Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Mehdi Ahmadian
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مهدي احمديان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Nourbakhsh Habib Abadi
محمد نوربخش حبيب آبادي

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.
چکيده ترکيب بين فلزي دي سيليسيد موليبدن (MoSi 2 )، يکي از مهم ترين ترکيبات سيليسيدي مورد استفاده در دماهاي بالا است که داراي چگالي نسبتاً پايين، هدايت الکتريکي و حرارتي خوب و مقاومت عالي در برابر اکسيداسيون در دماهاي بالاست. با اين حال، اين ترکيب در دماهاي مياني مقاومت به اکسيداسيون پايين دارد. در اين پژوهش، به منظور کاهش اين عيب، ساخت ترکيب بين فلزي (MoSi 2 ) در حضور زيرکونيم، به دو روش سنتز احتراقي خود پيشرونده و سنتز انفجاري، مورد بررسي قرار گرفته است. از اين رو نمونه هايي با نسبت استوکيومتري مناسب از پودرهاي سيليسيم و موليبدن به همراه درصدهاي وزني صفر، 2، 5، 7 و 10، از پودر زيرکونيم، تهيه شده و سپس در اتمسفر هوا و آرگون تحت فرايندهاي سنتز احتراقي قرار گرفتند. در ادامه به منظور بررسي فازي، ترکيب شيميايي و ساختارهاي ايجاد شده، نمونه ها تحت آزمون هاي پراش پرتو ايکس (XRD) و طيف سنجي توزيع انرژي پرتو ايکس (EDS) قرار گرفته و تصاوير ميکروسکوپي الکتروني و ميکروسکوپي نوري تهيه شدند. براي تعيين اثر زيرکونيم بر مکانيزم تشکيل MoSi 2 در حين فرآيندهاي سنتز احتراقي، از روش سريع سرد کردن موج احتراق استفاده شد. همچنين پروفيل دمايي و چگونگي روند پيشروي موج احتراق نمونه هاي سنتز احتراقي خود پيشرونده، مورد بررسي قرار گرفتند. بر اساس نتايج به دست آمده مشخص گرديد که با افزايش مقدار زيرکونيم، گرماي ناشي از تشکيل ترکيبات ZrO 2 ، ZrSi 2 و انحلال زيرکونيم در ساختار دي سيليسيد موليبدن، باعث افزايش سرعت حرکت موج احتراق خود پيشرونده مي شود. اما اين مقدار در اتمسفر آرگون در مقايسه با اتمسفر هوا به دليل عدم تشکيل اکسيد زيرکونيم، کمتر است. در نمونه هاي سنتز انفجاري با افزايش مقدار زيرکونيم، دماي لازم براي شروع احتراق، کاهش يافته به طوري که در اتمسفر آرگون از دماي 1395 درجه ي سانتي گراد، در نمونه ي بدون زيرکونيم به 1050 درجه ي سانتي گراد در نمونه ي با 10 درصد وزني زيرکونيم مي رسد. اما با توجه به شکل گيري SiO (g) در اثر واکنش گرماگير سيليسم با SiO 2 ، در تمامي نمونه ها، دماي شروع احتراق در اتمسفر هوا نسبت به اتمسفر آرگون با افزايش، همراه خواهد بود. همچنين بر روي نمونه هايي که تحت فرايند سنتز احتراقي خود پيشرونده و در اتمسفر هوا قرار گرفته بودند، آزمون اکسيداسيون، انجام گرفت که مشاهده شد، مقاومت به اکسيداسيون نمونه ي زيرکونيم دار، نسبت به نمونه ي بدون زيرکونيم، در دماهاي مياني بيشتر است. در مجموع نتايج حاصل از ساخت نمونه هاي سنتز شده نشان مي دهد که حضور زيرکونيم، نه تنها مي تواند منجر به کاهش دماي شروع واکنش ها و افزايش سرعت پيشروي موج احتراق شود، بلکه با حضور در ساختار دي سيليسيد موليبدن، مقاومت به اکسيداسيون در دماهاي مياني را نيز افزايش مي دهد. کلمات کليدي دي سيليسيد موليبدن، زيرکونيم، سنتز احتراقي خود پيشرونده، سنتز انفجاري، دماي احتراق، مقاومت به اکسيداسيون

ارتقاء امنیت وب با وف بومی