Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour
مسعود پنجه پور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad hosein Shahzeydi
محمدحسین شاه زیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Fabrication of highly porous copper foam via powder metallurgy route and its characterization
Features such as high strength to weight ratio; high energy, sound and vibration absorption and high heat transfer have caused the metallic foams to receive a considerable amount of attention from many researchers in recent years. The determining factor for the application of these materials is their structural properties that in this regard, porosity percent, size and shape of pores and complexity of the channels between the pores can be noted. Then the use of metallic foams in every application requires a method of fabrication to achievement a suitable structural properties. Therefore, in the present study, manufacturing method for the fabrication of highly porous copper foam (nearly 90 percent) and controlled pore size in order to use of them in catalysts and heat and mass transfer processes, was developed. The metallurgy powder process with sodium carbonate as a new space holder has been used to produce copper foams. At first to changing shape of copper powder, mechanical activation of them was performed for 4 hours at a rotating speed of 350 rpm. The ball-milled Cu powder was mixed with sodium carbonate powder with a volume fraction of 70, 80, 85 and 90% and then, powder mixture was uniaxially pressed in a steel mold at the pressure of 250 MPa. Afterward, the sintering and sodium carbonate removal of samples was performed. To determine the sintering temperature of copper and decomposition temperature of sodium carbonate, thermal analysis (DTA –TG) of copper and sodium carbonate powder was performed. Regarding the obtained results, sintering temperature and carbonate thermal decomposition temperature were respectively selected at 800 and 950 °C. The results of structural analysis of foams showed, the used fabrication method have a high ability to producing highly porous open-pore copper foams with controlled porosity percent and pore size. With regard to the tension analysis of cell walls, caused by the decomposition of sodium carbonate is the main reason of pores opening. The mechanical properties studying of samples showed with increasing of porosity percent, the flexural strength decreases linearly. The results of air permeability indicated good permeability of produced foams so that the permeability coefficient for all samples is in the range of 10 -10 m 2 . It also became clear that channels in the structure of foam sample have a great influence on the properties of the fluid permittivity so that by changing the entry and exit of the fluid in the samples, foam permeability parameters are changed much. The results of this study concluded that the fabricated copper foams have the special features allow using of them in heat and mass transfer processes. Keywords: Heat and mass transfer processes, Fuel cell, Copper foam, Powder metallurgy, Space holder.
ویژگی هایی همچون نسبت استحکام به وزن بالا، توانایی بالا در جذب انرژی و صدا، قابلیت جذب ارتعاش و انتقال حرارت بالا موجب شده است که فوم های فلزی در سال های اخیر مورد توجه بسیاری از محققین قرار گیرند. عامل تعیین کننده نوع کاربرد این مواد، پارامترهای ساختاری آن ها می باشد که در این خصوص می توان به پارامترهایی همچون درصد تخلخل، اندازه، شکل و باز یا بسته بودن حفره ها و میزان پیچیدگی کانال های بین حفره ها اشاره کرد. با توجه به این موضوع استفاده از فوم های فلزی در هر کاربردی نیازمند طراحی روش ساخت فوم جهت دستیابی به پارامترهای ساختاری مناسب می باشد. بر این اساس در تحقیق حاضر ، روش ساختی مناسب جهت تولید فوم های مسی با تخلخل بالا (نزدیک 90 درصد) و اندازه حفره های کنترل شده به منظور استفاده از آن ها در کاتالیزورها و فرآیندهای انتقال جرم و حرارت، طراحی گردید. برای تولید فوم های مسی از فرآیند متالورژی پودر با استفاده از عامل فضاساز کربنات سدیم (به عنوان یک عامل فضاساز جدید) استفاده گردید. به این منظور ابتدا عملیات آسیا کاری پودر مس به مدت 4 ساعت و با سرعت 350 دور بر دقیقه جهت تغییر مورفولوژی پودر از کروی به گوشه دار انجام گرفت. سپس پودر مس آسیا کاری شده و پودر کربنات سدیم با درصدهای حجمی 70، 80، 85 و 90 مخلوط گردیده و تحت عملیات پرس سرد با فشار 250 مگاپاسکال در قالب فولادی قرار گرفتند. در نهایت نمونه های پرس شده تحت عملیات تف جوشی و حذف عامل فضاساز قرار گرفته و فوم های نهایی تولید شدند. جهت تعیین دمای تف جوشی مس و تجزیه کربنات سدیم، آنالیز حرارتی پودر مس و پودر کربنات سدیم انجام گرفت. با توجه به نتایج این آزمون، دمای عملیات تف جوشی و حذف عامل فضاساز به ترتیب 800 و 950 درجه سانتیگراد انتخاب گردید. نتایج حاصل از بررسی های ساختاری فوم های تولیدی نشان داد که روش تولید استفاده شده در این تحقیق از قابلیت بالایی در تولید فوم های مسی با حفره های باز و درصد تخلخل بالا و در عین حال اندازه حفره ها و درصد تخلخل کنترل شده برخوردار می باشد. از این رو جهت تعیین مکانیزم باز شدن حفره ها، آنالیز تنش بر روی دیواره حفره ها انجام گرفت که نتایج آن نشان داد، عامل اصلی باز شدن حفره ها، فشار گاز CO 2 ناشی از تجزیه کربنات سدیم می باشد. بررسی خواص مکانیکی فوم های تولیدی نیز نشان داد که با افزایش درصد تخلخل، میزان استحکام خمشی آن ها به صورت خطی کاهش می یابد. نتایج آزمون نفوذپذیری هوا نشانگر نفوذپذیری مناسب فوم های تولیدی بود به گونه ای که ضریب نفوذپذیری ویژه در تمامی نمونه ها در محدوده m 2 10- 10 می باشد. همچنین مشخص گردید که کانال های نفوذی موجود در ساختار نمونه تأثیر زیادی روی خاصیت گذردهی سیال فوم ها دارد به گونه ای که با تغییر سطح ورود و خروج سیال در هنگام آزمون نفوذپذیری هوا، پارامترهای نفوذپذیری فوم ها تغییر زیادی می کند. نتایج به دست آمده از این تحقیق نشان داد که فوم های مسی تولید شده با استفاده از عامل فضاساز کربنات سدیم، از خصوصیات ویژه ای برخوردارند که استفاده از آن ها در فرآیندهای انتقال جرم و حرارت را میسر می سازد. کلمات کلیدی: فرآیندهای انتقال حرارت و انتقال جرم، پیل سوختی، فوم مسی، متالورژی پودر، عامل فضاساز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی