Skip to main content
SUPERVISOR
Rahmatollah Emadi,Ahmad Monshi
رحمت اله عمادي (استاد راهنما) احمد منشي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hamid Reza Farhadi
حميدرضا فرهادي

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. ,
چکيده مولايت يکي از ترکيبات مهم سراميکي است که به علت دارا بودن خواص ويژه‌اي همچون مقاومت به شوک حرارتي بالا، جايگاه ويژه‌اي را در بين مواد مهندسي پيدا کرده است. ولي مشکلاتي نظير قابليت زينتر پذيري کم و چقرمگي پايين آن به‌عنوان عامل محدودکننده در کاربرد وسيع اين سراميک مطرح است. يکي از مؤثرترين روش‌هاي بهبود خواص مکانيکي سراميک‌ها اضافه کردن فاز ثانويه و توليد کامپوزيت است. اسپينل آلومينات منيزيم، يکي از سراميک‌هاي اکسيدي است که با دارا بودن خواصي منحصربه‌فرد و نيز استحکام مکانيکي بالا، مي‌تواند نامزدي عالي براي تقويت فاز مولايت باشد. نياز به دماهاي بالا براي تشکيل هر دو فاز مولايت و اسپينل عامل ديگري است که در مسير توليد هر دو فاز مطرح است. بنابراين هدف از پژوهش حاضر، تهيه و مشخصه يابي نانو کامپوزيت مولايت – اسپينل به روش فعال‌سازي مکانيکي و بررسي شرايط بهينه توليد مي‌باشد. مواد مورد استفاده در اين پژوهش، شامل پودرهاي آلوميناي فعال، تالک صنعتي (ناخالص) و تالک آزمايشگاهي (خالص) است. مواد اوليه با نسبت مولي منطبق بر ترکيب کامپوزيت مولايت – اسپينل آسياب کاري شده و سپس تحت عمليات حرارتي قرار گرفت. تأثير عوامل مختلف ازجمله زمان و شرايط فعال‌سازي، دماي عمليات حرارتي و استفاده از پودرهاي اوليه صنعتي و آزمايشگاهي بر ساختار فازي و اندازه کريستاليت هاي کامپوزيت توليدي بررسي شد. از تکنيک‌هاي مختلفي براي ارزيابي و مشخصه يابي محصولات توليدي استفاده شد. از تکنيک پراش پرتوايکس (XRD) به‌منظور بررسي ساختار فازي و تأثير حضور فازهاي مطلوب در ترکيب به‌دست‌ آمده و از آناليز حرارتي همزمان (STA) براي ارزيابي حرارتي محصول توليدي استفاده شد. به‌منظور بررسي مورفولوژي و توزيع اندازه ذرات و آگلومره هاي پودرهاي اوليه و توليدي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) استفاده شد. همچنين مورفولوژي و اندازه کريستاليت هاي پودر کامپوزيت نانو ساختار به کمک ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) ارزيابي شد. از آناليز عنصري با تفکيک انرژي پرتوايکس (EDS)، جهت بررسي فازهاي مولايت و اسپينل توليد شده مورد استفاده قرار گرفت. با توجه به آزمون‌هاي صورت گرفته، نتايج نشان داد که عدم خلوص مواد اوليه موجب به تعويق افتادن تشکيل ترکيب مولايت به دماهاي بالاتر و سبب تشکيل ترکيب فورستريت در ساختار مي‌شود. همچنين نتايج نشان داد با تغيير پارامترهاي فعال‌سازي مکانيکي ازجمله تغيير نسبت گلوله به وزن از 1:10 به 1:25 و استفاده از گلوله‌هاي با اندازه‌هاي مختلف و تغيير سرعت دستگاه آسياب از 300 دور بر دقيقه به 350 دور بر دقيقه، مي‌توان زمان فعال‌سازي مکانيکي را از 100 ساعت به 10 ساعت کاهش داد. نانو کامپوزيت مولايت – اسپينل با 10 ساعت فعال‌سازي مکانيکي پودرهاي آلوميناي فعال و تالک خالص و 3 ساعت عمليات پخت بعدي در دماي 1300 درجه سانتي‌گراد با اندازه دانه‌هاي30 و 20 نانومتر به ترتيب براي فازهاي مولايت و اسپينل حاصل شد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی