تاثیر اکسیدنیوبیوم (Nb2O5)بر روی رفتار تف جوشی کامپوزیت Al2O3-ZrO2

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 2، دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 44، خرداد 1397، صفحه 11-24   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

حسین خوارزمی پور^{* 1}؛ خلیل رنجبر²

¹دانشگاه آزاد اهواز

²استاد دانشگاه چمران

چکیده

در این تحقیق تاثیر افزودن اکسید نیوبیوم بر ریز ساختار و پایداری فاز زیرکونیا در نمونه تف جوشی کامپوزیت آلومینا- زیرکونیا پس از آسیابکاری مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از پودر های آلومینا و زیرکونیا به عنوان مواد اولیه و از پودر اکسیدنیوبیوم به عنوان ماده افزودنی استفاده شد. تمام کامپوزیت های آلومینا-زیرکونیا دارای زیرکونیا ثابت برابر با 10درصدوزنی هستند و اکسید نیوبیوم به میزان 1درصدوزنی به نمونه های کامپوزیت افزوده شد. پودرهای کامپوزیت بصورت محوری تحت فشار درون قالب قرص مانند قرار گرفتند، سپس نمونه ها در دمای 1300 تا 1500 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعت درون کوره عملیات حرارتی تف جوشی شدند. در شناسایی فازها از پراش اشعه ایکس و برای بررسی ریزساختارها از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. بررسی ها و نتیجه آزمایشات نشان داد که اکسید نیوبیوم تاثیر شگرفی بر چگالی تف جوشی دارد و چگالی را تا 75/3 گرم بر سانتیمترمکعب افزایش داد. از طرفی دیگر اندازه دانه های زمینه پس از تف جوشی تا 19/2 میکرون افزایش یافته و از میزان فاز های تتراگونال به میزان زیادی کاسته شد. در این تحقیق تاثیر این اکسید بر مکانیزم تف جوشی کامپوزیت آلومینا- زیرکونیا و همچنین پایداری فاز تتراگونال زیرکونیا مورد بحث و تحلیل قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

کامپوزیت آلومینا-زیرکونیا؛ اکسیدنیوبیوم؛ اندازه دانه؛ فاز زیرکونیا؛ تف جوشی

مراجع

[1]      ن، سلطانی، "آشنایی با کامپوزیت های زمینه فلزی،پلیمری،سرامیکی و فرآیند های ساخت"، چاپ اول، تهران: انتشارات جهان جام جم، 1387.

 

[2]    Azhar & L. Chun Choong, “Effects of Cr₂O₃ Addition on the Mechanical Properties, Microstructure and Wear Performance of Zirconia Toughened-Alumina (ZTA) CuttingInserts”, Journal of Alloys and Compounds, Vol. 513, pp. 91– 96, 2012.

 

[3]    D. Casellas, “Fracture Toughness of Alumina and ZTACeramics: Microstructural Coarsening Effects”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 143–144, pp. 148–152, 2003.

 

[4]    N. A. Rejab & A. Azhar, “The Relationship between Microstructure and Fracture Toughness of Zirconia Toughened Alumina (ZTA) Added with MgO and CeO₂”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 41, pp. 522–530, 2013.

 

[5]    N. A. Rejab & A. Azhar, “The Effects of CeO₂ Addition on the Physical, Microstructural and Mechanical Properties of Yttria Stabilized Zirconia Toughened Alumina (ZTA)”, International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, Vol. 36, pp. 162–166, 2013.

 

[6]      م. گودرزی، ع. سعیدی و ع. شفیعی، "اثر مقدار آلومینیوم مصرفی بر تولید کامپوزیت زمینه آلومینیوم تقویت شده با ذرات TiN+Al₂O₃ به روش آلیاژسازی مکانیکی"، مجله علمی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال پنجم، شماره اول، بهار1390.

 

[7]    A. M. Hassan, M. Awaad & S. M. Naga, “Toughening and Strengthening of Nb₂O₅ Doped Zirconia/Alumina (ZTA) Composites”, Intertional Journal of Refractory Metals and Hard Matnaerials, Vol. 48, pp. 338-345, 2015.

 

[8]    A. M. Hassan, M. Awaad & S. M. Naga, “Densification Behavior and Mechanical Properties of Niobium-Oxide-Doped Alumina Ceramics”, Journal of Ceramis Science and Technology, Vol. 05, No. 01, pp. 51-56, 2014.

 

[9]    Y. F. Hsu, S. F. Wang, Y. R. Wang & S. C. Chen, “Effect of Niobium Doping on the Densification and Grain Growth in Alumina”, Ceramics International, Vol. 34, pp. 1183–1187, 2008.

 

[10] P. D. E. Louis Winnubst & T. H. P. Leuwerink, “Effect of Calcination on the Sintering of Gel-Derived, Zirconia-Toughened Alumina”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 77, pp. 2376-2380, 1994.

 

[11] R. Gopi Chandran & K. C. PATIL, “Combustion Synthesis and Properties of Mullite-Zirconia Composites”, Journal of Materials Science, Vol. 31, pp. 5773-5779, 1996.

 

[12]    ف، وحیدیان و م، رضوانی، "بررسی سینترپذیری و تبلور شیشه سرامیک  SiO₂-CaO-MgO-Al₂O₃تقویت شده با ذرات نانومتریزیرکونیا"، مجله علمی و پژوهشی فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال ششم، شماره اول، بهار1391.

 

[13] K. Maiti & A. Sil, “Microstructural Relationship with Fracture Toughness of Undoped and Rare Earths (Y, La) Doped Al₂O₃–ZrO₂ Ceramic Composites”, Ceramic International, Vol. 37, pp. 2411–2421, 2011.

 

[14] D. J. kim, H. J. Jung & D. H. Cho, “Phase Transformations of Y₂O₃ and Nb₂O₅ Doped Tetragonal Zirconia During Low Temperature Aging in Air”, Solid State Ionics, Vol. 80, pp. 67-73, 1995.

 

[15] G. K. Layden, “The System AI₂O₃-N b₂O₅”, Journal of The American Ceramic Society-Discussions and Notes, Vol. 46, No. 10, pp. 506, 1963.

 

[16] F. Guo & P. Xiao, “Effect of Fe₂O₃ Doping on Sintering of Yttria-Stabilized Zirconia”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 32, pp. 4157–4164, 2012.

 

[17] Q. Dong, Z. H. Du, T. S. Zhang, J. Lu, X. C. Song & J. Ma, “Sintering and Ionic Conductivity of 8YSZ and CGO10 Electrolytes with Small Addition of Fe₂O₃: A Comparative Study”, International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 34, pp. 7903–7909, 2009.

 

[18] M. M. R. Boutz, A. J. A. Winnubst, F. H. Hartgers, A. J. Burggraaf, “Effect of Additives on Densification and Deformation of Tetragonal Zirconia”, Journal of Materials Science, Vol. 29, pp. 5374–5382, 1994.

 

[19] W. H. Rhodes & R. E. Carter, “Cationic Self-Diffusion in Calcia-Stabilized Zirconia”, Journal of American Ceramic Society, Vol. 49, No. 5, pp. 244–249, 1966.

 

[20] R. J. D. Tilley, “Principles and Applications of Chemical Defects”, Stanley Thornes Ltd, Cheltenham, U.K., 1998.

 

[21] B. F. Pedersen, “The Crystal Structure of Aluminum Niobium Oxide (AlNbO₄)”, Acta Chemica Scandinavica, Vol. 16, pp. 421 – 430, 1962.