بررسی تاثیر عملیات حرارتی بر روی ترمیم ترک، آنالیز فازی، چقرمگی شکست، سختی و ریزساختار نانوکامپوزیت آلومینا-کاربید سیلسیم

نانومواد

مقاله 2، دوره 11، شماره 40، دی 1398، صفحه 211-223   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

امیر فتحی^{* 1}؛ حمیدرضا بهاروندی²

¹آموزشکده فنی و حرفه‌ای میانه، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، ایران

²دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق، برای سنتز نانوکامپوزیت پودر آلومینا (میکرونی/نانو) با 90 درصد حجمی، به همراه 10 درصد حجمی نانوذرات کاربید سیلسیم مخلوط ‌گردید. ترکیب بدست آمده داخل آسیاب پرانرژی همگن شده سپس این ترکیب خشک شده و با استفاده از پرس سرد شکل‌دهی ‌گردید. سپس قطعات خام حاصل به روش پرس گرم به مدت h 2 در دمای °C 1650 و فشار MPa 20 در اتمسفر گاز آرگون تحت زینتر قرار گرفت. در ادامه، عملیات حرارتی نمونه‌ها در دماهای 1200، 1400، 1500 و °C 1600 و در زمان‌های یک و دو ساعت تحت اتمسفر هوا انجام شد. بعد از عملیات حرارتی، نمونه‌های نانوکامپوزیتی توسط آنالیز XRD و SEM قبل و بعد عملیات حرارتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیز فازی نشان داد، که فازهای قبل و بعد از عملیات حرارتی فازهای دلخواه بوده‌اند.با بررسی تصاویر SEM، ترمیم ترک و رفتار ترک مورد بررسی قرار گرفت و با بررسی این نتایج، بعد از عملیات حرارتی خواص ترمیم ترک نانوکامپوزیت، کاملا متحول گردید و شرایط مطلوبتری نسبت به قبل از آن حاصل شد. همچنین با بررسی سختی نمونه‌های عملیات حرارتی شده، تغییر زیادی در سختی حاصل نگردیده است. دستاورد مهم این تحقیق در مورد چقرمگی شکست کامپوزیتنانوآلومینا- نانوکاربید سیلسیم بود کهحدود MPa.m^1/2 56/5 حاصل شد .همچنین، چقرمگی شکست برای نمونه میکرو- نانو در بهترین حالت، مقدار MPa.m^1/2 753/4 بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

آلومینا؛ کاربید سیلسیم؛ نانوکامپوزیت؛ چقرمگی شکست؛ ترمیم ترک

مراجع

• Galusek, D. Galuskova, Nanomaterials, 5, 2015, 115.
• L. Huang, P.K Nayak, "Strengthening Alumina Ceramic Matrix Nanocomposites Using Spark Plasma Sintering", Woodhead Publishing Limited, Sawston 2014, 24.
• Reveron, O. Zaafrani, G. Fantozzi, J. Eur. Ceram. Soc., 30, 2010, 1351.
• Palmero, Nanomaterials, 5, 2015, 656.
• B. Shan, Y.Z. Chen, M.M. Gong, H. Dong, B. Li, F. Liu, J. Mater. Sci., 34, 2018, 599.
• L. Shi, F.M. Xu, Z.J. Zhang, Y.L. Dong, Y. Tan, L. Wang, J.M. Yang, Mater. Sci. Eng., 527, 2010, 4646.
• Ribeiro, G.C. Ribeiro, M.R. Oliveira, Materials Research, 18, 2015, 525.
• Wu, K. Zhou, C.Y. Yue, J. Wei, Y. Pan, Progress in Materials Science, 72, 2015, 1.
• Chen, S. Yang, J. Wu, J.A.G. Perez, Q. Shen, J.M. Schoenung, E.J. Lavernia, L. Zhang, J. Am. Ceram. Soc., 98, 2015, 732.
• W. Kim, K.A. Khalil, J. Am. Ceram. Soc., 89, 2006, 1280.
• A. Gazawi, Ph.D. Thesis, University of Waikato, Hamilton, New Zealand, 2014.
• Wang, C. Xue, Y. Cao, J. Zhao, Ceram. Int., 44, 2018, 5093.
• Cheng, B. Xia, C. Fang, L. Yang, J. Mater. Sci. Technol., 33, 2017, 1187.
• Parchoviansky, D. Galusek, M. Michalek, P. Svancarek, M. Kasiarova, J. Dusza, M. Hnatko, Ceram. Int., 40, 2014, 1807.
• A. Timms, C.B. Ponton, M. Strangewood, Journal of Eur. Ceram. Soc., 15, 2002, 1569.
• Z. Wang, L. Gao, J.K. Guo, Ceramics International, 26, 2000, 391.
• Osada, W. Nakao, K. Takahashi, K. Ando, S. Saito, Journal of the European Ceramic Society, 27, 2007, 3261.
• Po. Liu, K. Ando, B.S Kim, K. Takahashi, International Communications in Heat and Mass Transfer, 36, 2009, 563.
• R. Anatis, P. Chantikul, B.R. Lawn, D.B. Marshall, Journal of the American Ceramic Society, 64, 1981, 533.
• T. Johnson, P. Rokebrand, I. Sigalas, "Microstructure and Properties of Al₂O₃–SiC", Proceedings of the World Congress on Engineering, UK, London, 2014.
• Sciti, J. Vicens, A. Bellosi, Journal of Materials Science, 37, 2002, 3747.
• Sun, J.G. Li, S. Guo, Z. Xiu, K. Duan, X.Z. Hu, J. Am. Ceram. Soc., 88, 2005, 1536.
• Saheb, K. Mohammad, Ceram. Int., 42, 2016, 12330.
• Wang, S. Wang, X. Zhang, P. Hu, W. Han, C. Hong, Alloys and Compounds, 4, 2009, 390.
• H. Zhang, Z. Wang, P. Hu, W.B. Han, C.Q. Hong, Scripta Materialia, 61, 2009, 809.
• Standard test method for Vickers Indentation Hardness of Advan. Ceramics, Book of standard, ASTM C1327-15, 2015.