رفتار انبساط حرارتی کامپوزیت‌های Al-4%Cu/SiC ساخته شده به روش متالورژی پودر

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 17، دوره 9، شماره 1، خرداد 1394، صفحه 179-191   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مرتضی طیبی^{* 1}؛ حسن شریفی²؛ حمید غیور³

¹دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه شهرکرد، دانشکده فنی و مهندسی، شهر کرد

²استادیار، دانشگاه شهرکرد، دانشکده فنی و مهندسی، شهر کرد

³استادیار، دانشکده مواد، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، اصفهان

چکیده

در پروژه حاضر، رفتار انبساط حرارتی کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با ذرات SiC تا دمای 500 درجه سانتی‌گراد مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از تجهیزات آنالیز حرارتی استفاده شد. هدف اصلی توضیح حالت رفتار انبساط حرارتی کامپوزیت‌های زمینه آلومینیومی تقویت شده با درصدهای مختلف SiC و نیز تأثیر اندازه‌ی ذرات تقویت‌کننده بر رفتار حرارتی است. که به عنوان مواد پایه در صنایع الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. کامپوزیت‌های با درصد مختلف تقویت‌کننده حاوی (10،15،20 و 25%) و با مش‌بندی‌های مختلف (100،45 و 150 میکرون) ذرات تقویت کننده‌ی SiC که با آلیاژ زمینه‌ی Al-4%Cu و به روش ساخت متالورژی پودر مورد بررسی قرار گرفت. ضریب آنی انبساط حرارتی که تابعی از دما است با پیش‌بینی‌هایی از مدل‌های ترموالاستیک بر اساس مدل شاپری و ترنر مورد قیاس قرار گرفت. رفتار انبساط حرارتی وابسته به عواملی گوناگون نظیر میکروساختار، تغییر شکل زمینه و شرایط تنش‌های داخلی است. وابستگی انحلال مس در آلومینیوم به دما روی ضریب انبساط حرارتی آلیاژ زمینه Al-4%Cu تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر رفتار حرارتی کامپوزیت دارد. با توجه به نتایج آزمایشات با افزایش درصد ذرات سرامیکی کاربید سیلیسیم، مقدار ضریب انبساط حرارتی کامپوزیت‌ کاهش پیدا کرده است.

کلیدواژه‌ها

کامپوزیت Al-4%Cu/SiC؛ ضریب انبساط حرارتی؛ متالورژی پودر؛ مدل‌های ترموالاستیک

مراجع

[1]   T. Schmitt, “Al/SiC composites as a base material for high power”, PCIM Europe, Vol. 6, pp. 70–3, 2000.

 

[2]     T. Huber, H. P. Degischer, G. Lefranc & T. Schmitt, “Thermal expansion studies on aluminium-matrix composites with different reinforcement architecture of SiC particles”, Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 2206–2217, 2006.

 

[3]     J. K. Chen, I. S. Huang, “Thermal properties of aluminum–graphite composites by powder metallurgy”, Composites: Vol. 44B, pp. 698–703, 2013.

 

[4]     B. G. Kim, S. L. Dong & S. D. Park, “Effects of thermal processing on thermal expansion coefficient of a 50 vol. % SiCp/Al composite,” Mater. Chem. Phys, vol. 72, pp. 42–47, 2001.

 

[5]     C. H. Jiang, D. Z. Wang & Z. K. Yao, “Analysis of thermal mismatch stress in the particle reinforced composite”, Act Metall. Sin, Vol. 36 (5), pp. 555–560, 2000.

 

[6]     Y. C. Qin, S. Y. He & D. Z. Yang, “Effect of thermal–mechanical cycling on thermal expansion behavior of boron fiber-reinforced aluminum matrix composite,” Mater. Chem. Phys, Vol. 86, pp. 204–209, 2004.

 

[7]     M. Taya, W. D. Armstrong & M. Dunn, “Analytical study on dimensional changes in thermally cycling of metal matrix composites,” Mater. Sci. Eng, Vol. 143A, pp. 143–154, 1991.

 

[8]     J. B. Fogagnolo, D. Amador, E. M. Ruiz-Navas & J. M. Torralba, “Solid solution in Al–4.5 wt% Cu produced by mechanical alloying”, Materials Science and Engineering A, vol. 433, pp. 45–49, 2006.

 

[9]     K. Mizuuchi, K. Inoue, Y. Agari, T. Nagaoka, M. Sugioka, M. Tanaka, T. Takeuchi, J. Tani, M. Kawahara, Y. Makino & M. Ito, “Processing of Al/SiC composites in continuous solid–liquid co existent state by SPS and their thermal properties”, Composites, vol. 43B, pp. 2012–2019, 2012.

 

[10] R. Arpo´n, J. M. Molina, R. A. Saravanan, C. Garcı´a-Cordovilla, E. Louis & J. Narciso, “Thermal expansion behaviour of aluminium/SiC composites with bimodal particle distributions”, Acta Materialia, Vol. 51, pp. 3145–3156, 2003.

 

[11] R. J. Arsenault & N. Shi, “Dislocation Generation Due to Differences between the Coefficients of Thermal Expansion”, Materials Science and Engineering, Vol. 81, pp. 175-187, 1986.

 

[12] S. Ochiai, “Mechanical Properties of Metallic Composites”, Taylor & Francis, 1993.

 

[13] Z. Wei, P. Maa, H. Wanga, C. Zou, S. Scudino, K. Song, K. G. Prashanth, W. Jiang & J. Eckert, “The thermal expansion behaviour of SiCp/Al–20Si composites solidified under high pressures”, Materials and Design, Vol. 65, pp. 387–394, 2015.

 

[14] W. A. Uju & I. N. A. Oguocha, “A study of thermal expansion of Al–Mg alloy composites containing fly ash”, Materials and Design, Vol. 33, pp. 503–509, 2012.

 

[15] Y. Zhang, J. Li, L. Zhao, H. Zhang & X. Wanga, “Effect of metalloid silicon addition on densification, microstructure and thermal–physical properties of Al/diamond composites consolidated by spark plasma sintering”, Materials and Design, Vol. 63, pp. 838–847, 2014.

 

[16] C. Zhou, G. Ji, Z. Chen, M. Wang, A. Addad, D. Schryvers & H. Wanga, “Fabrication, interface characterization and modeling of oriented graphite flakes/Si/Al composites for thermal management applications”, Materials and Design, Vol. 63, pp. 719–728, 2014.

 

[17] J. M. Lee, S. K. Lee, S. J. Hong & Y. N. Kwon, “Microstructures and thermal properties of A356/SiCp composites fabricated by liquid pressing method”, Materials and Design, Vol. 37, pp. 313–316, 2012.