Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Morteza Shamanian esfahani
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeed Hasani
سعید حسنی

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 این تحقیق فرایند سنتز احتراقی MoSi 2 در حضور آلومینیم مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور نمونه هایی از مخلوط پودری مولیبدن و سیلیسیم (با نسبت استوکیومتری 1:2) تهیه و به میزان 0 و 5 درصد وزنی پودر آلومینیم به آنها اضافه گردید. در ابتدا به لحاظ ترمودینامیکی امکان انجام فرایند سنتز احتراقی در حضور آلومینیم، بواسطه محاسبه دمای آدیاباتیک در اتمسفرهای خنثی و هوا، مورد بررسی قرار گرفت. سپس به منظور بررسی تاثیر حضور آلومینیم بر روند انجام این فرایند، هر یک از نمونه ها تحت آزمایش سنتز احتراقی به صورت خود پیشرونده (SHS) در اتمسفر هوا قرار گرفتند. در ادامه به منظور بررسی های فازی و ساختاری، محصولات حاصل از این فرایند تحت آزمون پراش پرتو ایکس (XRD) و دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) قرار گرفتند. همچنین جهت بررسی مکانیزم انجام این فرایند از دستگاه STA جهت آزمون های آنالیز حرارتی (با سرعت های گرم کردن مختلف نظیر 10، 15، ?C/min 20 و ...) استفاده گردید. نتایج حاصل از مطالعات فازی و ساختاری نشان داد که در حین انجام فرایند سنتز احتراقی نه تنها تمام ذرات آلومینیم اکسید شد ه بلکه فرایند تشکیل MoSi 2 ناشی از واکنش بین ذرات مولیبدن و سیلسیم به صورت کامل تری انجام گرفته، بطوریکه به شدت از میزان مواد واکنش نیافته کاسته شده است. از سویی دیگر محاسبات ترمودینامیکی نیز نشان دادند که در اثر اکسیداسیون ذرات آلومینیم در حین انجام فرایند سنتز احتراقی، دمای آدیاباتیک جبهه احتراق به شدت افزایش می یابد که این امر با کمک نتایج حاصل از پروفیل های حرارتی و بررسی های میکروسکوپی به خوبی تایید شده است. در این بین، نتایج حاصل از فازشناسی محصولات آنالیز حرارتی مخلوط های پودری نشان دادند که در حضور اکسیژن به دلیل تمایل به اکسیداسیون شدید ذرات مولیبدن، امکان تشکیل ترکیب بین فلزی MoSi 2 برقرار نمی شود و پیک های ارائه شده در این منحنی ها در واقع ناشی از اکسیداسیون این ذرات بوده اند. با توجه به این نتایج، به خوبی مشخص شد که تشکیل MoSi 2 از مخلوط پودری Mo+2Si به شدت وابسته به نوع اتمسفر حاکم و سرعت گرم کردن است. همچنین در بخشی از این بررسی با توجه به نقش آلومینیم در روند انجام فرایند سنتز احتراقی MoSi 2 ، فرایند اکسیداسیون ذرات پودری آلومینیم نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی ها نشان دادند که با توجه به حضور پوسته اکسیدی آمورف روی سطح ذرات آلومینیم، اکسیداسیون این ذرات تحت شرایط ایزوترم و غیرایزوترم به صورت کاملاً متفاوتی صورت می گیرد. در واقع تحت شرایط ایزوترم (دماهای بالاتر C? 700)، این پوسته اکسیدی به دلیل عدم استحکام بالا، نمی تواند اثر خاصی بر روند اکسیداسیون بگذارد، در حالی که در شرایط غیر ایزوترم به دلیل اثرگذاری این پوسته اکسیدی، این فرایند به صورت کاملاً پیچیده و در مراحل متعددی صورت می گیرد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی