Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Panepour,Morteza Shamanian esfahani
مسعود پنجه پور (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Taheri dolatabadi
محمد طاهری دولت آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Investigation of Formation of MoSi2 Intermetallic Compound and MoSi2-ZrO2 Composite by Mechanical Alloying and Combustion Synthesis Processes
MoSi 2 intermetallic compound due to high melting point, good electrical and thermal conductivity and high temperature (1000 ?C) oxidation resistance is one of the most important silicide intermetallic compounds. However, the fracture toughness of MoSi 2 is low and to improve it, ZrO 2 particles are used. The objective of this study is the investigation of production of MoSi 2 intermetallic compound and MoSi 2 -ZrO 2 composite by mechanical alloying and combustion synthesis. In order to production of MoSi 2 -ZrO 2 composite, the ZrO 2 particles were added by ex-situ and in-situ methods. The mechanical alloying under same conditions was performed on the four powder mixtures including Mo-Si, Zr-MoO 3 , Mo-Si-ZrO 2 , and Mo-Si-Zr-MoO 3 .The combustion synthesis in the mode of SHS and explosive was performed on three compacted powder mixtures including Zr-MoO 3 , Mo-Si-ZrO 2 , and Mo-Si-Zr-MoO 3 . Phase analysis and microstructural investigation were carried out by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS). Combustion front velocity and temperature profiles in the combustion synthesized samples in mode of SHS was investigated by thermocouple type S and recording with camera. The phase analysis indicated that MoO 3 was reduced by Zr after 6 h, with mechanism of SHS. The formation of MoSi 2 was initiated after about 20 h mechanical alloying in the Mo-Si and Mo-Si-ZrO 2 powder mixtures and after about 10 h mechanical alloying in the Mo-Si-Zr-MoO 3 powder mixture. The produced MoSi 2 was including both ? and ? phases. In the Mo-Si and Mo-Si-ZrO 2 powder mixtures after 60 h mechanical alloying, low amount of Mo existed, yet and dominant phase was ?-MoSi 2 . The formation of MoSi 2 -ZrO 2 composite in the Mo-Si-Zr-MoO 3 powder mixture was completed after about 60 h and dominant phase was ?- MoSi 2 . On the other hand, studies concerning the formation mechanism of MoSi 2 in this process showed that the dominant mechanism is a mechanical collision reaction. The phase and microstructural observations on the products of combustion synthesis process showed that the dominant phase is ?-MoSi 2 . The molybdenum and silicon-rich phases were also found in the samples. These phases showed that the reaction is not equilibrium and not fully performed. The results of thermal analysis DTA on mixed Mo-Si indicated that the formation mechanism of MoSi 2 was the Si melting and then formation of MoSi 2 by SHS. The differential thermal analysis of Zr-MoO 3 powder mixture illustrated that the reduction of MoO 3 was completed until 800 °C by Zr. So, add this mixture to the mixed Mo-Si (as sample of Mo-Si-Zr-MoO 3 ), not only in the combustion synthesis process, leading to the formation of ZrO 2 particles, but also the begining temperature of this process will reduce. The explosive combustion synthesis process on two samples of Mo-Si and Mo-Si-Zr-MoO 3 , has been reduced the starting temperature of the reaction from 700 ?C to 1150 ?C. Thus, these results can be deduced that the addition of Zr-MoO 3 mixed to Mo-Si powder mixture can be affected the mechanism rate of MoSi 2 formation during combustion synthesis and the mechanical alloying processes. Keywords: Combustion synthesis; Mechanical alloying; MoSi 2 ; ZrO 2
ترکیب بین فلزی MoSi 2 به دلیل نقطه ذوب بسیار بالا، چگالی نسبتاً پایین، هدایت الکتریکی و حرارتی خوب و مقاومت به اکسیداسیون عالی در دماهای بالاتر از ?C 1000 یکی از مهمترین ترکیبات بین فلزی سیلیسایدی است. با این حال، چقرمگی شکست MoSi 2 پایین می‌باشد و برای بهبود آن از ذرات تقویت کننده ZrO 2 استفاده شده است. هدف از این پژوهش، بررسی امکان تشکیل ترکیب بین فلزی MoSi 2 و کامپوزیت MoSi 2 -ZrO 2 با استفاده از فرایندهای آلیاژسازی مکانیکی و سنتز احتراقی می‌باشد. ذرات ZrO 2 به دو صورت غیردرجا و درجا (حاصل از واکنش احیای اکسید مولیبدن توسط زیرکونیم) در تولید کامپوزیت MoSi 2 -ZrO 2 مورد استفاده قرار گرفت. واکنش احیای اکسید مولیبدن توسط زیرکونیم توسط فرایند آلیاژسازی مکانیکی مورد بررسی قرار گرفت. آلیاژسازی مکانیکی سه مخلوط پودری Mo-Si، Mo-Si-ZrO 2 و Mo-Si-Zr-MoO 3 تحت شرایط یکسان انجام شد. این سه مخلوط پودری به صورت فشرده تحت فرایند سنتز احتراقی به صورت خودپیش‌رونده و انفجاری قرار گرفتند. تغییرات فازی و مطالعات ریزساختاری توسط آزمون‌های پراش پرتو ایکس ( XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) به همراه طیف‌سنج توزیع انرژی پرتو ایکس (EDS) انجام گرفت. پروفیل‌های دمایی و سرعت جبهه احتراق نمونه‌های سنتز احتراقی شده به صورت خودپیش‌رونده به ترتیب توسط ترموکوپل نوع S و فیلمبرداری از نمونه مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج آنالیز فازی مشخص گردید، احیای اکسید مولیبدن توسط زیرکونیم پس از 6 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، با مکانیزم خود پیش‌رونده صورت می‌گیرد. تشکیل MoSi 2 در دو مخلوط پودری Mo-Si و Mo-Si-ZrO 2 پس از حدود 20 ساعت آلیاژسازی مکانیکی آغاز و تا 60 ساعت نیز به طور کامل صورت نگرفته است. اما در مخلوط پودری Mo-Si-Zr-MoO 3 زمان آغاز به حدود 10 ساعت تنزل یافته و با ادامه آن تا زمان حدود 60 ساعت کامپوزیت MoSi 2 -ZrO 2 به طور کامل تشکیل می‌شود. بررسی‌های فازشناسی نیز نشان داد که MoSi 2 تولیدی در هر سه نمونه به صورت فازهای ? و ? می‌باشند که غالب آن را فاز ? تشکیل می‌دهد. از طرفی بررسی‌های مربوط به مکانیزم تشکیل MoSi 2 در این فرایند نشان داد که مکانیزم غالب از نوع برخورد مکانیکی می‌باشد. اما مشاهدات فازی و ریزساختاری روی محصولات ناشی از فرایند سنتز احتراقی نشان داد که فاز غالب ?-MoSi 2 می‌باشد. همچنین فازهای غنی از مولیبدن و سیلیسیم نیز در نمونه‌ها وجود داشت که بیانگر غیرتعادلی و کامل نشدن واکنش می‌باشد. همچنین نتایج حاصل از آنالیز حرارتی DTA روی مخلوط Mo-Si نشان داد که تشکیل MoSi 2 همواره طی دو مرحله ذوب سیلیسیم و سپس انجام واکنش سنتز احتراقی صورت می‌گیرد. از طرفی با توجه به نتایج حاصل از آزمون DTA روی مخلوط پودری Zr-MoO 3 مشخص گردید که احیای اکسید مولیبدن (MoO 3 ) توسط Zr تا ?C 800 کامل می‌شود. لذا، افزودن این مخلوط به مخلوط Mo-Si (به صورت نمونه Mo-Si-Zr-MoO 3 ) نه تنها می‌تواند در فرایند سنتز احتراقی، منجر به شکل‌گیری ذرات ZrO 2 شود، بلکه گرمای ناشی از آن نیز، کاهش دمای شروع این فرایند را به همراه خواهد داشت. این در حالی است که با انجام فرایند سنتز احتراقی به صورت انفجاری روی دو نمونه Mo-Si و Mo-Si-Zr-MoO 3 ، دمای شروع واکنش از ?C 1150 به ?C 700 تقلیل یافته است. از اینرو با توجه به این نتایج می‌توان چنین استنباط نمود که اضافه نمودن مخلوط Zr-MoO 3 به مخلوط پودری Mo-Si می‌تواند مکانیزم و سرعت تشکیل MoSi 2 را طی فرایندهای سنتز احتراقی و آلیاژسازی مکانیکی تحت تأثیر قرار دهد. کلمات کلیدی: سنتز احتراقی، آلیاژسازی مکانیکی، دی‌سیلیسید مولیبدن، زیرکونیا.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی