrO2 را تأييد مي‌كند. در مرحله بعد جهت تعيين و بررسي خواص كامپوزيت Al2O3/ZrO2-Co، پودرهاي احيا شده به دو روش زينتر بدون فشار و زينتر پلاسماي جرقه‌اي، زينتر شدند. جهت زينتر بدون فشار، پودرهاي كامپوزيتي با فشار MPa 400 پرس ايزواستاتيك سرد شدند و سپس زينتر آنها در دماهاي ℃ 1550، ℃ 1600 و ℃ 1650 به مدت 5 ساعت صورت گرفت. در روش زينتر پلاسماي جرقه‌اي، زينتر نمونه‌ها در دماهاي ℃ 1500و ℃ 1600، مدت زمان نگه‌داري 5 دقيقه و فشار MPa30 انجام شد. مطالعه خواص نمونه‌ها نشان داد در روش زينتر بدون فشار، با افزايش دما، چگالي نسبي نمونه‌ها افزايش مي‌يابد و با بكارگيري روش زينتر پلاسماي جرقه‌اي مي‌توان به چگالي نسبي‌هاي بالاتري دست يافت. همچنين در اثر افزوده شدن تقويت كننده‌هاي زيركونيا و كبالت، مقدار سختي كامپوزيت نسبت به آلوميناي يكپارچه كاهش مي‌يابد. بعلاوه در نمونه‌هاي با چگالي نسبي بالاتر، افزايش استحكام نسبت به آلوميناي خالص مشاهده مي‌گردد. براي كامپوزيت با تركيب 90vol.%Al2O3/5vol.%ZrO2-5vol.%Coزينتر شده به روش پلاسماي جرقه‌اي، چگالي نسبي، استحكام خمشي و سختي به ترتيب TD%2/89 و MPa 28±340 وGPa 20/12اندازه‌گيري شد. واژه‌هاي كليدي: كامپوزيت آلومينا- زيركونيا- كبالت، زينتر بدون فشار، زينتر پلاسماي جرقه‌اي

1395/11/11

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract: The present study aimed to investigate the synthesis, microstructural an​d mechanical properties of alumina/zirconia-cobalt composite. The compositions containing 5, 10, 20 Vol.% of the sum of ZrO2 an​d Co were studied. The composite powders were prepared through mixing of alumina powder with partially stabilized zirconia an​d cobalt sulfate powders followed by calcination treatment at 1100℃ for 3h an​d reduction of cobalt by aluminum powder additive, in carbon bed at 950℃ for 3h. The XRD analysis showed the presence of Al2O3, t-ZrO2, Co an​d a little m-ZrO2. In order to investigate the properties of Al2O3/ZrO2-Co, the reduced powders were sintered by pressureless an​d spark plasma sintering. The composite powders were pressed by cold isostatic pressing (CIP) at 400 MPa. The prepared discs were sintered in carbon bed at 1550℃, 1600℃, 1650℃ for 5h. In spark plasma sintering the specimens were sintered at 1500℃, 1600℃ with a holding time of 5min an​d 30MPa pressure. The final results showed that in pressureless sintering, with sintering temperature increment, relative density of the specimens increased an​d by using of spark plasma sintering can achieve higher relative densities. Furthermore with the addition of cobalt an​d zirconia particles, the hardness of the composites decrease in comparison with monolithic alumina. In the composite specimens with higher relative densities, an increase of strength was observed. The relative density, bending strength an​d hardness of the 90vol.%Al2O3/5vol.%ZrO2 -5vol.%Co composite densified by spark plasma sintering were 89.2%TD, 340±28 MPa an​d 12.20 GPa respectively. Keywords: alumina-zirconia-cobalt composite, pressureless sintering, spark plasma sintering