Skip to main content
SUPERVISOR
Amir Alhaji,Mohammad Hossei Enayati
امير الحاجي خوراسگاني (استاد مشاور) محمدحسين عنايتي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Shafeiey Kahnamouee
علي شفيعي کهنموئي

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 ().
چکيده اسپينل آلومينات منيزيم جز مواد سراميک‌هاي شفاف با عبور دهي خيلي بالا (87 درصد) مي‌باشد که خواص مکانيکي مناسبي هم (استحکام شکست 370 مگا پاسکال) دارد. ازجمله موارد مهمي که روي ميزان عبور نور سراميک‌هاي شفاف تأثيرگذار است، تخلخل‌ها مي‌باشند که باعث پراکنش نور مي‌شوند. براي اينکه نمونه‌اي به شفافيت برسد بايد چگالي آن برابر چگالي تئوري بشود براي مثال وجود 5/0 درصد تخلخل در نمونه اسپينل آلومينات منيزيم باعث افت شديد شفافيت مي‌شود علاوه بر آن توزيع تخلخل نيز تأثير بسزايي در ميزان عبور نور دارد. هر چه اندازه تخلخل به طول‌موج عبوري نزديک باشد بيشترين افت شفافيت را منجر مي‌شود؛ بنابراين بايد از روش‌هايي براي ساخت سراميک‌هاي شفاف استفاده کرد که حداقل ميزان تخلخل باقي‌مانده با توزيع مناسب تخلخل را داشته باشد. اخيراً استفاده از روش‌هاي شکل‌دهي کلوئيدي براي ساخت سراميک‌هاي شفاف رايج شده‌اند که در بين آن‌ها روش شکل‌دهي ريخته‌گري دوغابي به دليل هزينه پايين و توزيع مناسب تخلخل يک روش پرکاربرد براي ساخت سراميک‌هاي شفاف مي‌باشد. در اين پژوهش به بررسي تأثير روش ريخته‌گري دوغابي بر ميزان عبور نور پرداخته شد. پودرهايي با اندازه ذر‌ات مختلف تهيه و خواص رئولوژيکي در مقادير مختلفي از پراکنده‌ساز دولاپيکس CE 64 آن‌ها موردبررسي قرار گرفت. مشاهده گرديد که با اضافه کردن پراکنده‌ساز مقدار ويسکوزيته در يک مقدار خاصي که بستگي به اندازه پودر دارد کمترين مقدار مي‌شود که مقدار بهينه پراکنده‌ساز مي‌باشد علاوه‌بر آن با افزايش اندازه ذره به دليل کاهش سطح، درصد بهينه پراکنده‌ساز کاهش مي‌يابد به‌طوري‌که با افزايش اندازه ذره از 90 نانومتر به 500 نانومتر ميزان بهينه پراکنده‌ساز از 5/2 به 5/0 درصد وزني بار جامد کاهش يافت. سپس در شرايط بهينه از پراکنده‌ساز و در بارهاي جامد مختلف نمونه‌هايي با پودرهاي مختلف ريخته‌گري شد. مشاهده گرديد که با افزايش بار جامد چگالي خام افزايش مي‌يابد که براي دوغاب 65 درصد وزني با نيم درصد وزني پراکنده‌ساز از پودر 500 نانومتري، چگالي خام 65 درصد به دست آمد. براي نمونه‌هاي ريخته‌گري شده از پودرهاي مختلف مشاهده شد که با کاهش اندازه ذره (کمتر از 150 نانومتر) چگالي خام به دليل آگلومراسيون به شدت کاهش مي‌يابد. نمونه‌هاي بهينه( نمونه ساخته‌شه با بار جامد 65 درصد وزني و نيم درصد پراکنده‌ساز و چگالي خام 65 درصد) پس از ريخته‌گري با آزمون تخلخل سنجي، اندازه و توزيع تخلخل آن‌ها موردبررسي قرار گرفت. مشاهده گرديد که توزيع اندازه تخلخل براي نمونه‌ها به صورت تک پيک و در نصف اندازه ذره مي‌باشد‌. نمونه‌هاي بهينه تحت فرايند تفجوشي با پلاسماي جرقه‌اي قرار گرفتند. مشاهده شد نمونه ساخته‌شده با فرايند ريخته‌گري دوغابي نسبت به نمونه تفجوشي شده به‌صورت پودري با يک درصد وزني LiF به‌عنوان کمک زينتر، 10 درصد در ناحيه مرئي و 15 درصد در ناحيه مادون‌قرمز عبور بيشتري دارد. علاوه بر آن با کاهش دماي تفجوشي از 1500 به 1400 درجه سانتي‌گراد ميزان عبور نور تا 20 درصد افزايش يافت که به دليل کاهش رشد دانه مي‌باشد. کلمات کليدي اسپينل آلومينات منيزيم ، ريخته گري دوغابي، رئولوژي، اندازه ذره، تفجوشي جرقه پلاسمايي.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی