Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Monshi,Ali Zadhosh,Rahmatollah Emadi
احمد منشي (استاد راهنما) علي زادهوش (استاد مشاور) رحمت اله عمادي (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ebrahim Karamian
ابراهيم کرميان خوزاني

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
چکيده اکسيداسيون شديد کربن در مواد ديرگداز يکپارچه(منوليتيک) آلومينو سيليکاتي کربني (Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-C) دردماي بالا ازجمله مشکلات است، که به ايجاد تخلخل،کاهش استحکام وخواص ويژه کربن دراين مواد ديرگداز منجر مي گردد.استفاده از سيليسيم و ترکيبات آنها اين پتانسيل را به وجود مي آورد که به عنوان آنتي اکسيدانت با ايجاد فاز SiC علاوه بر اينکه از اکسيداسيون کربن جلوگيري مي‌کند، با تشکيل باند هاي SiC (به کمک سيليس اگريگيت هاي آلومينو سيليکاتي) پيوند ذرات ديرگداز و زمينه را تقويت مي کند و نهايتا به استحکام در دماي بالا و مقاومت به اکسيداسيون(ويژگي هاي مطلوب مواد ديرگداز) منجر مي شود. هدف از اين پژوهش بررسي تاثير ميکرو و نانو ذرات سيليسيم دار بر استحکام و تراکم مواد ديرگداز يکپارچه رزين باند کوبيدني Al 2 O 3 -SiO 2 -SiC-Cاست. دراين پژوهش، از شاموت ايراني(mm1-0) يا بوکسيت چيني(mm3-0)،ساگار(mm1-0)،کک (mm15/0-0)و رزول فنولي (بايندر) به ترتيب به ميزان 65%، 15%، 10% و10% و مازاد برآنها از سيليسيم و فروسيليسيم فلزي(mm1/0-0)استفاده شده است.مخلوط مواد اوليه که توسط رزول فنولي به صورت خميري در آمده، تحت فشار MPa 4 فشرده و ابتدا در دماي°C 200 و سپس در دماهاي °C 1100و °C 1400 (2 ساعت) حرارت داده شده است. آزمايش هاي استحکام مکانيکي سرد(CCS)، وزن مخصوص (BD) و درصد تخلخل(AP) بر اساس استاندارد ASTM بر روي همه نمونه‌ها و بررسي هاي ميکروسکوپ الکتروني((TEM,SEM،آناليزعنصري نيمه کمي EDX،آناليزفازي(XRD) و طيف سنجي مادون قرمز((FTIR برروي نمونه هاي برگزيده انجام گرفت.بررسي ها نشان داد که افزودن فروسيليسيم و سيليسيم به ترتيب تا 6% و 5% وزني دردماي °C 1400، به علت تشکيل توده پيوسته وانبوه از الياف ميکروني کاربيد سيليسيم( (?-SiCبا اقطار نانومتري(nm100-50) به ايجاد شبکه منسجم و پيوسته(شبه تار عنکبوتي) بين ذرات و نهايتا تقويت استحکام مکانيکي(4-3 برابر) و تراکم منجر گرديد. نتايج XRD و FTIR حضور فاز SiCوآناليز عنصري EDX (روي الياف) حضورسيليسيم و کربن يا به عبارت ديگر، ترکيب SiC را براي نانو ويسکرها تاييد نمود.بررسي هاي انجام گرفته روي مورفولوژي ويسکر هاي SiC توسط تصاوير SEM درکنار آناليز نقطه اي EDX روي نوک ويسکرها در تصاوير TEMکه به شناسايي عنصرآهن(کاتاليست) منجرگرديد،مکانيزم) VLSبخار-مايع-جامد)را براي تشکيل نانو ويسکرهاي SiC تاييد نمود.همچنين مطالعات آناليز حرارتي(STA)تشکيل گازSiO(V)و قطرات مذاب(L)در مکانيزم VLS را تائيد نمود. از طرفي، الگوي پراش پرتو الکتروني((SAED روي ويسکر در تصوير ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) نقاط و خطوط بسيار نازک موازي روشن را نشان مي دهد. حضور نقاط روشن تک کريستال بودن الياف(ويسکر) کاربيد سيليسيم و خطوط موازي بسيار نازک مقداري عيوب کريستالي را نشان مي‌دهد. براساس محاسبات انجام گرفته بر روي نتايج XRD توسط روش نسبت شيب ها در نمونه پايه رزيني محتوي سيليسيم(حرارت ديده در°C 1500) ميزان50% فاز SiC از واکنش سيليسيم و کربن به دست آمده است. کلمات کليدي: مواد ديرگداز يکپارچه، آلومينو سيليکاتي، ذرات سيليسيم دار، استحکام، تراکم، رزين باند، کوبيدني

ارتقاء امنیت وب با وف بومی