22216

سنتز احتراقي حالت جامد و ارزيابي خواص مكانيكي نانوكامپوزيت مس-كاربيد نايوبيوم

كارشناسي ارشد

مهندسي نانو فناوري - نانو مواد

1396

1399/03/18

دكتر ميثم جلالي - دكتر صادق صادق زاده

فناوري هاي نوين

با توجه به دامنه وسيع كاربرد نانوكامپوزيت پايه مسي در صنايع الكتريكي و الكترونيكي، حرارتي و –NbC آب بندي هاي در دماي بالا و كاربردهاي سايشي؛ سنتز و بررسي خواص فيزيكي و مكانيكي اين مواد مورد نظر قرار گرفت .استفاده از يك روش سنتز ساده و البته براي اولين بار در ميان روش هاي متعدد و بهره گيري از مواد اوليه ارزان قيمت جهت دست يابي به اين محصولات گران قيمت و ارزشمند يكي از اهداف اصلي اين تحقيق بود. Cu در راستاي دستيابي به هدف ساخت نانوكامپوزيت NbC ، ابتدا آميژان نانو كامپوزيتي –NbC - به روش سنتز Cu Nb احتراقي ناشي از كار مكانيكي توسط آسياكاري مخلوط پودري مواد اوليه، توليد شد .در سيستم 2O5/CuO/Mg/C واكنش احتراقي خود پيش دقيقه آسياكاري صورت پذيرفت .به 21 رونده در منظور مطالعه چگونگي پيشرفت واكنش اصلي، زيرواكنش اكسيد نايوبيوم به عنوان عامل – هاي اين سيستم مورد بررسي قرار گرفت .واكنش احتراقي منيزيم اصليِ تحريك واكنش كل، تشخيص داده شد كه با انجام آن، گرماي زيادي آزاد شده و دماي سيستم افزايش مي يابد . اين افزايش دما در لحظه احتراق، موجب احياي اكسيد مس توسط منيزيم مي نيز از واكنش نايوبيوم NbC . شود عنصري توليد شده ناشي از احتراق با كربن موجود در مخلوط پودري به دست مي آيد .اين مكانيزم با نتايج حاصل از مشخصه يابي گوناگون هم ارزيابي و مورد تأييد قرار گرفت .اندازه ذرات محصول احتراق TEM و SEM ،XRD چون به ، بهSEM دست آمده از تصاوير . بود03 nm طور متوسط سپس مقادير مناسب از پودر آميژان نانو كامپوزيتي، پس از اسيد شويي و خشك كردن؛ جهت تهيه كامپوزيت پايه درصد حجمي تقويت23 و 95 ،93 ،5 ،3مسي با درصدهاي ساعت آسياكاري؛ 2 با پودر مس، به مدت NbC كننده ، تحت فشار SPSمخلوط شد و به روش ᵒ و در دماي 53 MPa تف 153 C جوشي شدند .چگالي نسبي نمونه هاي تف كاهش يافت .يكي از علل اين ‌%11.9تا ‌%15.5،‌از‌NbC درصد 23 جوش شده از نمونه مس خالص تا نمونه با موضوع به امكان كم ترِ تف جوشي در نمونه به‌NbC هاي با درصد بيشتر . )است 9413 °C( واسطه نقطه ذوب بالاي آن ميكروسختي نمونه ويكرز براي نمونه 292.2 و 919.2 ،921.9 ،942.1 ،999.1 ها و 95 ،93 ،5 ،3 هاي به ترتيب با به‌NbC درصدحجمي 23 دست آمد، كه با انتظار افزايش سختي ناشي از افزايش تقويت در كامپوزيت، ‌NbC كننده تطابق داشت. استحكام كششي نمونه درصد حجمي 93 ها از نمونه مس خالص كه كاملاً داكتيل بوده، تا نمونه با درصد حجمي 23 و 95روند افزايشي و از آن به بعد براي دو نمونه با ‌،MPa 929.1 و 211.9 ،222.0 به ترتيب NbC روند كاهشي داشته است .روند كاهشي استحكام را به اين صورت مي ‌،MPa 229.4 و 203.2 ، به ترتيبNbC توان با توجه به ابعاد نانو، موجب نزديك شدن آنها به يكديگر مي NbC توضيح داد :زياد شدن ذرات شود .نزديك شدن به هم، موجب اتصال ريز ترك NbCذرات هاي جوانه زده در مرز اتصال زمينه به تقويت كننده، در تنش هاي پايين تر مي شود .بنابراين شكست قطعه در تنش هاي پايين اتفاق مي افتد.

1399/04/24

Solid-state combustion synthesis and evaluation of mechanical properties of Cu-NbC nanocomposite

6/7/2020 12:00:00 AM

Due to the wide range of applications of Cu-NbC nanocomposites in electric and electronic industries, thermal managements, and abrasive applications, the synthesis and evaluation of the physical and mechanical properties of this nanocomposite were considered. Using a simple synthesis method for the first time and inexpensive raw materials to achieve the expensive and valuable products was one of the main benefits of this research. In order to achieve the goal of manufacturing Cu-NbC nanocomposite, NbC-Cu nanocomposite was initially produced by a magnesiothermic combustion in the mechanically induced self-propagating reaction (MSR) regime. In the Nb2O5 / CuO / Mg / C system, the self-propagating combustion reaction occurred at 28 min. In order to study the mechanism of progressing the main reaction, sub-reactions of this system were studied. The combustion reaction of magnesium/niobium oxide has been identified as the main stimulus for the overall reaction, which releases a huge amount of heat and increases the temperature of the system. The increase in temperature at the combustion moment causes the reduction of copper oxide by magnesium. NbC is obtained from the reaction of a product from combustion with carbon in a powder mixture. These sub-reactions were evaluated and confirmed with the results of various characterization techniques by XRD, SEM and TEM. The average particle size of combustion product obtained from the SEM images is about 60 nm. Appropriate amounts of NbC-Cu nanocomposite powder were mixed with copper powder to produce Cu based nanocomposite with 0, 5, 10, 15 and 20 volumetric concentrations of NbC; The milled powder was then sintered by spark plasma sintering (SPS) method under 50 MPa pressure and at 850 °C. By increasing NbC content in the nanocomposite, the relative density of the sintered specimens decreased (from 95.5% for pure copper to 88.1% for the composite with 20 vol.% NbC). Microhardness values for the composite specimens with 0, 5, 10, 15, and 20 vol.% NbC were obtained as 113.9, 147.9, 179.1, 181.7, and 217.2 Vickers, respectively. This corresponds to the increase of the NbC reinforcement in the composite which is a very hard ceramic material. With increasing NbC content, the tensile strength of the nanocomposite increased initially up to 10 vol.% and then decreased. The declining trend of strength after 10 vol.% may be attributed to the agglomeration of nanoscale reinforcements at higher concentraions and formation of clusters which may be detrimental in crack nucleation and growth.