16425

16425

تاثير افزودن نشاسته بر بدنه هاي ريخته گري شده ي متخلخل نيتريد سيليسيمي

كارشناسي ارشد

سراميك

شهريور ماه 1394

دكتر فرهاد گلستاني فرد - دكتر سيد محمد ميركاظمي

مواد و متالورژي

چكيده در اين پژوهش براي نخستين بار از روش ريخته¬گري ژلي با استفاده از نشاسته به عنوان جايگزين مونومرهاي سنتزي سمي و گران¬قيمت، در ساخت قطعات نيتريد سيليسيمي متخلخل استفاده شده است. در گام نخست، تاثير عواملي چون اكسيد كردن سطحي پودر نيتريد سيليسيم، مقدار پراكنده¬ساز، ميزان بار جامد و مقدار نشاسته بر رفتار جرياني و گرانروي دوغاب¬هاي متشكل از نيتريد سيليسيم و نشاسته بررسي شد تا دوغاب¬هايي پايدار و با گرانروي مناسب به دست آيند. در گام دوم پس از ريخته¬گري دوغاب و حرارت¬دهي در دماي C80 قطعات خامي با استحكام خمشي در محدوده¬ي 5 تا 9 مگاپاسكال به دست آمد. در گام سوم نمونه¬ها در كوره با اتمسفر اكسيدي و در بستر پودر نيتريدي با افزودن 6 درصد وزني كمك-زينترهاي ايتريا و آلومينا به نسبت 3 به 1 زينتر شدند. زينتر نمونه¬ها يك بار به صورت دو مرحله¬اي در دماي C1650 به مدت 2، 4 و 6 ساعت با يك توقف 1 ساعتي در دماي C1420 انجام شد تا اثر زمان زينتر بر استحكام نهايي نمونه¬ها بررسي شود و يك بار به صورت يك مرحله¬اي در دماي C1650 به مدت 4 ساعت انجام گرفت تا تاثير توقف در دماي C1420 مشخص گردد. بهترين استحكام نمونه¬ها در نمونه¬ي زينتر شده در شرايط زينتر دو مرحله¬اي به مدت 4 ساعت به دست آمد. تاثير مقدار، شكل و اندازه¬ي گرانول¬هاي نشاسته بر ميزان، شكل و اندازه¬ي تخلخل¬هاي نمونه¬هاي زينتر شده بررسي شد. با تغيير مقدار نشاسته از 5/7 درصد حجمي تا 35 درصد حجمي نسبت به بار جامد، قطعاتي با 36 تا 48 درصد تخلخل باز حاصل شد. در نهايت نمونه¬اي با استحكام خمشي 85/108 مگاپاسكال و 98/43 درصد حجمي تخلخل باز با موفقيت به اين روش ساخته شد. اگرچه بر جاي گذاشتن تخلخل¬هاي درشت تر كه ناشي از اندازه گرانول¬هاي اوليه¬ي نشاسته است، باعث شد كه استحكام نمونه¬ها در اين روش در مقايسه با ريخته¬گري ژلي با استفاده از مونومرهاي سنتزي كم¬تر باشد، اما اين استحكام براي بسياري كاربردها كافي است و مي¬تواند با بهينه كردن فرايند بهبود يابد. واژه‌هاي كليدي: نيتريد سيليسيم، سراميك¬هاي متخلخل، ريخته¬گري ژلي، نشاسته.

1395/11/11

1/1/1900 12:00:00 AM

Abstract In this research, porous silicon nitride bodies were gelcasted using starch as both geling agent an​d pore forming agent at the same time.This novel method, also called starch consolidation casting, have been used just for oxide ceramic bodies until now. At the first step, effect of parameters containing surface oxidation of silicon nitride powder, amount of dispersant, solid loading an​d starch content on viscosity an​d rheological behavior of silicon nitride – starch slurry was investigated. At the end of this step stable an​d castable slurries were achived. After casting an​d heating the slurries up to 80ᵒC, green samples with strength of 5 to 9MPa were fabricated. Sintering was carried out in an air furnace under nitride powder bed condition using 1.5 wheight percent Al2O3 an​d 4.5 weight percent Y2O3 as sintering additives. Two step sintering was carried out at 1650ᵒC for 2, 4 an​d 6 hours with an​d additional holding at 1420ᵒC for 1 hour. One step sintering was carried out at 1650ᵒC for 4h. effect of amount, shape an​d size of starch granules on the amount, shape an​d size of pores in sintered samples have investigated. Finally, a silicon nitride sample with 108.85MPa flextural strength an​d 43.98 volume percent porousity have fabricated through starch consolidation casting an​d pressureless sintering. Flextural strength of porous silicon nitride samples fabricated through starch consolidation casting compared with common gelcasting methods is lower because of large pores. But it is sufficient for many applications an​d can be improved by optimizing parameters of the process in next researches.