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

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.
ويژگي هايي همچون نسبت استحکام به وزن بالا، توانايي بالا در جذب انرژي و صدا، قابليت جذب ارتعاش و انتقال حرارت بالا موجب شده است که فوم هاي فلزي در سال هاي اخير مورد توجه بسياري از محققين قرار گيرند. عامل تعيين کننده نوع کاربرد اين مواد، پارامترهاي ساختاري آن ها مي باشد که در اين خصوص مي توان به پارامترهايي همچون درصد تخلخل، اندازه، شکل و باز يا بسته بودن حفره ها و ميزان پيچيدگي کانال هاي بين حفره ها اشاره کرد. با توجه به اين موضوع استفاده از فوم هاي فلزي در هر کاربردي نيازمند طراحي روش ساخت فوم جهت دستيابي به پارامترهاي ساختاري مناسب مي باشد. بر اين اساس در تحقيق حاضر ، روش ساختي مناسب جهت توليد فوم هاي مسي با تخلخل بالا (نزديک 90 درصد) و اندازه حفره هاي کنترل شده به منظور استفاده از آن ها در کاتاليزورها و فرآيندهاي انتقال جرم و حرارت، طراحي گرديد. براي توليد فوم هاي مسي از فرآيند متالورژي پودر با استفاده از عامل فضاساز کربنات سديم (به عنوان يک عامل فضاساز جديد) استفاده گرديد. به اين منظور ابتدا عمليات آسيا کاري پودر مس به مدت 4 ساعت و با سرعت 350 دور بر دقيقه جهت تغيير مورفولوژي پودر از کروي به گوشه دار انجام گرفت. سپس پودر مس آسيا کاري شده و پودر کربنات سديم با درصدهاي حجمي 70، 80، 85 و 90 مخلوط گرديده و تحت عمليات پرس سرد با فشار 250 مگاپاسکال در قالب فولادي قرار گرفتند. در نهايت نمونه هاي پرس شده تحت عمليات تف جوشي و حذف عامل فضاساز قرار گرفته و فوم هاي نهايي توليد شدند. جهت تعيين دماي تف جوشي مس و تجزيه کربنات سديم، آناليز حرارتي پودر مس و پودر کربنات سديم انجام گرفت. با توجه به نتايج اين آزمون، دماي عمليات تف جوشي و حذف عامل فضاساز به ترتيب 800 و 950 درجه سانتيگراد انتخاب گرديد. نتايج حاصل از بررسي هاي ساختاري فوم هاي توليدي نشان داد که روش توليد استفاده شده در اين تحقيق از قابليت بالايي در توليد فوم هاي مسي با حفره هاي باز و درصد تخلخل بالا و در عين حال اندازه حفره ها و درصد تخلخل کنترل شده برخوردار مي باشد. از اين رو جهت تعيين مکانيزم باز شدن حفره ها، آناليز تنش بر روي ديواره حفره ها انجام گرفت که نتايج آن نشان داد، عامل اصلي باز شدن حفره ها، فشار گاز CO 2 ناشي از تجزيه کربنات سديم مي باشد. بررسي خواص مکانيکي فوم هاي توليدي نيز نشان داد که با افزايش درصد تخلخل، ميزان استحکام خمشي آن ها به صورت خطي کاهش مي يابد. نتايج آزمون نفوذپذيري هوا نشانگر نفوذپذيري مناسب فوم هاي توليدي بود به گونه اي که ضريب نفوذپذيري ويژه در تمامي نمونه ها در محدوده m 2 10- 10 مي باشد. همچنين مشخص گرديد که کانال هاي نفوذي موجود در ساختار نمونه تأثير زيادي روي خاصيت گذردهي سيال فوم ها دارد به گونه اي که با تغيير سطح ورود و خروج سيال در هنگام آزمون نفوذپذيري هوا، پارامترهاي نفوذپذيري فوم ها تغيير زيادي مي کند. نتايج به دست آمده از اين تحقيق نشان داد که فوم هاي مسي توليد شده با استفاده از عامل فضاساز کربنات سديم، از خصوصيات ويژه اي برخوردارند که استفاده از آن ها در فرآيندهاي انتقال جرم و حرارت را ميسر مي سازد. کلمات کليدي: فرآيندهاي انتقال حرارت و انتقال جرم، پيل سوختي، فوم مسي، متالورژي پودر، عامل فضاساز.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی