نقش پایه گرافیتی بر تشکیل ساختار گرادیان ترکیبی C/SiC طی فرایند سمانتاسیون توده‌ای

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 8، دوره 10، شماره 1 - شماره پیاپی 36، خرداد 1395، صفحه 91-98   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

جلیل پوراسد^{* 1}؛ ناصر احسانی²؛ سید علی خلیفه‌سلطانی¹

¹دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

²استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

گرافیت به طور گسترده در ساختارهای دمای بالا مورد استفاده قرار گرفته‌است با این حال، گرافیت از دمای حدود 400 درجه سانتیگراد، به آسانی با اکسیژن واکنش می‌دهد. کاربید سیلیسیم (SiC) با تغییر تدریجی ترکیب در مقیاس میکروسکوپی به عنوان بهترین ماده برای جلوگیری از اکسیداسیون گرافیت شناخته شده است. در این پروژه پوشش SiC بر پنج نوع گرافیت مختلف به روش سمانتاسیون توده‌ای اعمال گردید و رابطه بین ریزساختار و خواص پایه گرافیتی و ساختار پوشش SiC با یافته‌های آزمایشگاهی و محاسبات تئوری بررسی شد. آنالیز پراش اشعه ایکس (XRD) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می‌دهد که در روش سمانتاسیون توده‌ای، پوشش کاربید سیلیسیم با تراکم مناسب با ترکیب Si، C و β-SiC ایجاد می‌شود. نوع گرافیت و خواص آنها نقش مهمی در ریزساختار پوشش تدریجی ایفا می‌کند، به طوری که پوشش تدریجی SiC تنها بر گرافیت با چگالی بالا، گرافیته شده خوب، تخلخل مناسب و با توزیع اندازه حفرات در محدوده 710-600 نانومتر تشکیل می‌شود.

کلیدواژه‌ها

سمانتاسیون توده‌ای؛ پوشش کاربید سیلیسیم تدریجی؛ پایه گرافیتی

مراجع

[1]     E. Fitzer, “Carbon reinforcements and carbon/carbon composites”, Springer Science & Business Media, 1998.

 

[2]     C. R. Thomas, “Essentials of carbon-carbon composites”, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1993.

 

[3]       س. نقیبی، ا. جمشیدی، ز. نعمتی و ح. پایدار، "تأثیر میزان گرافیت و رزین بر خواص دیرگدازهای دولوما گرافیتی"، فصلنامه علمی - پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 4، شماره 4، صفحه 17-24، زمستان 1389.

 

[4]       م. قراخانی بنی، ن. احسانی، م. اسماعیلی و ی. صفایی نائینی، "بررسی ریزساختار و خواص کامپوزیت C/C-SiC دوبعدی ساخته شده با روش نوین تلقیح پلیمر و پیرولیز (PIP)"، فصلنامه علمی پژوهشی فرایندهای نوین در مهندسی مواد، دوره 9، شماره 2، صفحه 157-164، تابستان 1394.

 

[5]     A. Wu, W. Cao, C. Ge, J. Li & A. Kawasaki, “Fabrication and characteristics of plasma facing SiC/C functionally graded composite material”, Materials chemistry and physics, Vol. 91, pp. 545-550, 2005.

 

[6]     X. Yang, C. Zhao-hui & C. Feng, “High-temperature protective coatings for C/SiC composites”, Journal of Asian Ceramic Societies, V0l. 2, pp. 305-309, 2014.

 

[7]     J. Kim, W.-J. Kim, D. Choi, J. Park & W. S. Ryu, “Design of a C/SiC functionally graded coating for the oxidation protection of C/C composites”, Carbon, Vol. 43, pp. 1749-1757, 2005.

 

[8]     Y. L. Zhang, H. J. Li, Q. G. Fu, K. Z. Li, J. Wei & P. Y. Wang, “A C/SiC gradient oxidation protective coating for carbon/carbon composites”, Surface and Coatings Technology, Vol. 201, pp. 3491-3495, 2006.

 

[9]     ASTM C373, “Standard test method for water absorption, bulk density, apparent porosity and apparent specific gravity of fired whiteware products”, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2006.

 

[10] P. Morgan, “Carbon fibers and their composites”, Taylor & Francis Boca Raton, FL, 2005.

 

[11] G. Savage, “Carbon-carbon composites”, Springer Science & Business Media, 1993.

 

[12] S. Rodrigues, M. Marques, I. Suárez-Ruiz, I. Camean, D. Flores & B. Kwiecinska, “Microstructural investigations of natural and synthetic graphites and semi-graphites”, International Journal of Coal Geology, Vol. 111, pp. 67-79, 2013.

 

[13] ISO 20203, “Carbonaceous materials used in the production of aluminium - Calcined coke - Determination of crystallite size of calcined petroleum coke by X-ray diffraction”, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 2005.

 

[14] ASTM D4284, “Standard Test Method for Determining Pore Volume Distribution of Catalysts by Mercury Intrusion Porosimetry”, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2007.

 

[15] K. Kaneko, “Determination of pore size and pore size distribution: 1. Adsorbents and catalysts”, Journal of membrane science, Vol. 96, pp. 59-89, 1994.

 

[16] R. Olesinski & G. Abbaschian, “The C− Si (Carbon-Silicon) system”, Journal of Phase Equilibria, Vol. 5, pp. 486-489, 1984.

 

[17] Q. Zhu, X. Qiu & C. Ma, “Oxidation resistant SiC coating for graphite materials”, Carbon, Vol. 37, pp. 1475-1484, 1999.

 

[18] J. Zhao, G. Wang, Q. Guo & L. Liu, “Microstructure and property of SiC coating for carbon materials”, Fusion Engineering and Design, Vol. 82, pp. 363-368, 2007.

 

J. Zhao, L. Liu, Q. Guo, J. Shi & G. Zhai, “Oxidation protective behavior of SiC/Si–MoSi2 coating for different graphite matrix”, Materials Letters, Vol. 60, pp. 1964-1967, 2006.