17401

17401

اثر افزودن نانو TiC بر Si3 N4 براي تهيه سراميك قابل ماشين كاري تخليه الكتريكي (EDM)

كارشناسي ارشد

سراميك

بهمن 1395

دكتر فرهاد گلستاني فرد- دكتر سيد محمد ميركاظمي

مواد و متالورژي

كاربيد تيتانيوم به دليل سختي و نقطه ذوب بالا، دانسيته پايين و هدايت الكتريكي بالا، گزينه مناسبي براي تهيه كامپوزيت¬هاي زمينه نيتريد سيليسيم معرفي شده است. نانو پودر كاربيد تيتانوم با روش سل ژل با استفاده از تترا بوتيل اورتو تيتانات به عنوان منبع تيتانيوم و ساكارز به عنوان منبع كربن سنتز شد. فرايند سل ژل به وسيله اتيل استو استات كنترل شد. سل زرد رنگ به مدت 24 ساعت در اتمسفر هوا روي هم¬زن مغناطيسي قرار گرفت تا ژل حاصل شود. سپس ژل در خشك¬كن (℃ 110 به مدت 2 ساعت در اتمسفر هوا) قرار گرفت. براي بررسي پيوندهاي موجود در ژل خشك شده طيف مادون قرمز تهيه شد. سپس ژل حاصل، در اتمسفر هوا كلسينه شد تا نانو پودر تتراگونال آناتاز به همراه كربن آمورف حاصل شود. با عمليات حرارتي ژل حاوي آناتاز و كربن آمورف در ℃ 1400-1000 به مدت 2 ساعت در اتمسفر آرگون+ %25 هيدروژن، با افزايش دما، به ترتيب فازهاي مياني (〖Ti〗_2 O_3، 〖Ti〗_3 O_5، 〖Ti〗_4 O_7)، فاز اكسي كاربيد تيتانيوم (〖TiC〗_x O_y) و در نهايت كاربيد تيتانيوم بدست آمد. بررسي¬هاي ريزساختاري روي نانو پودر حاصل انجام شد كه ذرات تقريباً يكنواخت با اندازه ذرات تقريبي 40 نانومتر را نشان داد. همچنين آناليز پراكندگي ديناميكي نور براي بررسي ميانگين توزيع اندازه نانو ذرات انجام شد. با بررسي فازي نانو پودر حاصل، تنها وجود پيك¬هاي كاربيد تيتانيوم مشاهده شد. به منظور انجام ماشين¬كاري تخليه الكتريكي بدنه¬هاي نيتريد سيليسيمي، نانو پودر كاربيد تيتانيوم حاصل با مقادير 15، 25 و 35 درصد حجمي به زمينه 〖Si〗_3 N_4 افزوده شد. از اكسيد آلومينيوم و اكسيد ايتريم به عنوان كمك زينتر استفاده شد. زينتر نمونه¬ها در دماي ℃ 1700 با زمان نگه¬داري 20 دقيقه در خلأ به روش زينتر پلاسماي جرقه¬اي انجام شد. بيشترين مقدار دانسيته براي نمونه حاوي 35 درصد حجمي TiC به دست آمد. اين نمونه همچنين داراي كمترين مقدار مقاومت الكتريكي بود. اين نمونه همچنين داراي بيشترين مقدار استحكام خمشي بود. با افزايش درصد حجمي TiC از 15 به 35، استحكام خمشي از MPa710 بهMPa 870، ميكرو سختي از GPa5/17 به GPa5/19 و دانسيته نسبي نمونه¬ها از 98 به 45/99 درصد دانسيته تئوري افزايش يافت. اما چقرمگي شكست نمونه¬ها با افزايش درصد حجمي TiC از 15 به 35، تقريباً بدون تغيير بود، ولي نسبت به چقرمگي شكست بدنه¬هاي نيتريد سيليسيم افزايش يافت. عمليات ماشين¬كاري به روش تخليه الكتريكي با موفقيت بر روي نمونه بهينه (35 درصد حجمي TiC) انجام شد. واژه‌هاي كليدي: كاربيد تيتانيوم، روش سل ژل، نيتريداسيون كربوترمال، نيتريد سيليسيم، ماشين¬كاري تخليه الكتريكي، هدايت الكتريكي.

1396/03/17

1/1/1900 12:00:00 AM

Because of titanium carbide hardness and high melting point, low density and high electrical conductivity, it's suitable for the preparation of silicon nitride composites. Titanium carbide nanopowders by sol-gel method using tetra-butyl ortho titanate as titanium source and sucrose as a carbon source was synthesized. The sol-gel process was controlled by Ethyl acetate. Yellow sol was taken for 24 hours in an air atmosphere on magnetic to achieve gel. The gel dried. To check links in the obtained dried gel, infrared spectrum was taken. The gel obtained was calcined in air to obtain amorphous carbon nanopowders with tetragonal anatase. The heat treatment of gel of anatase and amorphous carbon in 1000-1400 ℃ for 2 hours in an argon atmosphere + 25% hydrogen, with increasing temperature, respectively intermediate phases, oxy-phase titanium carbide and finally titanium carbide obtained. Microstructural studies were conducted on nano-powder particles with particle size of approximately 40 nm showed almost uniform. Dynamic light scattering analysis was performed to eva​luate the average size distribution of nanoparticles. In order to discharge Mashining of silicon nitride ceramics, titanium carbide nanopowders was added with values of 15, 25 and 35% by volume. Aluminum oxide and yttrium oxide as a sintering aid was used. Sintered samples at 1700 ℃ with a time of 20 minutes in a vacuum plasma sintering was done. The highest density was obtained for samples containing 35 volume percent TiC. This model also has the lowest electrical resistance. This sample also had the highest amount of flexural strength. By increasing the volume percentage of TiC of 15 to 35, the flexural strength of 710 to 870 MPa, micro-hardness of 17/5 Gpa to 19/5 GPa and the relative density of the samples increased from 98 to 99/45% of theoretical density. The fracture toughness varying from 15 to 35 volume percent TiC, was almost unchanged, but the fracture toughness of the silicon nitride rose. Electrical discharge machining method successfully was performed on optimal sample (35% by volume TiC).