Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مهدی احمدیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Nourbakhsh Habib Abadi
محمد نوربخش حبیب آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Fabrication of MoSi2 Intermetallic Compound by Combustion Synthesis Process in the Presence of Zirconium
Molybdenum disilicide intermetallic (MoSi 2 ) compound is one of the most important high temperature silicide compounds which features relatively high density, good electrical and thermal conduction and excellent high temperature oxidation resistance. Despite the excellent resistance to high temperature oxidation, low resistance to oxidation at intermediate temperatures have been reported for this compound. In the present study, self-propagating high temperature (SHS) and thermal explosive (TE) synthesis methods were used to fabricate MoSi 2 compound in the presence of zirconium with the aim to eliminate this problem. In continuation, to evaluate the effect of these methods, specimens with the appropriate stoichiometric ratios of silicon and molybdenum powders with 0, 2, 5, 7 and 10 wt% of zirconium powder were synthesized under air and argon atmospheres. Microstructural observations were made by using optical and scanning electron microscopes; in addition, X-ray diffraction (XRD) analysis and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used for phase and chemical composition identification. In order to determine the effect of the zirconium on the mechanism of formation of MoSi 2 during combustion synthesis, fast cooling of burning sample (frozen combustion wave) was applied. Furthermore, temperature profile and propagation of combustion wave were investigated for specimen of synthesized by SHS method. Obtained results indicate that by increasing the zirconium content increases heat amount released during formation of ZrO 2 and ZrSi 2 and solution of zirconium in the structure of MoSi 2 and so that leading to an increase in the velocity of the combustion wave. However, this effect is less significant for specimens of synthesized under argon atmosphere. For explosively synthesized specimens, the ignition temperature decreases with increasing the zirconium content so that this temperature is 1395 o C in sample non zirconium and achieve 1050 o C in sample with 10 wt% zirconium under argon atmosphere. But, with regard to formation of SiO (g) by the endothermic reaction of silicon with SiO 2 , the ignition temperature was increased under air atmosphere in comparison to argon atmosphere. Finally, oxidation tests were performed on specimens of synthesized by SHS process under air atmosphere. A higher intermediate temperature oxidation resistance was obtained for specimens containing zirconium compared to that of zirconium free ones. Therefore, obtained results reveal that addition of zirconium not only results in reduction of ignition temperatures and increase in the velocity of the combustion wave, but also improves the intermediate temperature oxidation resistance. Keywords : Molybdenum disilicide, Zirconium, Self-propagating high temperature synthesis, Thermal explosive, Ignition temperature, oxidation resistance.
ترکیب بین فلزی دی سیلیسید مولیبدن (MoSi 2 )، یکی از مهم ترین ترکیبات سیلیسیدی مورد استفاده در دماهای بالا است که دارای چگالی نسبتاً پایین، هدایت الکتریکی و حرارتی خوب و مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دماهای بالاست. با این حال، این ترکیب در دماهای میانی مقاومت به اکسیداسیون پایین دارد. در این پژوهش، به منظور کاهش این عیب، ساخت ترکیب بین فلزی (MoSi 2 ) در حضور زیرکونیم، به دو روش سنتز احتراقی خود پیشرونده و سنتز انفجاری، مورد بررسی قرار گرفته است. از این رو نمونه هایی با نسبت استوکیومتری مناسب از پودرهای سیلیسیم و مولیبدن به همراه درصدهای وزنی صفر، 2، 5، 7 و 10، از پودر زیرکونیم، تهیه شده و سپس در اتمسفر هوا و آرگون تحت فرایندهای سنتز احتراقی قرار گرفتند. در ادامه به منظور بررسی فازی، ترکیب شیمیایی و ساختارهای ایجاد شده، نمونه ها تحت آزمون های پراش پرتو ایکس (XRD) و طیف سنجی توزیع انرژی پرتو ایکس (EDS) قرار گرفته و تصاویر میکروسکوپی الکترونی و میکروسکوپی نوری تهیه شدند. برای تعیین اثر زیرکونیم بر مکانیزم تشکیل MoSi 2 در حین فرآیندهای سنتز احتراقی، از روش سریع سرد کردن موج احتراق استفاده شد. همچنین پروفیل دمایی و چگونگی روند پیشروی موج احتراق نمونه های سنتز احتراقی خود پیشرونده، مورد بررسی قرار گرفتند. بر اساس نتایج به دست آمده مشخص گردید که با افزایش مقدار زیرکونیم، گرمای ناشی از تشکیل ترکیبات ZrO 2 ، ZrSi 2 و انحلال زیرکونیم در ساختار دی سیلیسید مولیبدن، باعث افزایش سرعت حرکت موج احتراق خود پیشرونده می شود. اما این مقدار در اتمسفر آرگون در مقایسه با اتمسفر هوا به دلیل عدم تشکیل اکسید زیرکونیم، کمتر است. در نمونه های سنتز انفجاری با افزایش مقدار زیرکونیم، دمای لازم برای شروع احتراق، کاهش یافته به طوری که در اتمسفر آرگون از دمای 1395 درجه ی سانتی گراد، در نمونه ی بدون زیرکونیم به 1050 درجه ی سانتی گراد در نمونه ی با 10 درصد وزنی زیرکونیم می رسد. اما با توجه به شکل گیری SiO (g) در اثر واکنش گرماگیر سیلیسم با SiO 2 ، در تمامی نمونه ها، دمای شروع احتراق در اتمسفر هوا نسبت به اتمسفر آرگون با افزایش، همراه خواهد بود. همچنین بر روی نمونه هایی که تحت فرایند سنتز احتراقی خود پیشرونده و در اتمسفر هوا قرار گرفته بودند، آزمون اکسیداسیون، انجام گرفت که مشاهده شد، مقاومت به اکسیداسیون نمونه ی زیرکونیم دار، نسبت به نمونه ی بدون زیرکونیم، در دماهای میانی بیشتر است. در مجموع نتایج حاصل از ساخت نمونه های سنتز شده نشان می دهد که حضور زیرکونیم، نه تنها می تواند منجر به کاهش دمای شروع واکنش ها و افزایش سرعت پیشروی موج احتراق شود، بلکه با حضور در ساختار دی سیلیسید مولیبدن، مقاومت به اکسیداسیون در دماهای میانی را نیز افزایش می دهد. کلمات کلیدی دی سیلیسید مولیبدن، زیرکونیم، سنتز احتراقی خود پیشرونده، سنتز انفجاری، دمای احتراق، مقاومت به اکسیداسیون

ارتقاء امنیت وب با وف بومی