اثر pH بر فرآیند تولید و مشخصات نانو ذرات کاربید زیرکونیم تهیه شده به روش سل- ژل
الموضوعات : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینمحمود شایسته فر 1 , سعید باغشاهی 2 , بهمن میرهادی 3
1 - کارشناسی ارشد سرامیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران
2 - دانشیار، دانشکده مهندسی، گروه مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران
3 - استادیار، دانشکده مهندسی، گروه مواد، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی، قزوین، ایران
الکلمات المفتاحية: سل- ژل, نانو ذره, کاربید زیرکونیم, اندازه ذرات,
ملخص المقالة :
در این پژوهش نانو ذره کاربید زیرکونیم به روش سل - ژل تهیه شد. روش سل - ژل معمولاً برای سنتز ترکیبات اکسیدی بهکار میرود، اما در این تحقیق یک پودرکاربیدی بسیار ارزشمند با این روش تهیه شده است. به منظور تهیه پودر فوق از زیرکونیم پروپکساید و ساکاروز به ترتیب به عنوان منابع زیرکونیم و کربن استفاده شد. سل اولیه در پنج pH متفاوت تهیه و اثر pH بر خواص پودر بهدست آمده مورد بررسی قرار گرفت. با عملیات حرارتی بر روی ژلهای تهیه شده در محدوده دمایی 1400- 700 به ترتیب مخلوط پودری کربن و زیرکونیا و بهدنبال آن کاربید زیرکونیم حاصل شد. آنالیز حرارتی برای بررسی رفتار حرارتی ژلهای ساخته شده، پراش پرتو ایکس برای بررسی ساختاری و میکروسکوپ الکترونی روبشی برای بررسی ریزساختاری پودر تهیه شده مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد افزایش pH نقش موثری در افزایش راندمان واکنش جهت تولید پودر کاربید زیرکونیم به‌همراه دارد. هم‌چنین نتایج نشان داد افزایش pH نقش چشمگیری هم در کاهش محدوده اندازه ذرات دارد. به‌نحویکه اندازه ذرات پودرهای تهیه شده در pHهای 2/4، 2/5 و 2/6 بهترتیب در محدودة 190-130، 150-90 و 100-50 نانومتر میباشد. هم‌چنین مشخص شد، تغییرات pH تاثیری بر مورفولوژی ذرات که کروی شکل هستند، ندارد.
1-A. Arya and E.A. Carter, Structure, bonding, and adhesion at the ZrC (100) / Fe (110) interface from first principles, Surface Science, vol.560, Issue 1, pp.103-120, 2004.
2- E. K. Storms, The refractory carbides, Academic Press, New York, 1971.
3- M. M. Opeka, I. G. Talmy, E.J. Wuchina, J. A. Zaykoksi and S. J. Causey, Mechanical, Thermal, and Oxidation Properties of Refractory Hafnium and zirconium Compounds, Journal of the European ceramic Society, Issue 13-14, pp. 2405- 2414, 1999.
4- H. O. Pierson, Handbook of Refractory Carbides and Nitrides, Properties, Characteristics, Processing and Applications, Noyes Publication, New Jersey, 1996.
5- K. Minato, T. Ogwa, K. Sawa, and K. Sawa, Irradiation Experiment on ZrC- Coated Fuel Particle for High Temperature gas-Coaled Reactors, Nuclear Technology, Vol. 130, Issue 3, pp. 272-281, 2000.
6- X. Shen, K. li and F. Deng, The Effect of Zirconium Carbide on Ablation of carbon/ carbon Composites under an Oxyacetylene Flame, Corrosion Science, Vol. 53, Issue1, pp. 105-112, 2011.
7- C. Chen, and C. Puliu, Characterization of Sputtered nano Crystalline Zirconium Carbide as a Diffusion Barrier for Cu Metallization, Journal of Electronic Materials, Vol. 34, Issue 11, pp. 1408- 1413, 2005.
8- X. Zheng, L. Liu, and H. Zhang, Properties of Zr-ZrC Gradient Films on TiNi by the Technique Combined with PECVD, Surface and Coating Technology, Vol. 202, Issue 13, pp. 3011-3016, 2008.
9- J. Li, Z. Fu, W. M. Wang, H. Wang and K. Niihara, Preparation of ZrC by Self Propagating High Temperature Synthesis, Ceramics International, Vol. 36, Issue 5, pp. 1681-1686, 2010.
10- Q. Lin, L. Zhang, L. Cheng and Y. Wang, Morphologies and growth mechanisms of zirconium carbide films by chemical vapor deposition, Journal of Coating Technology and Research, Vol. 6, Issue 2, pp. 269-273, 2009.
11- G. Vasudevamurthy, T. Knight and E. Roberts, Laboratory production of zirconium carbide compacts for use in inert matrix fuels, Journal of Nuclear Materials, Vol. 374, Issue 1 pp. 241-247, 2008.
12- J. Dong, W. Shen, X. Liu, X.Hu, B. Zhang, F. Kang, J. Gu, D. Li and N. Chen, A new method synthesizing the encapsulated ZrC with graphitic layers, Materials Research Bulletin, Vol. 36, Issue 5-6, 933-938, 2001.
13- L. E. Toth, Transition Metal Carbides and Nitrides, New York, Academic press, 1971.
14- X.Y. Tao, W.F. Qiu, H.Li, and T. Zhao, One pot synthesis of a soluble polymer for zirconium carbide, Chinese Chemical Letters, Vol. 21, Issue 5, pp. 620-623, 2010.
15- I. Hasegawa, Y. Fukuda and M. Kajiwara, Inorganic-organic hybrid route to synthesis of ZrC and Si-Zr-C fibers, Ceramics International, Vol. 25, Issue 6, pp. 523-527, 1999.
16- M. M. Lopez Guerrero, A. G. Torres, E. V. Alonso, M.T. Cordero and J.M. Pavon, Quantitative determination of ZrC in new ceramic materials by Fourier transforms infrared spectroscopy, Ceramics International, Vol.37, Issue 2, pp. 607-613, 2011.
17- C. J. Brinker and G.W. Scherer, Sol-Gel science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing, New York, Academic Press, 1990.
18- ا. حیدری، م. جعفری و ع. صفارتلوری، ʺسنتز و مشخصهیابی کامپوزیتهای نانوکریستالی اکسیدروی با سطح ویژه بالا نشانده شده در زمینه سیلیکا- آلومینا به روش سل-ژلʺ مجله مواد نوین/جلد4/ شماره 1/پاییز 1392.
19- M. D. Sacks, C. A. Wang, Z. Yang and A. Jain, Carbothermal reduction synthesis of nano crystalline zirconium carbide and hafnium carbide powders using solution-derived precursors, Journal of Materials Science, Vol. 39, Issue 19, pp. 6057-6066, 2004.
20- Y. Yan, Z. Huang, X. Liu and D. Jiang, Carbothermal synthesis of ultrafine zirconium carbide powders using inorganic precursors via sol-gel method, Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 44, Issue 1, pp. 81-85, 2007.
21- M. Dolle, D. Gosset, C. Bogicevic, F. Karolak, D. Simeone and G. Baldinozzi, Synthesis of nano sized zirconium carbide by a sol-gel route, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 27, Issue 4, pp. 2061-2067, 2007.
22- J. Xie, Z. Fu, Y. Wang, S. W. Lee and K. Niihara, Synthesis of nano sized zirconium carbide powders by a combinational method of sol-gel and pulse current heating, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 34, Issue 1, pp.13-17, 2014.
23- B. D. Culity, Elements of X-Ray Diffraction, Addision-Wesley Publishing, Massachusetts, 1997.
