Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Monshi,Ali Zadhosh,Rahmatollah Emadi
احمد منشی (استاد راهنما) علی زادهوش (استاد مشاور) رحمت اله عمادی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ebrahim Karamian
ابراهیم کرمیان خوزانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1384

TITLE

Studying the Effect of Micro and Nano Particles Containing Silicon on Strength and Compaction of Monolithic Ramming Al2O3-SiO2-SiC-C Resin Bonded Refractories
Studying the Effect of Micro and Nano Particles Containing Silicon on Strength and Compaction of Monolithic Ramming Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-C Resin Bonded Refractorie s Ebrahim Karamian Oxidation of carbon in monolithic aluminosilicate carbon (Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-C) refractories at high temperatures is a problem causing porosity and strength decrease. Using silicon and related compounds not only acts as antioxidants but also develops SiC bonds producing strength and oxidations resistance at high temperatures. In this study, the effect of micro and nano silicon containing particles on strength and compaction of monolithic resin bond ramming Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-C refractories is considered. Iranian chamotte (0-1 mm) or Chinese bauxite (0-3mm), saggar (0-1mm), coke(0-0.15mm) and phenolic resole (binder) in amounts of respectively 65%, 15% , 10% , 10% and in addition silico and ferrosilicon metals(0-0.1mm) are used. Raw material mixtures are plasticized with phenolic resole, compressed at 4 Mpa and fired first at 200 ?C and then at 1100 ?C and 1400 ?C (2 h). Cold crushing strength (CCS), bulk density (BD) and apparent porosity (AP) are measured according to ASTM and electron microscopy (SEM and TEM), semi quantitative analysis (EDX), phase analysis (XRD) and infrared spectroscopy (FTIR) are performed on selective samples. Results show that up to 6% ferrosilicon and 5% silicon produces nano silicon carbide whiskers (?-SiC) with 50-100 nm diameters and uniform network increasing the mechanical strength 3-4 times. XRD, FTIR and EDX showed SiC phase in nano whiskers. The morphology of these whiskers and TEM studies on tip of them indicated Fe as catalyst and VLS mechanism of formation. Thermal analysis (STA) approved SiO gas formation on liquid droplets. Electron diffraction (SAED) in TEM showed bright spots and parallel narrow lines, indicating respectively crystalline and some defects of whiskers. Quantitative XRD phase analysis by Ratio of Slopes Method indicated 50% SiC is developed between Si and C at 1500 ?C (2 h). Keywords: Aluminosilicate, Carbon, Ramming, Monolithic Refractoris, Resole, Silicon compounds, Strength, Compaction, Whisker formation, Silicon carbide
اکسیداسیون شدید کربن در مواد دیرگداز یکپارچه(منولیتیک) آلومینو سیلیکاتی کربنی (Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-C) دردمای بالا ازجمله مشکلات است، که به ایجاد تخلخل،کاهش استحکام وخواص ویژه کربن دراین مواد دیرگداز منجر می گردد.استفاده از سیلیسیم و ترکیبات آنها این پتانسیل را به وجود می آورد که به عنوان آنتی اکسیدانت با ایجاد فاز SiC علاوه بر اینکه از اکسیداسیون کربن جلوگیری می‌کند، با تشکیل باند های SiC (به کمک سیلیس اگریگیت های آلومینو سیلیکاتی) پیوند ذرات دیرگداز و زمینه را تقویت می کند و نهایتا به استحکام در دمای بالا و مقاومت به اکسیداسیون(ویژگی های مطلوب مواد دیرگداز) منجر می شود. هدف از این پژوهش بررسی تاثیر میکرو و نانو ذرات سیلیسیم دار بر استحکام و تراکم مواد دیرگداز یکپارچه رزین باند کوبیدنی Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-Cاست. دراین پژوهش، از شاموت ایرانی(mm1-0) یا بوکسیت چینی(mm3-0)،ساگار(mm1-0)،کک (mm15/0-0)و رزول فنولی (بایندر) به ترتیب به میزان 65%، 15%، 10% و10% و مازاد برآنها از سیلیسیم و فروسیلیسیم فلزی(mm1/0-0)استفاده شده است.مخلوط مواد اولیه که توسط رزول فنولی به صورت خمیری در آمده، تحت فشار MPa 4 فشرده و ابتدا در دمای°C 200 و سپس در دماهای °C 1100و °C 1400 (2 ساعت) حرارت داده شده است. آزمایش های استحکام مکانیکی سرد(CCS)، وزن مخصوص (BD) و درصد تخلخل(AP) بر اساس استاندارد ASTM بر روی همه نمونه‌ها و بررسی های میکروسکوپ الکترونی((TEM,SEM،آنالیزعنصری نیمه کمی EDX،آنالیزفازی(XRD) و طیف سنجی مادون قرمز((FTIR برروی نمونه های برگزیده انجام گرفت.بررسی ها نشان داد که افزودن فروسیلیسیم و سیلیسیم به ترتیب تا 6% و 5% وزنی دردمای °C 1400، به علت تشکیل توده پیوسته وانبوه از الیاف میکرونی کاربید سیلیسیم( (?-SiCبا اقطار نانومتری(nm100-50) به ایجاد شبکه منسجم و پیوسته(شبه تار عنکبوتی) بین ذرات و نهایتا تقویت استحکام مکانیکی(4-3 برابر) و تراکم منجر گردید. نتایج XRD و FTIR حضور فاز SiCوآنالیز عنصری EDX (روی الیاف) حضورسیلیسیم و کربن یا به عبارت دیگر، ترکیب SiC را برای نانو ویسکرها تایید نمود.بررسی های انجام گرفته روی مورفولوژی ویسکر های SiC توسط تصاویر SEM درکنار آنالیز نقطه ای EDX روی نوک ویسکرها در تصاویر TEMکه به شناسایی عنصرآهن(کاتالیست) منجرگردید،مکانیزم) VLSبخار-مایع-جامد)را برای تشکیل نانو ویسکرهای SiC تایید نمود.همچنین مطالعات آنالیز حرارتی(STA)تشکیل گازSiO(V)و قطرات مذاب(L)در مکانیزم VLS را تائید نمود. از طرفی، الگوی پراش پرتو الکترونی((SAED روی ویسکر در تصویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نقاط و خطوط بسیار نازک موازی روشن را نشان می دهد. حضور نقاط روشن تک کریستال بودن الیاف(ویسکر) کاربید سیلیسیم و خطوط موازی بسیار نازک مقداری عیوب کریستالی را نشان می‌دهد. براساس محاسبات انجام گرفته بر روی نتایج XRD توسط روش نسبت شیب ها در نمونه پایه رزینی محتوی سیلیسیم(حرارت دیده در°C 1500) میزان50% فاز SiC از واکنش سیلیسیم و کربن به دست آمده است. کلمات کلیدی: مواد دیرگداز یکپارچه، آلومینو سیلیکاتی، ذرات سیلیسیم دار، استحکام، تراکم، رزین باند، کوبیدنی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی