Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Edris
حسین ادریس (استاد راهنما)
 
STUDENT
Yahya Mohammad ali sharifi
یحیی محمدعلی شریفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Effect of Mechanically Activated SiO2 Powder on Fabricated of Al2O3/SiC Composite by Self Propagating High Temperature Synthesis (SHS) Method
The production costs of refractory materials, composites and some intermetallic ternary compounds by traditional and conventional industrial methods that in which the because of high temperature furnaces requirements and time consuming methods are very high. However, the self-propagation high-temperature synthesis (SHS) as a promising, economical and alternative route can be used to produce these kinds of materials. The SHS process is a kind of controlled combustion synthesis and in which wide range of unique materials can be produced with high exothermic reactions between powder compounds. On the other word, the SHS process is a self-energy consume process. In the SHS process, the generated heat of raw materials is utilized to progressive of reaction. Also, mechanical activation can be used to eliminate some parameters such as additives, to optimize the physical and mechanical properties of products, to increase the activity of raw materials, and to improve the SHS process. In the mechanical activated SHS process, the effective parameters of mechanical activation such as the temperature, the milling time, the weight and the type of balls and others have great effects on the process. Al 2 O 3 -SiC composite is on of the ceramic materials that can be fabricated by the SHS process. Because of some features such as mechanical, thermal and tribological properties, this composite is an attractive candidate for cutting tools, abrasive materials and high temperature applications. Therefore, in this study, Al 2 O 3 -SiC powder composite has been produced by the self-propagation high-temperature synthesis (SHS), using Al, SiO 2 , and C powders as raw materials. In this work, in order to eliminate the additives such as KNO 3 and polyvinyl alcohol, the raw powders have been mechanically activated. Because of some problems concerning the mechanical activation of aluminum and carbon powders, only SiO 2 powder has been mechanically activated. The stoichiometry ratio of SiO 2 , Al and C powders was selected as 3:4:3. In this study, also, the effect of the molar ratio of carbon as well as mechanical activation has been investigated. The effect of some parameters such as the mechanical activation time and carbon content on the products of SHS process has been investigated via XRD, SEM and thermal analysis of combustion front temperature. The results of XRD showed that by the mechanical activation of about 15-30min and in the 5 molar ratio of carbon, Al 2 O 3 -SiC powder composite can be produced by SHS, without any other phases or raw materials. However, at the low molar ratio of carbon and the short times of mechanical activation, Si as a result of SiO 2 decomposition has been detectable in the products. On the other hand, with increasing the carbon content up to higher than the stoichiometry level and activation time of about 30min, Al 2 OC phase has bee appeared in the products. Moreover, SEM results of products showed that with increasing the activation time of 5 molar ratio-carbon samples, the difference in the particle sizes decreased and the elements distribution improved. Also, the maximum combustion front temperature can be controlled by activation time and carbon molar ratio. This parameter is an important value for the formation of desirable phase in the final product. Keywords: self-propagation high-temperature synthesis (SHS), mechanical activation, Al 2 O 3 -SiC composite, powder, planetary ball mill
تولید مواد نسوز، کامپوزیتها، برخی ترکیبات بین فلزی و ترکیبات سه تایی با روشهای سنتی و صنعتی متداول، به دلیل استفاده از تجهیزاتی مانند کوره های دمای بالا، صرف زمانهای طولانی و غیره هزینه تولید بسار بالا بوده و حتی در برخی موارد این مواد با روشهای متداول به سادگی تولید نمی گردند. با این‌حال از فرایند سنتز خود انتشار دمای بالا (SHS) به عنوان یک روش اقتصادی جایگزین رو به پیشرفت می‌توان برای تولید این نوع مواد استفاده کرد. سنتز خود انتشار دمای بالا شکل کنترل شده ای از فرآیند سنتز احتراقی است که در آن از واکنشهای مشتعل شونده شدیداً گرمازا بین اجزای پودری، طیف گسترده ای از مواد منحصر بفرد تولید که از لحاظ انرژی این فرآیند خودکفا می باشد. در فرایند SHS از گرمای ایجاد شده بین مواد اولیه برای پیشرفت واکنش استفاده می‌گردد. همچنین به منظور حذف برخی پارامترها نظیر فعالسازها و بهینه کردن خواص فیزیکی و مکانیکی محصولات واکنش از فعالسازی مکانیکی به منظور بالا بردن واکنش پذیری واکنشگرها و بهبود فرآیند استفاده می گردد. در فرآیند SHS فعال شده مکانیکی پارامترهای موثر در فعال سازی مکانیکی نظیر دما، مدت زمان آسیاب، وزن و جنس گلوله ها، اتمسفر آسیاب و غیره تأثیر بسزایی در فرآیند دارند. کامپوزیت Al 2 O 3 -SiC یکی از موادی است که می‌تواند از طریق فرایند SHS تولید گردد. به دلیل برخی از ویژگی‌های مکانیکی، حرارتی و تریبولوژیکی این کامپوزیت سرامیکی از آن می‌توان به خوبی برای تولید ابزارهای برشی، مواد ساینده و و دیگر کاربردهای دمای بالا استفاده کرد. بنابراین در این پژوهش، تولید پودر کامپوزیت Al 2 O 3 -SiC به روش سنتز خود انتشار دمای بالا (SHS) از مواد اولیه پودرهای Al، SiO 2 و C مد نظر قرار گفته است. در این تحقیق به منظور حذف فعالسازهایی نظیر KNO3 و پلی وینیل الکل پودرهای اولیه فعال سازی می گردند. با توجه به مشکلات ناشی از آسیاب کاری مخلوط پودرها و همچنین به علت بالا بودن میزان فعالیت پودرهای آلومینیم و کربن به علت ریز بودن بیش از حد ذرات این پودرها، لذا فقط پودرهای SiO2 آسیاب کاری می شوند. نسبت استوکیومتری پودرهای SiO2:Al:C برابر با 3:4:3 می باشد لیکن در این پژوهش علاوه بر فعالسازی مکانیکی تأثیر تغییر مقدار استوکیومتری کربن نیز بررسی شده است. تاثیر پارامترهایی مانند زمان فعال‌سازی مکانیکی و درصد کربن بر محصولات واکنش SHS توسط پراش‌سنج اشعه‌ی ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و آنالیز حرارتی دمای جبهه‌ی احتراق مورد بررسی قرار گرفت. نتایج XRD نشان داد که با انجام فعال‌سازی مکانیکی در حدود 30-15 دقیقه در نسبت استوکیومتری کربن 5، کامپوزیت Al 2 O 3 -SiC را می‌توان بدون حضور دیگر فازها یا مواد اولیه از طریق SHS تولید کرد. حال آنکه در نسبتهای کمتر کربن و زمان‌های کوتاه فعال‌سازی، Si در نتیجه‌ی تجزیه‌ی SiO 2 در محصولات قابل تشخیص است. از سوی دیگر با افزایش میزان کربن به بیش از مقدار استوکیومتری و انجام فعال‌سازی در حدود 30 دقیقه، فاز Al 2 OC در محصولات مشاهده می‌گردد. نتایج SEM نشان داد که با افزایش زمان فعال‌سازی در نمونه‌های با نسبت مولی کربن 5، علاوه‌بر کاهش اختلاف اندازه ذرات، توزیع عناصر نیز بهبود پیدا کرده است. همچنین با کنترل زمان فعال‌سازی و مقدار کربن می‌توان حداکثر دمای جبهه‌ی احتراق را به خوبی کنترل کرد که این عامل در تعیین فازهای مطلوب در محصول نهایی بسیار موثر است. کلمات کلیدی: سنتز خود انتشار دمای بالا (SHS)، فعالسازی مکانیکی، کامپوزیت Al 2 O 3 -SiC، پودر، آسیاب گلوله ای.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی