Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Ahmad Monshi
رحمت اله عمادی (استاد راهنما) احمد منشی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamid Reza Farhadi
حمیدرضا فرهادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Synthesis and characterization of Insitu mullite - Magnesium aluminate Spinel Nanocomposite by Mechanicl Activation Method
Mullite is one of the most important ceramics that show high thermal shock resistance. However the application of mullite is limited by low sinterability, formation at high temperature and low ductility. One of the methods for improving mechanical property of mullite is to add a secondary phase. Magnesium aluminate spinel is one of the oxide ceramics that with its unique properties such as high mechanical strength, it can be used to strengthen the mullite phase. The need for high temperatures to form both the mullite and spinel phases is another factor in the production path of both phases. So the purpose of this study was synthesis and characterization of mullite-magnesium aluminate spinel composite by mechanical activation and review the optimal production conditions. The material used in this study was activated alumina and talc. As received materials were mixed according to stoichiometric ratio and then heat treated to form mullite-magnesium aluminate spinel composite. The effect of activation time, heat treatment temperature and using of industrial talc on the phase transformation and crystallite size of the composite were investigated. Various techniques were employed to evaluate and characterize the produced product. To evaluate the phase structure and support of appearance of desirable phases in obtained composition, X- ray diffraction (XRD) technique was used. Thermal gravimetry analysis (TGA) was used to evaluate the thermal behavior of produced product. To investigate the morphology and particle size distribution of starting and obtained powders, scanning electron microscopy (SEM) was employed. Also, morphology and crystallite size nanocrystalline composite powders were characterized by transition electron microscopy (TEM). Energy dispersive X-ray (EDX) was used to detect the elemental change in different phases. The result showed that lack of purity in raw materials causing delayed the formation of the mullite at higher temperatures and the formation of forsterite in the structure. Also the result showed that by changing the mechanical activation parameters including increasing the bulled to weight ratio, using different sized pellets and increasing the rolling speed of the mill, the mechanical activation time can de decreased from 100 h to 10 h. The mullite magnesium aluminate spinel nanocomposite was successfully synthesized with a crystallite size of mullite 30 nm and spinel 20 nm after 10h of mechanical activation and 3h heat treatment of activated alumina and pure talc at 1300 °C. ,
مولایت یکی از ترکیبات مهم سرامیکی است که به علت دارا بودن خواص ویژه‌ای همچون مقاومت به شوک حرارتی بالا، جایگاه ویژه‌ای را در بین مواد مهندسی پیدا کرده است. ولی مشکلاتی نظیر قابلیت زینتر پذیری کم و چقرمگی پایین آن به‌عنوان عامل محدودکننده در کاربرد وسیع این سرامیک مطرح است. یکی از مؤثرترین روش‌های بهبود خواص مکانیکی سرامیک‌ها اضافه کردن فاز ثانویه و تولید کامپوزیت است. اسپینل آلومینات منیزیم، یکی از سرامیک‌های اکسیدی است که با دارا بودن خواصی منحصربه‌فرد و نیز استحکام مکانیکی بالا، می‌تواند نامزدی عالی برای تقویت فاز مولایت باشد. نیاز به دماهای بالا برای تشکیل هر دو فاز مولایت و اسپینل عامل دیگری است که در مسیر تولید هر دو فاز مطرح است. بنابراین هدف از پژوهش حاضر، تهیه و مشخصه یابی نانو کامپوزیت مولایت – اسپینل به روش فعال‌سازی مکانیکی و بررسی شرایط بهینه تولید می‌باشد. مواد مورد استفاده در این پژوهش، شامل پودرهای آلومینای فعال، تالک صنعتی (ناخالص) و تالک آزمایشگاهی (خالص) است. مواد اولیه با نسبت مولی منطبق بر ترکیب کامپوزیت مولایت – اسپینل آسیاب کاری شده و سپس تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. تأثیر عوامل مختلف ازجمله زمان و شرایط فعال‌سازی، دمای عملیات حرارتی و استفاده از پودرهای اولیه صنعتی و آزمایشگاهی بر ساختار فازی و اندازه کریستالیت های کامپوزیت تولیدی بررسی شد. از تکنیک‌های مختلفی برای ارزیابی و مشخصه یابی محصولات تولیدی استفاده شد. از تکنیک پراش پرتوایکس (XRD) به‌منظور بررسی ساختار فازی و تأثیر حضور فازهای مطلوب در ترکیب به‌دست‌ آمده و از آنالیز حرارتی همزمان (STA) برای ارزیابی حرارتی محصول تولیدی استفاده شد. به‌منظور بررسی مورفولوژی و توزیع اندازه ذرات و آگلومره های پودرهای اولیه و تولیدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) استفاده شد. همچنین مورفولوژی و اندازه کریستالیت های پودر کامپوزیت نانو ساختار به کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) ارزیابی شد. از آنالیز عنصری با تفکیک انرژی پرتوایکس (EDS)، جهت بررسی فازهای مولایت و اسپینل تولید شده مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به آزمون‌های صورت گرفته، نتایج نشان داد که عدم خلوص مواد اولیه موجب به تعویق افتادن تشکیل ترکیب مولایت به دماهای بالاتر و سبب تشکیل ترکیب فورستریت در ساختار می‌شود. همچنین نتایج نشان داد با تغییر پارامترهای فعال‌سازی مکانیکی ازجمله تغییر نسبت گلوله به وزن از 1:10 به 1:25 و استفاده از گلوله‌های با اندازه‌های مختلف و تغییر سرعت دستگاه آسیاب از 300 دور بر دقیقه به 350 دور بر دقیقه، می‌توان زمان فعال‌سازی مکانیکی را از 100 ساعت به 10 ساعت کاهش داد. نانو کامپوزیت مولایت – اسپینل با 10 ساعت فعال‌سازی مکانیکی پودرهای آلومینای فعال و تالک خالص و 3 ساعت عملیات پخت بعدی در دمای 1300 درجه سانتی‌گراد با اندازه دانه‌های30 و 20 نانومتر به ترتیب برای فازهای مولایت و اسپینل حاصل شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی