Skip to main content
SUPERVISOR
Amir Alhaji,Mohammad Hossei Enayati
امیر الحاجی خوراسگانی (استاد مشاور) محمدحسین عنایتی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Shafeiey Kahnamouee
علی شفیعی کهنموئی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

The Effect of Processing Parameters and Additives on Optical Properties of Magnesium Aluminate Spinel Ceramic Parts
Magnesium aluminate spinel (MgAl 2 O 4 ) is an optical ceramic with high light traarency (87 percent) and suitable mechanical properties (370MPa fracture strength). Porosity is the most important parameter that affects the light scattering. Therefore, for good traarency the bulk density must be close to the theoretical density. For example, porosity content higher than 0.5 percent in the magnesium aluminate spinel samples remarkably decreases the traarency. In general, when the pore size is approaching to the light wavelength, the traarency reduces more. Therefore it is necessary to produce bulk samples with minimum porosity and suitable pore distribution. Recently application of colloidal shaping methods (e.g. slip cast) for production of traarent ceramics has been considered. In this study the effect of slip casting parameters on traarency of bulk MgAl 2 O 4 ceramics was investigated. Rheological properties of spinel powders with different particle sizes were studied at different amounts of dispersal Dollapix CE 64 .It was found that there is an optimum amount of dispersant at which the viscosity becomes minimum. This optimum amount of dispersant depends on particle size. In fact by increasing the particle size from 90 nm to 500 nm, due to the reduced surface area, optimum percentage of dispersant are decreases from 2.5 to 0.5 wt% solid load. Green samples were casted with optimal amount of dispersant and various solid loads using different powders. It was observed that green density increases by increasing solid load. For slurry of 500 nm powder with 65 percent solid load and 0.5 wt% dispersant, 65 percent green density was obtained. In addition by increasing the particle size (under the 150 nm) green density decreases because the powder agglomeration. For sample produced at optimal conditions (solid load of 65wt%, 0.5wt% dispersant and green density of 65%) the porosity size and distribution was measured. It was observed that the pore size distribution has a single peak at the half of particle size. Moreover to evaluate, the effect of addition of LiF, as sintering aid, 1wt% powder was mixed with MgAl 2 O 4 powder and then consolidated by spark plasma sintering (). This sample showed less traarency compared to slip cast sample; 10% in the visible region and 15%in the infrared region. In addition, by reducing the sintering temperature from 1500 to 1400 °C the transmittance increased by 20 percent due to lower grain growth at lower temperatures. Keywords: Magnesium Aluminate Spinel, Slip Casting, Rheology, Particle Size, Spark Plasma Sintering ().
اسپینل آلومینات منیزیم جز مواد سرامیک‌های شفاف با عبور دهی خیلی بالا (87 درصد) می‌باشد که خواص مکانیکی مناسبی هم (استحکام شکست 370 مگا پاسکال) دارد. ازجمله موارد مهمی که روی میزان عبور نور سرامیک‌های شفاف تأثیرگذار است، تخلخل‌ها می‌باشند که باعث پراکنش نور می‌شوند. برای اینکه نمونه‌ای به شفافیت برسد باید چگالی آن برابر چگالی تئوری بشود برای مثال وجود 5/0 درصد تخلخل در نمونه اسپینل آلومینات منیزیم باعث افت شدید شفافیت می‌شود علاوه بر آن توزیع تخلخل نیز تأثیر بسزایی در میزان عبور نور دارد. هر چه اندازه تخلخل به طول‌موج عبوری نزدیک باشد بیشترین افت شفافیت را منجر می‌شود؛ بنابراین باید از روش‌هایی برای ساخت سرامیک‌های شفاف استفاده کرد که حداقل میزان تخلخل باقی‌مانده با توزیع مناسب تخلخل را داشته باشد. اخیراً استفاده از روش‌های شکل‌دهی کلوئیدی برای ساخت سرامیک‌های شفاف رایج شده‌اند که در بین آن‌ها روش شکل‌دهی ریخته‌گری دوغابی به دلیل هزینه پایین و توزیع مناسب تخلخل یک روش پرکاربرد برای ساخت سرامیک‌های شفاف می‌باشد. در این پژوهش به بررسی تأثیر روش ریخته‌گری دوغابی بر میزان عبور نور پرداخته شد. پودرهایی با اندازه ذر‌ات مختلف تهیه و خواص رئولوژیکی در مقادیر مختلفی از پراکنده‌ساز دولاپیکس CE 64 آن‌ها موردبررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که با اضافه کردن پراکنده‌ساز مقدار ویسکوزیته در یک مقدار خاصی که بستگی به اندازه پودر دارد کمترین مقدار می‌شود که مقدار بهینه پراکنده‌ساز می‌باشد علاوه‌بر آن با افزایش اندازه ذره به دلیل کاهش سطح، درصد بهینه پراکنده‌ساز کاهش می‌یابد به‌طوری‌که با افزایش اندازه ذره از 90 نانومتر به 500 نانومتر میزان بهینه پراکنده‌ساز از 5/2 به 5/0 درصد وزنی بار جامد کاهش یافت. سپس در شرایط بهینه از پراکنده‌ساز و در بارهای جامد مختلف نمونه‌هایی با پودرهای مختلف ریخته‌گری شد. مشاهده گردید که با افزایش بار جامد چگالی خام افزایش می‌یابد که برای دوغاب 65 درصد وزنی با نیم درصد وزنی پراکنده‌ساز از پودر 500 نانومتری، چگالی خام 65 درصد به دست آمد. برای نمونه‌های ریخته‌گری شده از پودرهای مختلف مشاهده شد که با کاهش اندازه ذره (کمتر از 150 نانومتر) چگالی خام به دلیل آگلومراسیون به شدت کاهش می‌یابد. نمونه‌های بهینه( نمونه ساخته‌شه با بار جامد 65 درصد وزنی و نیم درصد پراکنده‌ساز و چگالی خام 65 درصد) پس از ریخته‌گری با آزمون تخلخل سنجی، اندازه و توزیع تخلخل آن‌ها موردبررسی قرار گرفت. مشاهده گردید که توزیع اندازه تخلخل برای نمونه‌ها به صورت تک پیک و در نصف اندازه ذره می‌باشد‌. نمونه‌های بهینه تحت فرایند تفجوشی با پلاسمای جرقه‌ای قرار گرفتند. مشاهده شد نمونه ساخته‌شده با فرایند ریخته‌گری دوغابی نسبت به نمونه تفجوشی شده به‌صورت پودری با یک درصد وزنی LiF به‌عنوان کمک زینتر، 10 درصد در ناحیه مرئی و 15 درصد در ناحیه مادون‌قرمز عبور بیشتری دارد. علاوه بر آن با کاهش دمای تفجوشی از 1500 به 1400 درجه سانتی‌گراد میزان عبور نور تا 20 درصد افزایش یافت که به دلیل کاهش رشد دانه می‌باشد. کلمات کلیدی اسپینل آلومینات منیزیم ، ریخته گری دوغابی، رئولوژی، اندازه ذره، تفجوشی جرقه پلاسمایی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی