سنتز نانو کامپوزیت (MoSi2-20%TiC) به روش سنتر احتراقی فعال شده شیمیایی(COSHS)
محورهای موضوعی : روش ها و فرآیندهای نوین در تولید
مهدی بدرلو
1
(کارشناس فلزی- وزارت صنعت، معدن و تجارت)
سید علی طیبی فرد
2
(استادیار- پژوهشگاه مواد و انرژی)
محمد ذاکزی
3
(استادیار- پژوهشگاه مواد و انرژی)
کلید واژه: نانوکامپوزیت, کاربید تیتانیوم, دی سیلیساید مولیبدن, اجاق شیمیایی, سنتز احتراقی فعال شده شیمیایی (COSHS),
چکیده مقاله :
وجود کاربید تیتانیوم در ترکیب دی سیلیساید مولیبدن باعث افزایش استحکام مکانیکی می شود. در این پژوهش جهت دستیابی به نانوکامپوزیت از مواد اولیه عنصری استفاده شد. روش اجرای این پژوهش بر مبنای سنتز احتراقی با سازوکار فعال سازی شیمیایی(COSHS) برنامه ریزی شده بود. برای فعال سازی پودرهای عنصری Mo، Si، Ti و C از اجاق شیمیایی استفاده شد. ابتدا بر اساس توزین استوکیومتری، پودرهای مواد اولیه شامل پودر فلزی سیلیسیوم، مولیبدن، تیتانیوم و پودر کربن بر اساس 20 درصد وزنی کاربید تیتانیوم تهیه شد. جهت شناسایی ترکیب شیمیایی که با واکنش خود، گرمای لازم جهت واکنش ترکیب اصلی را ایجاد می کند (اجاق شیمیایی)، از ترکیبات مختلف که GΔ بالایی داشتند استفاده شد. پودرها توسط پرس تک محور فشرده و قرصهایی از نمونه های کامپوزیت و اجاق شیمیایی تهیه شدند. سنتز نمونه ها در کوره تیوبی تحت اتمسفر آرگون با شرایط دمایی 700 الی 1100 درجه سانتیگراد انجام پذیرفت. از آنالیز XRD جهت شناسایی فازها و از تصاویر SEM و TEM جهت ارزیابی مورفولوژی استفاده شد. نتایج سنتز نانو کامپوزیت MoSi2-TiCبه روش COSHS نشان داد، دمای °C850 شرایط بهینه و ترکیب (8Al+4Mg+3SiO2+5TiO2) اجاق شیمیایی مناسب می باشد. محاسبه اندازه دانه ها توسط روش ریتولد نشان داد اندازه بلورک کاربید تیتانیوم در شرایط بهینه در حدود 77 نانو متر و اندازه بلورک دی سیلیساید مولیبدن بالای 100 نانو متر می باشد. بررسی تصاویر SEM و TEM نانو ساختار بودن کامپوزیت را به اثبات رساند.
Add titanium carbide in the compound molybdenum disilicide to increased mechanical strength. in this research element of the raw materials used to form MoSi2-TiC nanocomposite. the plan in this research procedure was based on combustion synthesis, chemical activation mechanism (COSHS). in this study, activation of elemental powders Mo, Si, Ti and C were used in chemical oven. first, on the basis of stoichiometric silicon powder raw materials including metal powder, molybdenum, titanium and carbon powder were prepared on the basis of 20% by weight of titanium carbide. to identify chemical compounds that react with itself, provides the heat necessary to react original composition (chemical oven), of compounds that have high ΔG was used. powders and tablets are pressed by uniaxial compaction of composite samples were prepared and chemical oven. synthesizing is done in atmospheric argon controlled tubular furnace the temperature between 700 - 1100 °C. to identify phases, xrd analysis and to evaluate morphology, sem and tem images were used. results show that the best process conditions for synthesis MoSi2-TiC nanocomposite with COSHS method were: temperature 850 °C selected as optimum conditions and composition (8Al + 4Mg + 3SiO2 + 5TiO2) as suitable chemical oven. the grain size calculation by reitveld method showed the size of titanium carbide crystallite and molybdenum disilicide in optimum condition of approximately was 77 nm and above 100 nm respectively. considering the images of sem and tem proved that a nanostructure composite has been synthesized
[1] ع. حائریان اردکانی و م. همتی، "ترکیبهای بین فلزی"، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، 1382.
[2] ع. طیبی فرد، پایان نامه کارشناسی ارشد، پژوهشگاه مواد و انرژی، 1377.
[3] م. رمضانی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساوه، 1390.
[4] L. Sun & J. Pan, “TiC whisker-reinforced MoSi2 matrix composites”, Materials Letters, Vol. 51, pp. 270–274, 2001.
[5] J. Meng, J. Lu & S. Y. Wan, “Preparation and properties of MoSi2 Composites reinforced by TiC, TiCN, and TiB2” Mater. Sci. Eng. A, Vol. 396, pp. 277-284, 2005.
[6] L. Sun & J. Pan, “Fabrication and characterization of TiC-particle-reinforced MoSi2 composite”, Department of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, PR China , Vol. 17, 2001.
[7] K. Sheela Ramasesha, P. S. Tantri & K. Anup, Bhattacharya, “Synthesis and properties of MoSi2 based engineering ceramics”, Journal of Chemical Sciences, Vol. 113, Issue 5, pp. 633-64, 2001.
[8] Q. Zhu, K. Shobu, Y. Zeng & T. Watanabe, “Oxidation Behavior Of Hot-Pressed Mosi2-Tic Composite”, Journal Of Materials Science, Vol. 36, pp. 313– 319, 2001.
[9] ع. حاج علیلو، ع. سعیدی و م. عباسی، "تولید کاربید تیتانیم و نانو کامپوزیت TiC-Al2O3 با استفاده از روتیل به روش سنتز احتراقی و آلیاژ سازی مکانیکی"، مجله فرآیند های نوین در مهندسی مواد، دوره 4، شماره 1، صفحه 1-9، 1389.
[10] م. رحیمی پور و ع. احمدی، "تاثیر تشکیل گرافیت بر خواص سایشی کامپوزیت Fe-TiC حاوی 6 درصد حجمی کاربید تیتانیم"، مجله فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، دوره3، شماره 1، صفحه 29-36، 1388.
[11] M. Zakeri & M. Ramezani, “Synthesis of MoSi2–TiC nanocomposite powder via mechanical alloying and subsequent annealing”, ceramics international, Vol. 38, pp. 1353–1357, 2012.
[12] J. Subrahmanyam & R. mohan Rao, “Cumbustion synthesis of MoSi2 TiC composite”, kanchanbagh, heydarabad-500258, india, j. mater. res, Vol. 10, No. 5, 1995.
[13] م. ح. عنایتی، "مواد نانو ساختار"، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد اصفهان، چاپ اول، پائیز، 1386.
[14] J. Subrahmanyam & M. Vijayakumar, “Review self-propagating high-temperature synthesis”, journal of materials science, Vol. 27, pp. 6249-6273, 1992.
[15] Zuhair, Munir & U. Anselmi-Tamburini, “Self-propagating exothermic reactions: the synthesis of high-temperature materials by combustion”, materials science reports, Vol. 3, pp. 277-365, 1989.
[16] Varma & J. P. Lebrat, “combustion synthesis of advanced materials”, chemical engineering science, Vol. 47, No. 9-11, pp. 2179-2194, 1992.
[17] B. Khina, “effect of mechanical activation on shs: physicochemical mechanism”, international journal of self-propagating high-temperature synthesis, Vol. 17, No. 4, pp. 211–217, 2008.
[18] Barin, “Thermochemical data of pure substances”, third edition, in collaboration with gregor platzki, 1995.
[20] http://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/sgte/sgte_figs.htm
_||_