Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Morteza Shamanian esfahani
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeed Hasani
سعيد حسني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

A study of the effect of aluminum on MoSi2 formation by self-propagation high-temperature synthesis
The MoSi 2 combustion synthesis process in the presence of aluminum was studied in this research. Samples of a powder mixture of molybdenum and silicon (by 1:2 Stoichiometric ratio) were first prepared and a 5 wt% aluminum powder by weight was added to them. First, with thermodynamic consideration, the possibility of the performance of combustion synthesis process in the presence of aluminum, due to adiabatic temperature calculation in inert gas atmospheres and air, was studied. Then, to investigate the effect of the presence of aluminum on the trend of the performance of this process, each of the samples went under self-propagating high temperature synthesis (SHS) process in an air atmosphere. In continuation, in order to perform the phase and structural studies, the products obtained from this process were examined by X-ray diffraction and scanning electron microscope (SEM). Also, simultaneous thermal analysi tests at different heating rates was carried out to study the mechanism of the performance of this process. The results obtained from the X-ray diffraction patterns along with electron microscope studies showed that all the aluminum particles were oxidized during SHS process. Additionally, the MoSi 2 formation among the above particles took place in a more complete manner and the rate of the residual (remaining) reactants was significantly reduced. On the other hand, the thermodynamic calculations also showed that the adiabatic temperature of the combustion front is greatly increased because of the effect of the oxidation of the aluminum particles during the process of combustion synthesis, which is definitely confirmed by the results obtained from the heat profiles and microscopic studies. Accordingly, the results obtained from the phase study of the thermal analysis products of the powder mixtures showed that in the presence of oxygen, there is no possibility for the formation of MoSi 2 due to the tendency of the molybdenum particles to violent oxidation. Also, according to the role of aluminum during the performance of MoSi 2 combustion synthesis process, the process of the oxidation of the powder of aluminum particles was studied as well. While, because of the effectiveness of this amorphous oxide layer, this process is carried in a multi-stage and in a complex manner in non-isothermal conditions, in other word, the mechanism and rate of oxidation depend on the heating rate. The results of the studies of thermal analysis, the phase and structural studies performed on the products obtained from this test showed that in non-isothermal conditions, the rate of oxidation is very limited before reaching 1000 ? C. This is done while the results of the X-ray diffraction analysis obtained from the products resulted from these analysis showed that even after passing through this stage there was still a rather significant amount of the remaining aluminum in the products.
در اين تحقيق فرايند سنتز احتراقي MoSi 2 در حضور آلومينيم مورد مطالعه قرار گرفت. بدين منظور نمونه هايي از مخلوط پودري موليبدن و سيليسيم (با نسبت استوکيومتري 1:2) تهيه و به ميزان 0 و 5 درصد وزني پودر آلومينيم به آنها اضافه گرديد. در ابتدا به لحاظ ترموديناميکي امکان انجام فرايند سنتز احتراقي در حضور آلومينيم، بواسطه محاسبه دماي آدياباتيک در اتمسفرهاي خنثي و هوا، مورد بررسي قرار گرفت. سپس به منظور بررسي تاثير حضور آلومينيم بر روند انجام اين فرايند، هر يک از نمونه ها تحت آزمايش سنتز احتراقي به صورت خود پيشرونده (SHS) در اتمسفر هوا قرار گرفتند. در ادامه به منظور بررسي هاي فازي و ساختاري، محصولات حاصل از اين فرايند تحت آزمون پراش پرتو ايکس (XRD) و دستگاه ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) قرار گرفتند. همچنين جهت بررسي مکانيزم انجام اين فرايند از دستگاه STA جهت آزمون هاي آناليز حرارتي (با سرعت هاي گرم کردن مختلف نظير 10، 15، ?C/min 20 و ...) استفاده گرديد. نتايج حاصل از مطالعات فازي و ساختاري نشان داد که در حين انجام فرايند سنتز احتراقي نه تنها تمام ذرات آلومينيم اکسيد شد ه بلکه فرايند تشکيل MoSi 2 ناشي از واکنش بين ذرات موليبدن و سيلسيم به صورت کامل تري انجام گرفته، بطوريکه به شدت از ميزان مواد واکنش نيافته کاسته شده است. از سويي ديگر محاسبات ترموديناميکي نيز نشان دادند که در اثر اکسيداسيون ذرات آلومينيم در حين انجام فرايند سنتز احتراقي، دماي آدياباتيک جبهه احتراق به شدت افزايش مي يابد که اين امر با کمک نتايج حاصل از پروفيل هاي حرارتي و بررسي هاي ميکروسکوپي به خوبي تاييد شده است. در اين بين، نتايج حاصل از فازشناسي محصولات آناليز حرارتي مخلوط هاي پودري نشان دادند که در حضور اکسيژن به دليل تمايل به اکسيداسيون شديد ذرات موليبدن، امکان تشکيل ترکيب بين فلزي MoSi 2 برقرار نمي شود و پيک هاي ارائه شده در اين منحني ها در واقع ناشي از اکسيداسيون اين ذرات بوده اند. با توجه به اين نتايج، به خوبي مشخص شد که تشکيل MoSi 2 از مخلوط پودري Mo+2Si به شدت وابسته به نوع اتمسفر حاکم و سرعت گرم کردن است. همچنين در بخشي از اين بررسي با توجه به نقش آلومينيم در روند انجام فرايند سنتز احتراقي MoSi 2 ، فرايند اکسيداسيون ذرات پودري آلومينيم نيز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بررسي ها نشان دادند که با توجه به حضور پوسته اکسيدي آمورف روي سطح ذرات آلومينيم، اکسيداسيون اين ذرات تحت شرايط ايزوترم و غيرايزوترم به صورت کاملاً متفاوتي صورت مي گيرد. در واقع تحت شرايط ايزوترم (دماهاي بالاتر C? 700)، اين پوسته اکسيدي به دليل عدم استحکام بالا، نمي تواند اثر خاصي بر روند اکسيداسيون بگذارد، در حالي که در شرايط غير ايزوترم به دليل اثرگذاري اين پوسته اکسيدي، اين فرايند به صورت کاملاً پيچيده و در مراحل متعددي صورت مي گيرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی